[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

说明书

本发明公开了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，结合实际金属材料参数随温度的变化规律，给出了实际温度作用下的拉杆转子动力学特性的分析方法。具体计算流程为：(1)测量拉杆转子的材料参数，包括弹性模量、接触面宽度、拉杆截面积、长度、转动惯量等；(2)根据材料的弹性模量随温度的变化规律，拟合出弹性模量‑温度曲线；(3)根据实际工作条件下的温度，求得该条件下的材料弹性模量；(4)根据本发明的方法，求得温度作用下拉杆预紧力的变化；(5)根据预紧力变化，求得接触界面弯曲刚度；(6)将温度作用下的轮盘的接触界面弯曲刚度与变化后的弹性模量同时带入计算，即可得拉杆转子实际温度作用下的动力学特性。

技术领域

本发明属于燃气轮机拉杆转子动力学建模技术领域，涉及一种燃气轮机拉杆转子动力学特性的分析方法，尤其是涉及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。

背景技术

拉杆转子因强度好、刚度大、轮盘材料选择灵活等优点，在航空发动机及重型燃气轮机中获得了广泛的应用。与整体转子不同，拉杆转子在结构上不是一个连续的整体，采用整体转子建模方法得到的结果与试验结果有较大差异。因此需建立拉杆转子接触界面的力学模型，在分析动力学特性时考虑接触界面的连接刚度，以得到拉杆转子的动力学建模方法。现阶段针对拉杆转子动力学特性的研究，主要集中在接触界面弯曲的分析，具体地，针对常温条件下，拉杆转子动力学方面的研究。而拉杆转子长期工作在复杂的温度条件中，其径向、周向、轴向均存在较大的温差，且在燃气轮机变工况、起停车等情况下，温度将随时间发生较大的变化，其动力学特性影响更为严重。

针对目前工程实践中存在的空白，本专利提出了一种可以考虑温度作用的拉杆转子动力学特性计算方法。可以分析在稳态条件下，不同温度分布时转子动力学特性的变化规律。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提出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，结合金属材料属性的变化规律和拉杆、轮盘之间热膨胀作用引起的预紧力松弛。计算温度作用后的接触界面的弯曲刚度，将温度修订后的弯曲刚度带入转子动力学分析过程中，即可得到温度作用下的转子动力学特性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

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多个周向分布的单根拉杆，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，其中，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，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。