拉桿是用來預緊組合而成,拉桿結構形式、預緊力選取、凸肩布置方式等會對轉子整體動力學特性產生較大影響的一種結構。
拉桿彎曲變形及彎曲應力理論
靜態(tài)時,燃氣輪機拉桿凸肩和輪盤拉桿孔之間存在安裝間隙,在高轉速環(huán)境工作時,拉桿受離心力作用發(fā)生彎曲變形,凸肩與拉桿孔發(fā)生接觸,此時凸肩受到較大的擠壓作用,可將凸肩處視為固定鉸支,兩凸肩之間的拉桿視為靜定簡支梁。
由經典材料力學中梁的撓曲線近似微分方程口41和本文的簡支梁模型邊界條件,得到兩凸肩之間拉桿的最大撓度為,拉桿變形量與跨距Z的四次方成正比,與拉桿直徑d的四次方成反比。
從強度角度進行拉桿結構改進,主要目的是有效地降低拉桿變形和拉桿應力,由于增大拉桿直徑d的方式受到輪盤徑向和周向空間的限制,因此,合理地增加凸肩數,從而減小拉桿凸肩跨距Z,應是實現拉桿結構改進、降低拉桿變形和應力的優(yōu)化方向。
拉桿大應力
在低轉速區(qū)域,拉桿凸肩未全部與輪盤上的拉桿孑L接觸,此時靜態(tài)安裝間隙量越大,拉桿最大等效應力值越高;到達轉折轉速后,所有凸肩均與拉桿孔接觸;在中轉速區(qū)域,拉桿最大等效應力隨轉速升高緩慢上升,并不隨靜態(tài)安裝間隙量的不同而變化;進入高轉速區(qū)域后,拉桿端部的凸肩由于外部有沉頭的限制發(fā)生較大翹曲,使得拉桿最大等效應力值隨轉速升高迅速增大。
劃分轉速區(qū)域的目的是掌握在各轉速區(qū)域拉桿應力的變化情況,同時便于設定轉子的運行轉速,使其處于較低應力狀態(tài)。
約束拉桿的應變特點
在達到極限荷載之前,約束拉桿的應變較小,第一排和第三排的約束拉桿基本上處于彈性工作階段,拉桿對鋼管壁的約束作用比較小在達到極限荷載后,第E排拉桿的應變發(fā)展迅速,很快就達到屈服,曲線彎曲,有較長的水平段,說明第三三排拉桿對鋼管壁的約束作用明顯.由于試件第一排拉桿受到加載板的橫向約束,其應變發(fā)展緩慢,直到試件完全破壞,第一排拉桿仍然沒有達到屈服。
計算分析不同拉桿凸肩與拉桿孔靜態(tài)安裝間隙量、不同拉桿凸肩跨距下,周向拉桿轉子拉桿最大應力值隨轉速的變化,得到主要結論如下:
(1)拉桿凸肩與拉桿孔的靜態(tài)安裝間隙量不影響拉桿在正常工作狀態(tài)下的應力,但影響轉子升速時拉桿最大應力;
(2)隨著轉速升高,存在周向拉桿轉子拉桿最大應力值變化規(guī)律各不相同的低中高3個轉速區(qū)域,其根本原因是拉桿凸肩和拉桿孔的接觸狀態(tài)的影響;
(3)增加凸肩、減小凸肩跨距能夠有效減小拉桿最大應力,與不等距方案相比,等距增加拉桿凸肩的改進方案具有更顯著的降低應力效果,相對凸肩跨距系數小于0.6時繼續(xù)減小凸肩跨距,降低應力效果不明顯。