单晶涡轮叶片强度分析与结构优化设计

摘要

为提高某型燃气轮机的工作可靠性，对单晶涡轮叶片进行了强度分析与结构优化设计。采用第四强度理论，考虑了晶体取向、温度载荷、气动载荷和转速的影响，得到叶片的应力分布、典型截面的强度储备系数；根据诺顿蠕变方程计算关键节点的持久寿命；基于分析结果对叶片局部结构进行优化改进，将叶片质心向叶背侧偏移，调整进气前缘气膜孔的排列方式，并对新结构进行强度复算。结果表明：优化后的叶片静强度符合设计要求，消除了局部结构处的应力集中现象，叶身结构强度储备系数高于1.3,叶身两侧应力分布更加均匀，叶片在设计转速10%裕度范围内无共振现象发生。