汽轮机长叶片颤振预测方法

刘长春，关淳，郭魁俊，李宇峰，马义良

汽轮机长叶片颤振预测方法

刘长春，关淳，郭魁俊，李宇峰，马义良

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江省 哈尔滨市 150046）

基于叶片气动和结构振动仿真计算平台，建立了汽轮机长叶片流固耦合的三维计算模型。以国外某60Hz汽轮机机组次末级叶片为例，分析了叶片流场的气动特性和整圈叶片结构场的振动特性，并进一步结合能量法准则，提出了汽轮机长叶片颤振预测和评估的方法。结果表明，机组流量和叶片节径振动形式对叶片颤振特性影响很大。对于当前次末级叶片，40%流量工况时，流场内压力脉动诱导叶片颤振发生的概率为80%～90%，因此在小流量工况下需慎重使用该类叶片。基于单向流固耦合的方法，能够有效且相对快速地分析流场中脉动压力作用下的周期功，获得叶片模态振动条件下的气动阻尼系数，从而预测叶片颤振特性。

汽轮机；流固耦合；气动特性；振动特性；颤振预测

0 引言

大型汽轮机叶片的工作条件非常恶劣，叶片事故也时有发生，叶片事故是造成机组强迫停机的主要原因之一。据不完全统计，运行中叶片事故约占汽轮机事故的40%，其中60%～80%叶片损坏与振动疲劳失效导致的断裂有关，而叶片的检修费用约占汽轮机检修费用的50.5%。随着大功率汽轮机的发展，汽轮机低压缸末几级叶片的展弦比越来越大，刚度越来越小，其颤振问题也因此愈发突显，尤其是对于那些需要频繁在小负荷、高背压工况下运行的大型汽轮机，叶片颤振问题逐渐引起关注[1-4]。……