基于谐响应分析的燃机压气机动叶片尾流激振响应预估方法

杨博宇 张 玲 文丰艾 文丰茜

(1.东方电气集团东方汽轮机有限公司产品研发中心，四川618000；2.二重(德阳)重型装备有限公司，四川618000；3.中国科学院光电技术研究所，四川610000；4.西南技术物理研究院，四川610000)

燃机轴流式压气机在正常工况下稳定运转时，因为附面层以及叶片尾缘对空气流场的影响，会导致静叶栅出口处的空气流动速度出现亏损，如图1所示。近年来轴流式压气机设计不断紧凑化，使压气机各级静叶栅、动叶栅之间的轴向间距非常小，导致压气机静叶栅出口处的空气流速亏损在其分布的流场空间中来不及复原，最终产生明显的流场周向畸变[1]。

图1 压气机静叶栅尾流示意图Figure 1 Wake flow of compressor static cascade

1 叶片在非定常周期下的分析

如果不考虑静叶栅叶片在生产加工以及装配过程中产生的各种误差，即认为静叶栅是理想均匀分布的，那么由静叶栅尾流导致并施加于本级动叶片的激振力是以叶轮转角为自变量的周期函数[2]，叶轮每转过一个静叶栅节距所对应的圆心角，动叶片上各点的激振应力便循环变化一次。设K为组成静叶栅的叶片总数，那么叶轮每旋转一周，每支动叶片将受到K次循环变化的尾流激振作用。

显然，此时动叶片表面的非定常周期激振力在一个周期区间内只有有限个第一类间断点和极值点，即满足狄利克雷收敛定理，可以进行傅里叶级数展开，分解为定常激振力和各阶谐振力，即：

(1)

式中，F为尾流激振力；F0为定常激振力；Fj为第j阶谐振力幅值；……