[发明专利]一种考虑温度作用的拉杆转子动力学特性的分析方法

权利要求书

1.一种考虑温度作用的燃气轮机拉杆转子动力学特性的分析方法，所述拉杆转子包括拉杆转子轮盘和周向均匀分布的单根拉杆，其特征在于，所述分析方法在实施时至少包括如下步骤：

SS1.依照拉杆转子的材料，拟合金属材料弹性模量E与温度T的函数关系形式为E＝E₀(aT²+bT+c)，其中，E₀为基准温度T₀条件下的弹性模量，a、b、c为温度拟合系数，由拟合后的关系式得到。

SS2.结合材料力学，分析拉杆与轮盘由温度T1升至T2过程中的预紧力变化值，并得到温度修订后的预紧力F₁，T₁为初始温度，T₂为加载后温度，F₁为轮盘预紧力，F₁的计算式为.

其中，k_a、k_b分别为拉杆刚度、中间级轮盘刚度，a₁、a₂分别为拉杆、轮盘材料的线膨胀系数，F₀为不考虑温度作用时的预紧力，T₁为初始温度，T₂为加载后温度，l为拉杆长度。

SS3.将温度修订后的预紧力F₁，计算轮盘接触界面之间的反作用力矩M，轮盘间接触界面的反力矩M的计算式为.M＝n·F₁·L，其中，F₁为轮盘预紧力，n为轮盘级数，L为单级轮盘的宽度。

SS4.根据温度修订后的预紧力F₁，以及步骤SS3所得到的轮盘间接触界面的反力矩M，计算拉杆转子轮盘由预紧力F₁和接触界面反力矩M共同作用所产生的转角θ，其中，θ＝X/R，R为轮盘最大半径，X为轮盘最大变形量，X＝(M-F₁·R)/EI，其中E为弹性模量，I为转动惯量，对于圆柱体，I＝mr²/2。

SS5.根据步骤SS3所得到的轮盘间接触界面的反力矩M，以及步骤SS4所得到的拉杆转子轮盘由预紧力F₁和接触界面反力矩M共同作用所产生的转角θ，计算拉杆转子轮盘的接触界面弯曲刚度K_ra，其计算式为

SS6.将得到的弯曲刚度带入转子动力学特性分析中，即可得到温度作用后的转子动力学特性，如临界转速、振动响应等。

2.根据权利要求1所述的考虑温度作用的燃气轮机拉杆转子动力学特性的分析方法，其特征在于，步骤SS1中，轮盘与拉杆材料通常选择不同，因此必须分别计算，不同材料的弹性模量随温度变化可近似看作二次函数形式，因此只需知道3～5个点，即可拟合曲线，并对其余温度作用下的弹性模量进行预测。

3.根据权利要求1所述的考虑温度作用的燃气轮机拉杆转子动力学特性的分析方法，其特征在于，由胡克定律可知，不考虑温度作用，在预紧力F₀作用下的拉杆与轮盘的变形量Δl_1a、Δl_2a分别为：

其中，k_a为拉杆刚度，k_b为轮盘刚度刚度；初始温度为T₁，加载后温度为T2。则不考虑预紧力作用，拉杆与轮盘在温度作用下的变形分别为：

Δl_1b＝a₁l(T₂-T₁)，Δl_2b＝a₂l(T₂-T₁)

其中，a₁和a₂分别为拉杆、轮盘材料的线膨胀系数，l为拉杆长度。

由叠加原理可知，在预紧力和温度共同作用下的拉杆和轮盘的变形量Δl₁、Δl₂分别为：

则拉杆与轮盘之间的相对变形量Δl＝Δl₁-Δl₁，最终可得温度由T₁变化至T₂预紧力变化关系为：