大容量汽轮机阀序改造后调节级叶片强度安全性分析

以某600MW汽轮机调节级叶片为研究对象,采用有限元方法对阀序改造后顺序阀工况下调节级叶轮-叶片系统的结构应力、振动特性、瞬态动力响应和动应力进行计算分析。计算结果表明,顺序阀工况下调节级叶轮叶片系统的静强度和动强度满足强度设计要求,阀序改造后调节级叶轮-叶片系统可以安全稳定地运行。     

含气率对多相混输泵叶片应力应变的影响

为了揭示流固耦合作用对多相混输泵的影响规律,以一单级多相混输泵为研究对象,选取气液两相作为运输介质,基于ANSYS软件进行数值计算,流体域采用TurboGrid进行结构化网格划分。通过计算得到不同含气率下叶片表面的应力和应变分布规律。结果表明:在不同含气率下,动叶轮内最大变形量均出现在流向系数为0.1附近,而静叶轮内变形最明显的位置位于叶片的进口与出口处;随着含气率的增加静叶轮内叶片的变形量有一定程度的下降,但降低的程度要低于动叶轮内叶片的变化量。在动叶轮内,随着含气率的增加压力面和吸力面等效应力整体减小,且最大等效应力区域逐渐向叶轮进口方向移动。研究结果可为多相混输泵的开发与结构优化提供参考。     

基于流固耦合的多级冲压泵转子部件强度和模态分析

为保证冲压泵的运行稳定性和安全性,采用单向流固耦合方法,计算并分析了某型号多级冲压泵的转子部件在各种工况下的等效应力、变形量分布及模态。对泵内部三维湍流流场进行定常计算,获得泵内的流动参数分布;进而将流动载荷施加到泵的过流部件表面,采用有限元分析方法对泵叶轮进行强度校核,并对整个转子部件进行模态分析。研究发现叶轮上的最大等效应力出现在轮毂处,最大变形量则出现在叶片外缘处,且最大等效应力和最大变形量随级数的增加而减小;随着流量的增大,叶轮所受的最大等效应力逐渐减小,但最大变形量却逐渐增加。研究成果可为冲压泵的优化设计提供参考。     

多种载荷下超临界二氧化碳向心透平变形及应力研究

基于超临界二氧化碳(SCO2)工质的动力循环系统是目前先进动力系统的研究热点和发展方向，向心 透平作为SCO2动力循环中的核心部件，其运行的安全性至关重要。本文采用热流固耦合分析方法，对一SCO2 向心透平叶轮进行了强度特性分析，得到了多种载荷对于叶轮变形和应力分布的影响。结果表明:温度 载荷对于变形大小占据主导地位，气动载荷及离心力载荷对变形影响较小，全部载荷工况下叶轮最大总位移 为2.421 mm，位于叶轮轮盘外径处;离心力载荷对等效应力贡献最大，温度载荷导致叶轮叶片根部前缘圆角 处的应力集中，气动载荷对叶轮等效应力贡献较小，全部载荷工况下叶轮最大等效应力为267.91 MPa，位于 叶轮轮背凸台段过渡圆弧处 。     

基于流固耦合的离心风机叶轮动力特性分析

采用数值计算软件CFX和Ansys对离心风机叶轮进行了流固耦合模拟研究,对叶轮的强度、模态和振动特性进行了计算和分析.结果表明:考虑流固耦合作用后,风机的气动性能几乎没有变化,但是叶轮最大总变形量减小2.5％,最大等效应力增大3.6％;考虑预应力效应后,叶轮的固有频率提高,且不同阶次条件下的提高幅度不同;在稳定运行工况下,叶轮周围气流压力的主要脉动频率与叶片通过频率相同;叶轮的固有频率部分落入局部共振区域,该区域的等效应力远小于叶轮材料的疲劳极限,不会导致叶轮疲劳破坏.     

汽轮机部件强度的可靠性设计

提出了汽轮机叶片的静强度和动强度,隔板的静强度和刚度,叶轮的静强度和套装叶轮的过盈强度,把汽轮机部件的应力、挠度和材料强度按照实际情况处理为随机变量,并给出了可靠性设计实例的计算结果。     

基于ANSYS的旋喷泵叶轮流固耦合分析

为获得旋喷泵叶轮在设计工况下的等效应力及变形分布情况,基于FSI原理对旋喷泵叶轮进行了结构分析。采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合原理对旋喷泵叶轮结构进行了仿真计算,同时对单独施加离心力载荷或流场压力载荷的旋喷泵叶轮应力与变形分布情况进行了仿真。结果表明,在设计工况下叶轮应力分布不均且在局部区域存在应力集中现象;叶轮变形随半径的增大而增大,并在叶轮边缘达到最大值0.095 887 mm;离心力惯性载荷是影响叶轮应力与变形分布主要因素。     

电站轴流风机旋转失速工况下的叶轮静力特性研究

基于Realizable k-ε湍流模型对某电站轴流风机旋转失速工况下的流场进行了数值模拟,并基于有限元分析方法结合流固耦合理论,利用Ansys软件对旋转失速工况下的风机叶轮进行流固耦合研究.结果表明:风机进入旋转失速状态后,叶轮内存在一个与叶轮旋转方向相同的失速团;叶轮的等效应力分布主要受离心力载荷的影响,旋转失速对叶轮等效应力分布的影响较小,叶轮的最大等效应力小于材料的屈服强度,未达到屈服状态;气动力载荷对叶轮的总变形量有显著影响,旋转失速发生后,失速团中心所在区域的总变形量最大,较设计工况下增大了72.2%.     

基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究

以某型离心式压气机叶轮为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行单向流固耦合数值模拟。在综合考虑热载荷对叶轮叶片应力应变影响的前提下,建立叶轮单流道的三维流场模型,得到额定转速下压气机叶轮内部流场应力分布。将离心力、气动力和热载荷施加到叶片上,最终得到在离心力、气动力和热载荷三者共同作用下的叶片应力分布和叶片最大变形量。结果显示:相比仅考虑离心力和气动力影响的情况,在施加热载荷后,叶片最大应力增加7.62%,最大变形量增加24.69%。     

双层涡轮叶片应力计算与分析

为了对可倒车燃气轮机中双层涡轮叶片应力进行分析,以双层涡轮叶片为研究对象进行反转状态下叶片的换热分析,并基于ANSYS Workbench软件在正车额定工况及倒车额定工况下完成了双层涡轮叶片的应力计算。结果表明：叶片在反转状态下会不断与周围空气产生摩擦,使得叶片温度大幅升高,降低了叶片应力;对叶片采取冷却措施后,双层涡轮叶片的大应力位置主要位于过渡段,通过随形加强筋及空心倒车叶片的优化方案,可使得正车额定工况下的叶片强度储备系数由1.1增加至1.65,满足了叶片强度设计要求。     

卧式多级离心泵转子系统的谐响应特性分析

为研究卧式多级离心泵转子系统发生振动时各个位置的谐响应规律,通过Ansys Workbench软件进行模态分析的基础上,在某型号的多级离心泵转子各级叶轮上施加激励压力,分析泵转子系统正应力响应和变形响应。结果表明,各个节点中第一级口环节点位置的变形响应和左端轴承节点位置的正应力响应幅值最大,并对第一级叶轮外径边缘上施加的激励压力最为敏感,其响应均发生在泵转子系统第2、6阶固有频率附近,其中第一级口环变形响应最大值出现在靠近叶轮进口处,左端轴承位置表面的正应力响应沿轴线呈对称分布,其上拉应力和压应力的最大值均出现在靠近轴承位置表面边缘处。     

基于流固耦合的化容补水泵性能分析

设计3组化容补水泵模型,运用Pro/E建立三维模型,由CFD软件仿真,并对水力模型进行试验,对比试验与仿真结果,获取最优模型。通过ANSYS Workbench建立CFD与Static Structural(静力学)和Modal(模态)连接,对最优模型进行分析,以泵三维定常数值计算结果为基础,利用顺序耦合技术,对固体和流体域进行迭代,分析叶轮的静态应力和振型。结果表明,在水压力作用下叶片变形最大位移发生在叶片出水边靠近叶片边缘处,由平衡孔作用,叶片的等效应力相对均匀较小,叶轮轮毂处因叶轮前后面压差作用,等效应力较大。设计工况下,叶轮轮毂变形对振型的影响明显。     

基于响应面法的圆盘泵叶轮优化研究

为了提高圆盘泵的水力性能,以径向直叶片圆盘泵为研究对象,结合计算流体动力学方法(CFD)与响应面分析法,研究叶轮结构参数对泵扬程和效率的影响。以叶片高度、叶片数量和盘间距为优化设计变量,泵的扬程和效率为响应变量,基于Box-Behnken样本点设计法进行三因素三水平设计,建立17组样本点。通过ANSYS CFX数值计算软件对各个样本点的设计模型进行数值模拟,并基于二阶响应面回归方程拟合了叶轮结构参数与扬程和效率之间的关系表达式。研究结果表明:叶片高度、叶片数量和盘间距均对泵的水力性能有明显的影响。多因素交互作用中叶片高度和盘间距的组合影响最为显著。通过响应面方程找到了最优参数组合,优化后的圆盘泵扬程在各流量工况下平均提升了22 m,最高效率提升了15%。     

离心泵叶轮穿孔对空化性能的影响

为分析离心泵叶轮开孔对空化性能的影响,选取一普通离心泵作为研究对象,在进口易空化区不同位置做不同直径的贯通孔,利用CFD仿真软件,对模型进行全流道三维定常湍流空化数值模拟,研究在不同进口汽蚀余量条件、不同开孔位置和不同开孔直径对离心泵性能影响。结果表明:开孔会造成叶轮内能量损失,损失大小与开孔直径和孔内平均流速正相关;开孔对离心泵空化性能影响主要取决于流体在吸力面与压力面之间的能量差和开孔造成的能量损失之间的差值,差值为正则抑制空化,差值为负则加剧空化;扬程和效率随开孔直径先升高后下降,当穿孔直径为3 mm时,达到最大值;开孔会影响叶片吸力面压力及流场分布;综合看,在C=0. 5流面开孔优于在C=0. 9流面开孔。     

Influence of blade outlet angle on performance of low-specific-speed centrifugal pump

In order to analyze the influence of blade outlet angle on inner flow field and performance of low-specific-speed centrifugal pump, the flow field in the pump with different blade outlet angles 32.5° and 39° was numerically calculated. The external performance experiment was also carried out on the pump. Based on SIMPLEC algorithm, time-average N-S equation and the rectified k-? turbulent model were adopted during the process of computation. The distributions of velocity and pressure in pumps with different blade outlet angles were obtained by calculation. The numerical results show that backflow areas exist in the two impellers, while the inner flow has a little improvement in the impeller with larger blade outlet angle. Blade outlet angle has a certain influence on the static pressure near the long-blade leading edge and tongue, but it has little influence on the distribution of static pressure in the passages of impeller. The experiment results show that the low-specific-speed centrifugal pump with larger blade outlet angle has better hydraulic performance.     

三级轴流式油气混输泵内流场压力脉动特性

为研究轴流式油气混输泵含气工况级间相互影响以及流道内压力脉动特性,应用Fluent软件数值模拟了三级油气混输泵在设计流量下的全流场瞬态,获得了混输泵内两相运动特征和流动部件内压力脉动情况,并分析了压力脉动时域和频域。结果表明,动静干涉是产生静压波动的主要因素,静压波动均值从入口到出口逐渐增大,级内动静交界处耦合作用较小,级间动静交界处耦合作用则较为明显。各级压缩单元叶轮进口均为脉动最剧烈的地方,距离叶轮进口越远,压力脉动幅值越小,在叶轮出口达到最小。在压缩单元内,流动方向的压力脉动主频幅值逐渐降低。首级叶轮出口、二级叶轮中间和出口以及末级叶轮中间位置压力脉动频率主要为2倍叶频,其他监测点压力脉动频率均为1倍叶频。气相对压力脉动频率影响较小,仅影响幅值。研究结果可为混输泵的结构优化设计及流动诱导振动控制提供参考。     

卧式双轮混流式水轮机转轮强度分析

将流体动力学分析软件CFD与有限元软件ANSYS相结合,对挪威Borregarrd Trlandsfoss水电站机组的卧式双轮混流式水轮机转轮在额定工况和最大载荷工况下的强度进行了静力分析,并计算出了其应力和位移分布情况。结果表明,两种工况下,叶片出水边与上冠连接处均出现了非常明显的应力集中;最大等效应力均出现于转轮叶片出水边与上冠连接处,此处易产生疲劳破坏;最大位移均出现于下环处,即对振动较敏感的部位。     

离心泵叶轮扭曲叶片参数化实体造型研究

扭曲叶片作为离心泵的重要部件,其制作过程及精确程度是影响离心泵性能的重要因素。本文借助Pro/E造型平台,依据二维木模图来表达叶轮模型,提出了叶轮轴面投影及水力木模图的测绘方法,然后将叶片的数据导入造型软件并生成叶轮的实体造型,实现了离心叶轮的参数化设计,实例计算结果表明,提出的理论和方法是有效的,能够实现叶轮的快速高效设计。此方法生成的文件为进一步的叶轮流场数值模拟软件fluent、Ansys等仿真软件分析提供了接口文件。