高压压气机末级转子叶片振动特性分析

张 露，卞祥德

(1. 中国科学院工程热物理研究所 先进燃气轮机实验室 ,北京 100190； 2. 中国科学院大学,北京 1000493； 3. 中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所)，北京 100190)

1 概述

压气机转子叶片振动分析是叶片结构强度(也叫结构完整性)[1]设计的一个重要组成部分。叶片振动问题造成的故障在我国发动机的研制、电厂燃气轮机的运行和天然气压气站压缩机组的运行等方面非常普遍。以航空发动机为例，振动故障率占发动机总故障率的60%以上，而叶片故障又占振动故障的70%以上[2]。叶片振动产生的故障导致的危害非常严重。若产生断裂掉块可能会打伤其它叶片，击穿机匣，造成二次损伤，甚至切开油路导致起火，发生严重事故。

压气机转子叶片的振动特性可以通过理论计算和试验两方面进行分析。张锦等对叶轮机叶片振动的解析计算法和有限单元法进行了详细论述和举例说明[3]。文献[4-10]均对压气机叶片振动特性进行了有限元计算和分析。王婧[10]通过激光全息照相的方法测量了叶片的固有振动特性，并与计算结果进行了对比。文献[11]针对压气机叶片的某个故障进行了模态分析，并通过坎贝尔图判断出导致叶片出现裂纹断裂失效的阶次。文献[12-13]分别采用不同方法对压气机转子叶片进行了模态分析。

某高压压气机第16级转子叶片(即末级叶片)曾多次发生相似的掉角断裂事故，现挑选出一个典型故障进行分析。2009年5月9日，西气东输定远站1#机组运行4 106小时后，孔探发现压气机第16级转子叶片76片全部出现了不同程度的损伤，如图1所示。……