矩阵式高温涡轮叶片热流耦合计算及验证

对某型燃气轮机复杂矩阵式高温涡轮冷却叶片进行了热流耦合计算及验证。根据原机设计图纸,应用Pro/Engineer对高压涡轮动叶建立真实、无简化的三维模型,采用ANSYS ICEM对模型进行网格划分;热流耦合计算软件为ANSYS CFX 11.0。为了准确计算燃气对金属叶身的换热及冷却空气出口气膜对叶片尾缘的影响,计算采用了热流耦合的方法。涡轮进口主流燃气的温度在1200℃以上,冷却空气温度为450~550℃。在冷却叶片温度场计算中分别采用κ-ε湍流模型、SST湍流模型,对比了采用不同湍流模型时叶片温度场的差别,并根据整机实测结果验证了计算方法的准确性。高压涡轮动叶温度场计算结果可以作为涡轮叶片设计的依据之一,并为强度计算提供依据。     

某舰用燃机高压涡轮压气机转子传递矩阵建模

利用有限元法推导某舰用燃气轮机高压涡轮压气机转子的传递矩阵,并建立转子的多体系统传递矩阵模型。通过算例证明,该方法计算准确,为用有限元法和多体系统传递矩阵法求解燃气轮机转子学问题提供了新思路。     

舰船燃气涡轮叶片三维热流固耦合应力应变分析及寿命预测

为提高燃气轮机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的寿命预估与减损控制研究,需要对燃气轮机的关键零部件进行结构特性分析。对舰船燃气轮机涡轮叶片在紧急升工况载荷谱下的应力应变状态进行了三维热流固耦合有限元分析,针对典型载荷谱计算了涡轮叶片应力应变的变化规律,对涡轮叶片材料进行了控制应变试验,为叶片寿命预测提供了必要的参数。根据应力应变分析结果利用Basquin公式和Manson-Coffin公式计算了2个危险点处的疲劳裂纹起始寿命。并根据分析结果对涡轮叶片进行了寿命预测,预测结果可以作为燃气轮机使用维修的参考依据。     

舰船燃机发电模块控制策略研究

本项研究是建立在燃气轮机作为原动机用于全电力推进系统的基础上展开的,燃气轮机作为原动机用于全电力推进系统时,负载是发电机组,采用定转速运行方式。在发电机突然甩负荷的情况发生时,动力涡轮突然空载,如果不采取措施降低动力涡轮转速,燃机必然会超速保护停机。因此对燃油系统进行了改进,并在燃油试验台上进行了性能试验。制定了采用高速数字燃油控制器与高压压气机后加放气阀的控制方案,并对高速数字燃油控制器与突变负荷的控制策略进行了研究,结合燃机数学模型仿真计算进行验证。     

多场耦合下燃气轮机涡轮盘的寿命预估

为了实现在离心载荷和温度梯度影响下燃气轮机涡轮盘的寿命预估,首先建立了该燃气轮机涡轮盘的有限元模型,并对其进行热弹塑性应力计算,进而找出该涡轮盘疲劳断裂的危险部位,并利用S-N曲线法对该部位进行疲劳寿命计算。该研究可以为燃气轮机后续的使用和维修提供参考依据,同时也对同类型涡轮盘的寿命预估起到借鉴作用。     

环境温度和进气压力损失耦合作用下的燃气轮机性能

采用变比热容并考虑油气比变化对系统的影响,建立了一种非线性的考虑容积惯性的双轴燃气轮机动态仿真模型.基于不同的工况,获取进气系统的压力损失变化规律;并耦合燃气轮机在不同环境温度下的实际运行需求,对燃气轮机的性能进行了仿真研究和计算.结果表明:随着燃气轮机工况的增加,进气系统的压力损失按接近2次方规律增加;在高温和高工况条件下,燃气轮机的有效输出功率和热效率下降明显.所得结果可为燃气轮机的优化设计和使用提供理论基础和决策参考.     

船用轴流式风机事故原因分析及系统配置改进建议

本文扼要介绍了LM2500燃气轮机箱装体冷却空气系统管网配置.针对其船用轴流式风机发生粉碎性损坏事故状态,从管路失稳性分析、模态分析、管网特性匹配分析以及风机自身由气动力引起的失速分析诸方面,进行了广泛论证,剖析了造成轴流式风机损坏的真正原因,并在此基础上,提出了最终解决燃气轮机箱装体特定冷却空气系统管网配置的建议.     

舰用燃气轮机进排气系统指标体系及试验方法

为满足舰用燃气轮机和舰用柴油机对燃烧和冷却空气的品质要求,以保障舰用动力系统的可靠工作,进排气装置是装船技术中不可缺少的重要设备。文章基于舰用燃气轮机进排气系统的工作原理,构建了进排气系统指标评价体系,提出了各指标的试验方法。根据研究,进排气系统应进行静态检查、阻力测定试验、抗冲击试验、排气红外辐射强度测试等项目。     

动力涡轮整体三维流场分析和验证

针对某燃气轮机四级动力涡轮采用NUMECA商业软件进行了三维黏性流场计算分析。并根据燃气轮机性能试验,提取动力涡轮特性参数,将计算得到的动力涡轮总体参数与试验得到的涡轮总体参数进行对比分析。发现其导叶采用了"后部加载"叶型及凹壁扩张与凸壁扩张相结合的子午型面技术,使其具有优良的气动性能。为分析叶冠对涡轮性能的影响,结合NUMECA软件特点,提出分块生成网格的方法,进行了单级涡轮带冠流场计算,并结合ASME的相关资料对其进行了分析。通过相关资料的分析,发现该涡轮导叶的"后部加载"特性尚不是太明显,其"后部加载"特性还有进一步"提升"的余地。为此,对涡轮第二级导叶进行了优化设计,优化后效率绝对值提高约0.5%,说明该涡轮效率还有一定的提升余地。     

燃气轮机监测系统的建模与实现

以从法国引进的ＭＳ６００１燃气轮机发电机组为研究对象,针对它开发了一套以燃气轮机循环计算、压气机和涡轮特性计算及燃气轮机变工况计算为基础的工况监测显示系统软件。该软件的开发有利于提高燃气轮机系统运行的管理水平,为全面实现燃气轮机机组的智能监测和诊断打下坚实的基础。