徐广磊 郭宏伟

摘 要：外界扰动力是一种激励源，也是影响叶轮振动的重要因素。本文结合一起典型的叶轮叶片断裂事故，分析叶轮叶片的自振频率与激励源所产生的激振力频率相耦合时所产生的共振影响，研究其对叶轮带来的损害。通过改变叶片的自振频率或者激励源等方式，人们可以成功处理此类故障。

关键词：膨胀叶轮;扰动力;叶片自振频率;激励源

中图分类号：TB653 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）09-0047-03

Abstract： The external disturbance force is a source of excitation and an important factor affecting the vibration of the impeller. Combining a typical impeller blade fracture accident， this paper analyzed the resonance effect generated when the natural frequency of the impeller blade was coupled with the frequency of the exciting force generated by the excitation source， and studied the damage it brings to the impeller. By changing the natural frequency or excitation source of the blade， people can successfully deal with this type of failure.

Keywords： expansion impeller;disturbing force;blade natural frequency;excitation source

工作期间，透平膨胀机叶轮可能出现故障，尤其是叶片断裂，若排除异物撞击，则主要原因还是叶轮叶片的振动。对于焓降大且线速度高的透平膨胀机叶轮来说，叶轮振动是比较常见的一种故障，危害非常大，其主要表现是造成叶轮叶片的撕裂。究其原因，在外界扰动力（激励源）的影响下，叶轮叶片会产生受迫振动。在实际工程设计中，设计人员往往只对叶轮进行孤立的振动分析，即仅关注激振力频率与叶轮自振频率相等时所发生的共振影响，而忽略系统中一些通流部件的影响，势必给叶轮的安全运行带来许多重大隐患。

事实上，在透平机械中，叶轮的前后静叶均可能产生耦合振动，比如，膨胀叶轮前导流叶片、离心压缩机[1]的进口导叶、叶轮出口的叶片扩压器等这些常见部件的存在使得影响叶轮振动的因素变得复杂化和多元化。而对于透平膨胀机[2]而言，产生周期性扰动力的原因也有很多，譬如，气流经过喷嘴出现分布不均匀、喷嘴叶片数和叶轮叶片数相耦合、叶轮转速、叶轮加工几何形状的不对称以及叶轮材质的不均匀等都可以引起叶片的振动。……