航空發動機動力渦輪轉子動力學分析與試驗研究

2023年12月14日發(作者：泉州洛陽橋)

China Science & Technology Overview工藝設計改造及檢測檢修航空發動機動力渦輪轉子動力學分析與試驗研究

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南株洲 412002）模擬轉子的動力特性有限元計算模型，通過對動力渦輪轉子進行有限元分析，計算得到轉子的前三階臨界轉速和振型，并在臥式高速旋轉試驗器上進行了動力學試驗研究。研究表明：動力渦輪模擬轉子在工作轉速范圍內存在兩階彎曲臨界轉速，計算模型很好地反映了模擬轉子的動力特性，研究為真實轉子動力學分析和試驗提供了技術支持。關鍵詞：航空發動機；動力渦輪轉子；動力學；試驗研究中圖分類號：V231.96 文獻標識碼：A

摘?要：以某型號航空發動機大尺寸動力渦輪模擬轉子作為研究對象，對其開展動力學分析和試驗研究，建立該發動機動力渦輪舒斯榮文章編號：1671-2064(2022)13-0077-03作條件極端惡劣，使其動力學特性具有較大的不確定性。因此，初始的轉子設計直接應用到發動機上可能存在較大的風險，工程上往往會在設計之初按照結構和動力學相似原理搭建相應的模擬轉子（連接結構、支承布局、質量慣性等與真實轉子基本保持一致）進行動力學分析和40000RPM～60000RPM，遠高于常見的大型軍用和商動機研制的過程中顯得尤為關鍵，合理的臨界轉速設計則用航空發動機，基于此，轉子動力學設計在中小型航空發是轉子動力學設計的最基本要求。為了滿足轉子的臨界變質量分布、優化轉子結構等。采用彈性支承是改變航空發動機轉子臨界轉速較為便捷的一種方法，并在很多航空發動機轉子動力學設計中得到了應用。彈性支承分為鼠性、臨界轉速設計以及轉子動力學設計的合理性需要通過試驗研究確定。轉子的動力特性進行了系統分析，并開展了動力渦輪模擬轉子的動力學分析和試驗奠定了堅實的基礎。軸承1軸承2航空發動機轉子結構復雜、負荷大、工作轉速高，工1.轉子結構簡介由動力渦輪軸、動力渦輪一級模擬盤、動力渦輪二級盤模擬盤等零部件組成。轉子動力渦輪軸采用空心結構，同時為了保證動力渦輪模擬轉子的動力特性與真實動力渦輪轉子動力特性保持基本一致，設計的動力渦輪模擬盤的質心位置、質量、轉動慣量均與真實盤具有良好的一致性。轉子共4個支點，分別為“軸承1”“軸承2”“軸承6.5”及“軸承7”，其中，“軸承1”為球軸承，“軸承2”“軸是一個細長、空心結構的柔性轉子。該動力渦輪模擬轉子2號采用鼠籠式彈性支承，其剛承6.5”和“軸承7”均為滾棒軸承。動力渦輪模擬轉子度主要受鼠籠彈條長度、寬度和油膜間隙等參數影響。鼠籠式彈性支承結構見圖2，圖2 中，a1為法蘭邊。動力渦輪模擬轉子結構示意圖見圖1。整個轉子主要驗證[1-7]。中小型航空發動機核心機工作轉速通常高達轉速裕度要求，常用的方法有選擇恰當的支承剛度、改籠式彈性支承和彈性環式彈性支承，兩者各有優缺點，目前，鼠籠式彈性支承的應用較廣。然而，計算模型的準確本文通過建立動力渦輪模擬轉子有限元計算模型，對圖2鼠籠式彈性支承結構示意圖轉子試驗研究，同時對比了計算結果和試驗結果，為真實軸承6.5

軸承7圖1 動力渦輪模擬轉子結構示意圖收稿日期：2022-05-19

作者簡介：舒斯榮（1985—），男，江西撫州人，本科，工程師，從事航空發動機零部件強度試驗研究工作。2022年7月上 第13期 總第385期77

工藝設計改造及檢測檢修

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支承1支承2

支承6.5集中質量支承7

圖3 動力渦輪模擬轉子有限元分析模型(a)第一階(b)第二階圖4 動力渦輪模擬轉子前三階振型(c) 第三階2.有限元分析模型為了建模方便，在建模時，將動力渦輪一級模擬盤和2.1 集中質量見表2。表2 支承剛度軸承15軸承21.78軸承6.53.5軸承70.0154動力渦輪二級模擬盤的部分盤體用集中質量代替，使用集中質量模擬部分盤體，用集中質量模擬的部分動力渦輪一級盤和動力渦輪二級盤的質量、極轉動慣量、直徑轉動慣量等質量特性見表1。零件名稱部分動力渦輪一級模擬盤部分動力渦輪二級模擬盤支承編號支承剛度（E+7N/m）/表1 集中質量特性質量/kg10.39914.337極轉動慣量/直徑轉動慣量/kg·m2kg·m289169137823紋孔、圓角等一些細小的局部結構。運用軟件PATRAN對轉子模型進行前處理，簡化結構，忽略倒角、螺2.3 有限元模型基于梁單元對模型進行網格劃分，然后借助分析軟件元、軸承單元以及不平衡量單元的建立），用軸承單元模子的主體部分。模型共有708個梁單元，717個節點，2個集中質量單元以及4個軸承單元，建立了動力渦輪模擬SAMCEF/ROTOR完善計算模型（主要包括集中質量單擬動力渦輪模擬轉子的各個軸承、集中質量單元模擬兩級動力渦輪模擬盤的部分盤體、梁單元模擬動力渦輪模擬轉78動力渦輪模擬轉子共有4個支點，計算時各支承剛度2022年7月上 第13期 總第385期2.2 支承剛度

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D3(⊥)D4(＝)D2(⊥)D1(⊥)動力輸入模擬轉子真空倉前支座后支座轉接段轉子有限元分析模型，見圖3。3.動力特性計算結果圖5 轉子測試示意圖結果及相對于試驗結果的計算誤差如表4所示。表4中，試驗值為四個測點測得的平均值。階臨界轉速和前三階振型進行計算分析，計算結果見表3，振型見圖4。輪模擬轉子存在兩階彎曲臨界轉速，即動力渦輪模擬轉子滿足設計要求；動力渦輪模擬轉子前三階振型均為彎曲振表3 前三階臨界轉速計算結果第一階4730>35在表2的支承剛度條件下，對動力渦輪模擬轉子前三從表3和圖4可知，在整個工作轉速范圍內，動力渦跨兩階臨界轉速工作，前三階臨界轉速的裕度均大于20%，型，動力渦輪軸細長是造成轉子發生彎曲變形的主要原因。第二階9250>20第三階26533>50臨界轉速/r/min裕度/%4. 試驗研究制系統、潤滑系統、拖動系統、真空系統和支承系統組對真空倉事先抽至真空狀態，然后再進行試驗。試驗過程中通過光電傳感器、電渦流位移傳感器、加速度傳感器分試驗在臥式高速旋轉試驗器上進行，試驗器主要由控成，在試驗過程中，由電機驅動通過浮動軸帶動轉子旋轉，實現動力輸入。試驗在真空環境下進行，通過真空泵別測量轉子轉速、轉子撓度、支座和轉接段上的振動加速圖6 轉子撓度隨轉速變化曲線計算值/r?min-19250度。動力渦輪模擬轉子在試驗器上的安裝及測試示意圖如向；D1-D4為位移傳感器），主要在轉子動力軸上布置4個位移傳感器，測量試驗過程中的振動位移。器測得的轉子撓度-轉速曲線如圖6示。圖5所示（圖中：“⊥”表示垂直方向，“＝”表示水平方動力渦輪模擬轉子在試驗過程中由D1-D4位移傳感由于試驗得到的第一階臨界轉速不明顯，因此，只針試驗值/r?min-19597表4 臨界轉速試驗結果及計算誤差計算誤差/%3.615. 結論對第二階臨界轉速進行對比分析。第二階臨界轉速的試驗轉子的動力特性有限元分析模型，通過系統計算和分析動2022年7月上 第13期 總第385期本文構建了某航空發動機細長空心結構動力渦輪模擬（下轉第102頁）79

工程設計施工與管理China Science & Technology Overview過程中，地方壟斷問題非常突出，使得招投標管理效率降

低，無法為后續工作提供重要保障。在實際招投標管理工重，并沒有嚴格按照當前的工作流程來進行日常操作，導致招投標管理效果降低。表面看有很多施工企業投標，但作中，施工單位為了投標出現圍標和串標的現象非常的嚴是真正投標人就一個利用這樣的手段來承攬項目，對工程建設的影響非常突出。另外，在實際招投標工作中還出現這部分施工單位會從其他方面來增加自身的經濟效益，導致工程建設質量無法得到充分保證，使得整個招投標管理效果降低。為了使工程招投標管理工作順利進行，在實際工作中2.3 資質審核不嚴謹的問題，嚴重時會引發盲目報價和盲目承接的問題。不僅3. 水利水電工程建設招投標管理問題對策3.1 加強對招標文件編制的合理性會增加資金的投入比例，還會對工程質量造成一定的影響。為了使水利水電工程招投標管理效果能夠得到全面提高，在實施工作中需要嚴格按照相關的規范以及要求合理的編制招標文件，避免對后續工作產生影響。在實際文件全面審核，減少在招投標文件中產生問題的概率，全面提了注重標價盲目報價的行為，會導致后期工程效益不足，編制時，需要指派專業人員來進行日常的編制，并且做好高整體的編制水平[2]。在進行招標文件編制時，需要嚴格和準確，和實際工程建設要求相互匹配，避免對后續工程建設產生影響。在實際編制時需要進行招標信息跟蹤，做緊時間完成文件編制，要更加主動地掌握最新的信息，了提供重要保障。在完成編制之后需要進行有效的審核，且按照招投標管理的相關要求進行信息整合，合同技術的相關條款要非常詳細全面，并且技術規范內容要非常的真實需要加強對投標單位資格的有效審核，因此來篩選出高品題，增加了實際工作的矛盾，也會導致招投標管理水平降性，也沒有加強對企業資信和技術的深入性調查，一些符合條件和不符合條件的施工單位均能夠參與整個競標環質的施工單位，從而使整體工作效果能夠得到全面提高。好項目論證和可行性研究，經過上級部門審批之后，要抓但是在實際招投標管理工作中出現了資質審核不嚴謹的問低。例如在實際工作中出現了自定義排斥限制潛在的投標人，在審查也沒有嚴格按照相關的標準來提高審查的針對節，導致管理效率降低。此外在一些地方中還出現了較為標，增加了工程質量問題的發生概率，限制了我國水利水電行業的穩定發展。2.4 監督機制相對滯后解項目的最新投資規模和建設周期等，以此來為項目編制所掌握的信息要相互匹配，減少在招標文件中的不合理問從而使招標文件能夠具備較強的精準性。在實際招標文件效傳播。避免對后續招標文件的編制產生影響，全面提高整體的編制效果，為后續招投標管理提供重要的保障。3.2 完善招標程序規范性題，要嚴格按照我國相關法律法規提高整體工作針對性，編制時，要加強信息化建設，將不同部門聯系在一起，當有新的信息出現之后可以在信息系統中快速完成信息的有明顯的保護主義，排斥外地企業一部分地方，實施地域限制搞地方保護主義。導致一些不符合投標資質施工隊伍中為復雜，在具體落實方面的矛盾問題也在不斷地加大，影招投標管理在我國實施時間較長，但是由于其環節較出現偏差均會引發較嚴重的風險問題，所以在實際工作中使招投標過程能夠具備較強的通暢性。水利水電項目建設屬于不斷推進的過程，各環節的影響因素較為突出，因此需要根據風險防控機制，從風險預防和風險回避等不同角度提出有效的應對方案，減少在招投標管理工作中的風險理服務機構進行合作，充分考慮機構的實力以及工作人員綜合素養等，之后再優選招標代理機構。為后續招投標工規范化和科學化。作的順利實施提供重要保障，全面突出招投標工作本身的得平穩發展，在實際工作中要借助先進的信息技術科學利而使電子招投標能夠為后續工程建設提供重要的支撐，多由于工程項目招投標環節較為復雜，如果在某個環境響招投標市場的穩定發展。因此在實際工作中需要工作人員加強對招投標管理工作問題的深入性分析，采取更加科多數招標人都未能正確認識到做好投標人合理選擇必要學優化措施，從而使招投標管理工作能夠更加順利地進行。首先，在實際工作中存在著審查力度不足的問題，大性，在選擇方法和手段方面存在著不合理的問題，粗放式的理念仍然存在。無論是在技術和資金方面沒有進行嚴格的審查，太過注重標書中的內容，無法真正了解投標人的真實能力，會影響后續項目的順利進行。在后續招投標管理工作中還存在著由于招標信息不準確而引發風險和盲目報價的問題，水利水電工程項目招投標程序和影響因素太如果在某個環節出現偏差，會導致各項信息存在著不系統2022年7月上 第13期 總第385期需要建立風險控制機制，防范在各個環節中的風險問題，問題[3]。招投標單位在啟動招投標項目之前需要和招標代此外，為了推動招投標工作能夠在市場經濟背景下獲過復雜，涉及有關工程規模以及工程質量等相關的內容，用電子招標系統，構建更加通暢的招投標流程和制度，從96