拉杆是用来预紧组合而成,拉杆结构形式、预紧力选取、凸肩布置方式等会对转子整体动力学特性产生较大影响的一种结构。
拉杆弯曲变形及弯曲应力理论
静态时,燃气轮机拉杆凸肩和轮盘拉杆孔之间存在安装间隙,在高转速环境工作时,拉杆受离心力作用发生弯曲变形,凸肩与拉杆孔发生接触,此时凸肩受到较大的挤压作用,可将凸肩处视为固定铰支,两凸肩之间的拉杆视为静定简支梁。
由经典材料力学中梁的挠曲线近似微分方程口41和本文的简支梁模型边界条件,得到两凸肩之间拉杆的最大挠度为,拉杆变形量与跨距Z的四次方成正比,与拉杆直径d的四次方成反比。
从强度角度进行拉杆结构改进,主要目的是有效地降低拉杆变形和拉杆应力,由于增大拉杆直径d的方式受到轮盘径向和周向空间的限制,因此,合理地增加凸肩数,从而减小拉杆凸肩跨距Z,应是实现拉杆结构改进、降低拉杆变形和应力的优化方向。
拉杆大应力
在低转速区域,拉杆凸肩未全部与轮盘上的拉杆孑L接触,此时静态安装间隙量越大,拉杆最大等效应力值越高;到达转折转速后,所有凸肩均与拉杆孔接触;在中转速区域,拉杆最大等效应力随转速升高缓慢上升,并不随静态安装间隙量的不同而变化;进入高转速区域后,拉杆端部的凸肩由于外部有沉头的限制发生较大翘曲,使得拉杆最大等效应力值随转速升高迅速增大。
划分转速区域的目的是掌握在各转速区域拉杆应力的变化情况,同时便于设定转子的运行转速,使其处于较低应力状态。
约束拉杆的应变特点
在达到极限荷载之前,约束拉杆的应变较小,第一排和第三排的约束拉杆基本上处于弹性工作阶段,拉杆对钢管壁的约束作用比较小在达到极限荷载后,第E排拉杆的应变发展迅速,很快就达到屈服,曲线弯曲,有较长的水平段,说明第三三排拉杆对钢管壁的约束作用明显.由于试件第一排拉杆受到加载板的横向约束,其应变发展缓慢,直到试件完全破坏,第一排拉杆仍然没有达到屈服。
计算分析不同拉杆凸肩与拉杆孔静态安装间隙量、不同拉杆凸肩跨距下,周向拉杆转子拉杆最大应力值随转速的变化,得到主要结论如下：
(1)拉杆凸肩与拉杆孔的静态安装间隙量不影响拉杆在正常工作状态下的应力,但影响转子升速时拉杆最大应力;
(2)随着转速升高,存在周向拉杆转子拉杆最大应力值变化规律各不相同的低中高3个转速区域,其根本原因是拉杆凸肩和拉杆孔的接触状态的影响;
(3)增加凸肩、减小凸肩跨距能够有效减小拉杆最大应力,与不等距方案相比,等距增加拉杆凸肩的改进方案具有更显著的降低应力效果,相对凸肩跨距系数小于0.6时继续减小凸肩跨距,降低应力效果不明显。