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高炉煤气余压透平发电装置(TRT)是利用高炉煤气余热、余压发电,并可作为其它机械的动力源。叶片在透平装置中承担着将流体的动能转化为机械能的重要任务,其在工作过程中承受着离心力、稳态气流力以及非稳态气流力的共同作用,从而引起共振,使得叶片发生疲劳破坏。本文结合某企业的实际情况针对TRT叶片的减振问题展开研究。
根据TRT叶片的结构特点,本文在叶根处设计了两种阻尼结构,两种叶根阻尼结构易于加工维护,生产成本较低,同时不会影响到叶片在工作中的流场。根据TRT的工作环境温度和工况特点,选择金属橡胶作为阻尼材料,在较高温度下保持良好的阻尼性能,同时具有抗腐蚀性强等特点。
利用solidworks和hypermesh建立普通叶片和两种阻尼叶片的几何模型,在相同载荷和约束条件下建立三种叶片的分析模型,然后利用有限元分析软件(ANSYS)分别进行静态分析、模态分析以及瞬态动力学分析,得到三种结构的叶片在应力、应变和频率的特征,把两种阻尼叶片和普通叶片的结果分别进行对比分析,为了验证两种阻尼结构的可靠性。通过对比,发现两种阻尼器能够有效的减少叶片的动应力,而静应力略有增大,但不会影响到叶片的安全性,而动应力是叶片损坏的主要原因,因此说明两种阻尼结构能够有效的降低了叶片的振动;加上阻尼器后,阻尼叶片的频率相比普通叶片略有减小,说明两种阻尼结构起到了一定的调频作用。
对两种阻尼结构在减振的效能方面的优劣进行了对比分析,结果表明:第一种阻尼结构在降低叶片的动应力方面优于第二种阻尼结构,动应力降低幅度较大;第二种阻尼叶片的静应力则小于第一种阻尼叶片,而动应力是叶片破损的主要原因。第一种阻尼结构在降低叶片振动,保护叶片,延长叶片使用寿命方面优于第二种阻尼结构。