高轉(zhuǎn)速部分進(jìn)氣渦輪盤氣流力及葉片振動(dòng)響應(yīng)研究

渦輪盤是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件,通常工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境下,渦輪盤的盤體及葉片易發(fā)生疲勞破壞

,是整個(gè)機(jī)組中故障率最高的部件。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)和液體火箭二、三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤通常采用部分進(jìn)氣模式

,即渦輪盤前進(jìn)氣通道全周僅開(kāi)一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣窗口,以保證小流量工況下的氣動(dòng)效率

。然而,部分進(jìn)氣會(huì)使得渦輪盤所受氣流力沿周向分布更加不均勻

,葉片和輪盤在進(jìn)氣弧段受到氣流載荷作用,在非進(jìn)氣弧段則不會(huì)受到氣流載荷作用,這種氣流力沿周向的畸變會(huì)誘發(fā)葉片的強(qiáng)迫振動(dòng),葉片更易產(chǎn)生疲勞破壞

。因此,研究部分進(jìn)氣模式下渦輪盤葉片所受氣流力的特征和振動(dòng)響應(yīng),對(duì)渦輪盤的設(shè)計(jì)和安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

研究人員通過(guò)數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)葉片所受的氣流激勵(lì)和渦輪盤的振動(dòng)開(kāi)展了一定的研究。Hushmandi等對(duì)部分進(jìn)氣和全周進(jìn)氣模式下動(dòng)葉受到的氣流力進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,結(jié)果表明部分進(jìn)氣下葉片所受氣流力變化的幅度遠(yuǎn)大于全周進(jìn)氣下氣流力的幅度,部分進(jìn)氣氣流的周向不均勻性在第一級(jí)透平表現(xiàn)的更為明顯

;Lampart等對(duì)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)的動(dòng)葉受到的氣流力進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,結(jié)果顯示葉片所受氣流載荷與進(jìn)氣道的開(kāi)放程度相關(guān)

;Fridh等通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了部分進(jìn)氣模式下汽輪機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉所受的氣流力,并進(jìn)行了諧響應(yīng)計(jì)算,評(píng)估……