第1章 重型燃气轮机 1
1.1 燃气轮机工作的基本原理 1
1.2 压气机叶片 4
1.2.1 压气机基本结构及动静叶布置 4
1.2.2 压气机基元级工作过程及速度三角形 7
1.2.3 压气机叶型的几何参数和气动参数 9
1.2.4 压气机的不良工况及对叶片的影响 11
1.3 高温透平叶片 16
1.3.1 高温透平叶片概述 16
1.3.2 透平基元级工作过程及做功原理 20
1.3.3 透平叶型的几何参数和气动参数 21
1.3.4 高温叶片冷却隔热基本原理及引起的叶片温度梯度 23
1.4 重型燃气轮机技术发展的现状与前景 30
1.4.1 燃气轮机技术总的发展趋势 31
1.4.2 美国通用电气重型燃气轮机 34
1.4.3 日本三菱重工重型燃气轮机 38
1.4.4 德国西门子重型燃气轮机 41
1.4.5 法国阿尔斯通重型燃气轮机 43
1.4.6 我国重型燃气轮机发展现状 45
参考文献 46
第2章 重型燃气轮机叶片的结构 48
2.1 压气机叶片的结构 48
2.1.1 压气机静叶 48
2.1.2 压气机动叶 55
2.2 高温透平叶片的结构 58
2.2.1 透平静动叶的布置 58
2.2.2 高温透平静叶 61
2.2.3 高温透平动叶 67
参考文献 72
第3章 燃气轮机叶片的材料和名义应力计算 75
3.1 燃气轮机叶片材料 75
3.1.1 压气机叶片材料 76
3.1.2 透平叶片材料 79
3.1.3 透平叶轮材料 85
3.1.4 叶片表面涂层 87
3.1.5 研究中的先进材料 88
3.1.6 GE公司燃机叶片及关连部件材料 89
3.1.7 三菱重工燃机透平叶片材料及其性能 92
3.1.8 燃气轮机用材料统计 98
3.2 重型燃机动叶片受力分析及叶型名义应力计算方法 99
3.2.1 叶片受力分析及静态气流力计算 99
3.2.2 叶型离心拉应力和气流弯曲应力计算方法 103
3.2.3 离心力和气流力弯矩的合成与补偿 107
3.3 燕尾形叶根和轮槽的受力分析以及名义应力计算方法 109
3.4 透平叶片枞树形叶根和轮缘的名义应力计算方法 112
3.5 某燃机压气机各级动叶及轮槽名义应力计算 116
3.6 某燃机透平叶片强度的常规计算 120
参考文献 124
第4章 重型燃气轮机叶片应力应变有限元分析 126
4.1 叶片强度分析的有限元方程 126
4.2 叶片有限元分析中弹塑性过渡区应力异常产生原因及解决方法 127
4.2.1 弹塑性过渡区应力异常现象 128
4.2.2 弹塑性过渡区应力异常现象产生的原因 129
4.2.3 弹塑性过渡区应力奇异问题的解决方法 133
4.3 成圈叶片凸肩、围带接触转速的计算方法 134
4.4 压气机叶片接触强度有限元分析 139
4.5 燃机涡轮叶片的温度场计算分析 146
4.6 某燃机涡轮末级成圈叶片强度分析 161
参考文献 168
第5章 叶片振动特性及响应的有限元分析 170
5.1 气流激振力 170
5.1.1 激振力的来源 170
5.1.2 激振力频率 173
5.2 各阶模态危险程度的理论评价 174
5.3 叶片振动控制方程 176
5.4 成圈叶片振动计算的分层多重模态综合法 181
5.5 某压气机动叶片振动的有限元计算分析 190
5.6 可旋转导叶IGV振动特性计算分析 194
5.7 压气机静叶振动特性计算分析 196
5.8 透平末级叶片振动的有限元计算 199
5.9 透平叶片强迫振动响应的计算分析 204
参考文献 208
第6章 叶片流固耦合振动分析 210
6.1 流固耦合分析方法的分类 210
6.2 基于虚拟弹性体的快速动网格生成方法 213
6.2.1 动网格生成方法 213
6.2.2 弹性体动网格方法 214
6.2.3 结构-虚拟弹性体动网格快速生成方法 215
6.2.4 虚拟弹性体弹性模量的选取准则 218
6.2.5 虚拟弹性体采用变弹性模量提高动网格质量 222
6.2.6 快速动网格方法的计算效率 226
6.2.7 小结 227
6.3 基于快速动网格的时空同步耦合分析方法 227
6.3.1 时间同步流固耦合分析方法 228
6.3.2 时空同步流固耦合分析方法 228
6.3.3 算法验证——弹性梁流固耦合振动分析 231
6.4 基于分区动网格的叶片颤振流固耦合计算 235
6.4.1 叶片颤振边界的流固耦合计算 235
6.4.2 不同动网格区对计算效率及精度的影响 239
6.5 某超长末级叶片气动稳定性分析 241
6.5.1 双向时域流固耦合计算原理 241
6.5.2 计算对象及有限元网格 245
6.5.3 末级动叶的气动稳定性分析 249
参考文献 254
第7章 叶片围带、凸肩干摩擦阻尼减振机理研究 257
7.1 叶片干摩擦阻尼研究及进展 257
7.1.1 干摩擦阻尼结构的类型及特点 258
7.1.2 干摩擦阻尼叶片非线性振动响应的求解方法 261
7.1.3 干摩擦接触模型 262
7.2 三维微滑移接触模型 264
7.2.1 接触面间相对运动和力的分解 264
7.2.2 摩擦约束力的求解 266
7.2.3 复杂摩擦接触运动的接触状态及摩擦力特点 271
7.3 分形接触干摩擦微滑移模型 275
7.3.1 分形接触表面 275
7.3.2 基于分形的接触刚度 276
7.3.3 基于分形的摩擦系数计算 280
7.3.4 分形接触干摩擦模型的数值仿真 282
7.4 抗混叠时频域融合算法 284
7.4.1 抗混叠时频域融合算法的提出 284
7.4.2 抗混叠时频域融合算法的应用 286
7.5 干摩擦阻尼叶片非线性振动响应的求解方法 292
7.5.1 基于波传动法的成圈叶片降阶 292
7.5.2 振动响应的求解 294
7.6 围带成圈叶片的非线性振动响应研究 297
7.6.1 围带成圈叶片的振动特性 298
7.6.2 围带成圈叶片的非线性振动响应 300
7.6.3 围带成圈叶片的系统参数研究 303
参考文献 308
第8章 压气机叶片松装叶根干摩擦阻尼减振机理的理论和试验研究 311
8.1 带燕尾形叶根松装叶片干摩擦阻尼减振的理论分析 311
8.1.1 燕尾形叶根松装叶片系统的非线性动力学方程及求解 311
8.1.2 松装燕尾形叶根叶片的系统参数对减振效果的影响 313
8.1.3 燕尾形叶根松装叶片系统减振效果的能量评价 317
8.1.4 数值结果的实验验证 320
8.1.5 小结 322
8.2 燕尾形叶根叶片干摩擦阻尼减振特性的试验研究 322
8.2.1 实验系统及测试方法 322
8.2.2 实验结果 327
8.2.3 试验结论 340
8.3 压气机叶片燕尾形叶根减振机理的试验研究 341
8.3.1 干摩擦力对压气机叶片稳态响应的影响 342
8.3.2 离心力载荷对叶片减振特性的影响 343
参考文献 346
第9章 叶片振动测量的理论与实践 348
9.1 叶片静频和动频测试的必要性 348
9.2 叶片静频测量方法的理论基础 349
9.2.1 自振法 349
9.2.2 共振法 356
9.3 叶片静频测量的具体实施 358
9.4 基于试验模态分析方法的叶片振动特性测试的基本理论 362
9.4.1 振动系统模态识别的概念和意义 362
9.4.2 单自由度系统模态参数识别的理论基础 364
9.4.3 多自由度系统试验模态分析的理论基础 370
9.5 模拟叶片和某燃机叶片的模态识别 376
9.5.1 试验装置仪器及测试对象 376
9.5.2 多次激励单点拾振法的模拟叶片模态识别 378
9.5.3 多次激励单点拾振法的透平弯扭叶片模态识别 381
9.5.4 多次激励多点拾振法的透平弯扭叶片模态识别 382
9.6 成圈叶片节径振动频率测量的理论 384
9.6.1 集中力作用下旋转圆盘的响应 384
9.6.2 均匀分布集中力作用下旋转圆盘的响应 386
9.7 叶片动频测量系统 387
9.8 叶片动频实际测量 389
参考文献 397
第10章 叶片安全评价的手段和准则 399
10.1 坎贝尔图 399
10.2 成圈叶片振动评价的Safe图 402
10.2.1 成圈叶片共振的定义 402
10.2.2 成圈叶片振型的图形描述 403
10.2.3 气流激振力的图形描述 405
10.2.4 Safe图及成圈叶片共振点的图形化确定 407
10.3 Goodman-Soderberg曲线 410
10.4 材料的疲劳的寿命曲线 414
10.4.1 材料的S-N曲线和疲劳极限 417
10.4.2 材料应变寿命曲线 419
10.5 叶片疲劳寿命的估算方法及应用 421
10.5.1 叶片疲劳寿命的估算方法 421
10.5.2 Morrow公式的改进及相关参数的选取 423
10.5.3 某叶片疲劳寿命估算及相关参数对叶片疲劳寿命影响的量化分析 424
10.6 基于能量法的三重点共振理论 427
10.6.1 旋转对称结构三重点共振理论的能量法 427
10.6.2 基于能量法的周期旋转对称结构的三重点共振理论 429
10.6.3 考虑动叶片数影响后周期旋转对称结构共振理论 431
10.7 基于振动响应的成圈叶片三重点共振理论 433
10.7.1 旋转对称结构在旋转集中力作用下的振动响应 433
10.7.2 周期旋转对称结构在旋转集中力作用下的振动响应 435
10.7.3 旋转对称结构在周向正弦分布激振力作用下的响应 437
10.7.4 周期旋转对称结构在周向正弦分布激振力作用下的响应 438
10.8 蠕变寿命评估方法及蠕变寿命曲线 440
参考文献 442
附录A 应力和应变张量 444
A.1 应力的概念及应力张量 444
A.2 应变的概念及应变张量 445
A.3 应力和应变关系 446
参考文献 449
索引 450