机械工程学报

作者：肖袁, 冯坤, 张鹏

单位：北京化工大学高端压缩机及系统技术全国重点实验室 北京 100029

关键词：燃气轮机,叶片,振动,压力,故障预警；

叶片故障是燃气轮机最为严重的故障之一，对叶片进行实时监测和故障预警是提高燃气轮机运行可靠性的有效方法。本研究以机匣振动信号为基础，探讨了叶片状态对燃气轮机机匣压力与振动的影响，以解决叶片故障预警的难题。首先，基于傅里叶级数叠加的方法模拟了旋转动叶片在正常和故障条件下引起的尾流动态压力，分析了动态压力在机匣内的传递特性。其次，提出并建立了基于平面梁单元的机匣-静叶片简化有限元模型，求解了机匣的固有频率以及模态振型，同时分析了在正常和故障动态尾流压力下的机匣振动特性和响应规律。基于上述理论指导，提出了适用于燃气轮机叶片故障的预警指标以及诊断流程。最后，通过两个燃气轮机的实际工业叶片故障案例进行了验证。结果表明，旋转动叶片产生的尾流压力主要由多阶次高频叶片通过频率分量以及转频分量组成，各阶次的振幅随阶数增加而减小；叶片故障会引起机匣振动信号中叶片通过频率幅值的变化，更显著的是其频率两侧出现以转频为间隔的边带，这些特征对于叶片早期故障识别至关重要，是建立叶片故障预警指标的基础。该成果为提高燃气轮机运行的可靠性提供了理论指导。

来源：2025年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2025年第23期