某型涡轮增压器轴流涡轮疲劳寿命预测分析

针对船用涡轮增压器在发动机实际工况下的疲劳失效模式,基于发动机的耐久试验任务剖面,分析了增压器在不同工况下运行时的涡轮转速的变化规律,计算了船用涡轮增压器涡轮疲劳危险部位的应力变化情况,其最大应力出现部位位于叶片根部,最大应力值为647MPa。利用线性Miner累计损伤法则,统计出涡轮增压器涡轮在发动机整个耐久试验任务剖面过程中的总损伤量为0.004,根据总损伤量和耐久试验总时长,推算出涡轮增压器涡轮的寿命为33334h;通过拉森-米勒参数法分析计算在工作状态下,涡轮的蠕变寿命为316227h,为后续涡轮可靠性分析提供理论参考。     

基于ANSYS的航空发动机涡轮叶片有限元仿真

针对航空发动机涡轮叶片服役时工况恶劣,难以测量其应力、应变的现状,通过分析涡轮叶片工作时的物理场环境,利用CFX对叶片流场进行气动分析,在此基础之上,通过ANSYS Workbench进行叶片典型工况下气、热、固多场耦合仿真计算,得到涡轮叶片叶身部分在典型工况下的应力、应变及形变云图,最后将仿真结果与理论计算及叶片实际工作情况进行对比,证明仿真结果具有一定的准确性,其结果可为航空发动机涡轮叶片的结构设计及寿命预测提供数据参考.     

航空发动机热态下不均匀叶尖间隙的热固耦合分析

涡轮叶尖间隙对发动机性能有很大影响。孔探图像显示高压涡轮叶片前缘与机匣衬套之间摩擦严重,且发动机排气温度裕度持续偏低。为了精确获得航空发动机在工作环境最恶劣工况下的叶尖间隙值,对涡轮盘与叶片进行热固耦合有限元分析。采用SolidWorks 2014建立高压涡轮盘与高压涡轮叶片模型,借助ANSYS Workbench获取工作状态下涡轮盘与叶片的温度场分布与结构变形量,得到高压涡轮叶尖前缘与后缘的实际间隙值,为改进高压涡轮单元体维修方案,提高发动机性能提供合理建议。     

航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析及验证

针对航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析时,将叶冠工作面一体等效的处理方式导致叶片频率计算精度降低的问题,开展了带冠涡轮叶片盘振动特性研究.提出了一种考虑变形和叶冠工作面实际接触面积的带冠涡轮叶片建模方法,以某型带冠涡轮叶片为对象,采用上述方法完成叶片建模和模态分析,并进行整机动应力测试试验验证,结果表明:采用该模型计算得到的叶片1阶共振频率与实测共振频率基本吻合,两者差异在7％以内.研究工作可为航空发动机带冠涡轮叶片振动设计提供参考.     

温度场作用涡轮增压器转子的应力变化规律分析

建立涡轮增压器转子的有限元模型,采用有限元软件ANSYS,通过热结构耦合分析,考虑稳态和瞬态温度场作用下,计算转子涡轮和压气机叶轮的应力云图,得到最大等效应力,分析不同转速条件下涡轮增压器转子的应力变化规律。结果表明:稳态温度场作用下,转子的温度分布呈现线性关系,与瞬态温度分布有一定差别。稳态与瞬态温度场作用下转子涡轮的最大等效应力随着转速的增加不断增大。不同的是,随着转速增加,稳态温度场条件下压气机叶轮的最大等效应力逐渐降低,而瞬态温度场作用时最大等效应力不断增大。     

基于ANSYS的某型航空发动机涡轮叶片的弹性应力分析

以某型航空发动机的涡轮叶片为研究对象,基于SolidWorks软件建立其三维实体模型,采用有限元分析软件ANSYS对其进行弹性应力分析.仿真结果表明,涡轮叶片根部应力最大,且随着半径的增大,叶身的应力越来越小;变形与应力的大小分布不一致,随着半径的增大,变形量越来越大.仿真结果对涡轮叶片的设计和改进具有一定的指导意义.     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

叶根前缘倒角对低压涡轮转子叶片强度的影响

针对某型航空发动机低压涡轮转子叶片在叶根前缘倒角处发生应力集中的问题,研究了叶根前缘倒角半径对低压涡轮转子叶片强度的影响。研究结果表明,随着叶根前缘倒角半径的增加,低压涡轮转子叶片根部前缘倒角处应力集中效应降低,可作为减少低压涡轮转子叶片疲劳破坏和断裂失效的措施。叶片表面气动力载荷、离心力载荷是导致低压涡轮转子叶片根部前缘倒角处应力集中的主要原因。其中,气动力载荷引起的应力占总等效应力的78%,离心力载荷引起的应力占总等效应力的22%,温度场载荷引起的应力可忽略。     

对转涡轮低压转子叶片的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。     

基于真空热处理制度对航空发动机涡轮叶片影响的研究

选取某型航空发动机低压涡轮叶片为试验样本,为消除机械加工过程中带来的残余应力,对其分别选用两种真空热处理制度进行去应力试验。在试验过程中,对比分析真空热处理前后叶片尺寸、材料成分及疲劳试验等最终特性,为航空发动机涡轮叶片热处理制度的选择提供了参考依据。该试验研究目的是选择合适的真空热处理制度,既消除机械加工过程中带来的残余应力的同时,又满足航空发动机叶片最终装配特性和材料性能特性。     

基于单向流固耦合的潮流能水轮机叶片强度及模态分析

叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后在Workbench内完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,采用单向流固耦合的方法将流场载荷施加到叶片结构上并对其进行了强度分析,得到了叶片变形及应力的变化情况;最后对叶片进行了模态分析,得到叶片各阶模态振型、频率及最大变形量,并且对结果进行了分析。     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

混流式水轮机转轮简化模型焊接过程的数值模拟

在确定混流式水轮机转轮简化模型、解决分段焊焊接热源加载的问题及解决各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题的基础上,对转轮模型焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。得到了焊接过程中各起弧点的热循环曲线、纵向应力的演变规律与焊后应力场的分布情况。结果表明:焊后应力的峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面附近的叶片上。这个结果可以较好地解释水轮机转轮叶片疲劳裂纹的产生和扩展的失效行为。     

驱动合成气压缩机用工业汽轮机设计分析

针对某化工企业用合成气汽轮机高参数、高转速、高功率等要求的问题,基于透平热力学理论,提出了一种反动式工业汽轮机设计方案。使用透平强度理论对汽轮机直叶片的应力进行了详细计算,使用有限元分析对调节级叶片、末级扭叶片的应力进行了详细研究,使用转子动力学理论对汽轮机转子4种不同振型的不平衡响应振动进行了详细分析。利用动平衡机对转子进行了高速动平衡试验,同时通过汽轮机空负荷试验,检查了转子的实际振动情况。试验结果表明,汽轮机的功率与转速均满足用户的要求,叶片的应力在许用范围之内,叶片强度满足要求,转子的临界转速具有足够的避开余量,转子的振幅不超过25μm,符合API612的要求;该设计方案可满足用户的要求,能广泛满足合成气压缩机的驱动需求。     

转子对高压涡轮叶尖间隙变化规律的影响

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,初步分析了涡轮叶尖间隙的变化机理,建立了机匣、叶片和转子的简化模型。在此基础上,分别仿真计算转速变化和发动机起动过程瞬态温度下转子的径向变化,讨论了转子在飞行器机动飞行情况下的振动幅值对叶尖间隙的影响。结果表明,转子振动幅值和径向位移对叶尖间隙变化有重要作用。     

随钻测井用井下发电机系统的涡轮设计

对随钻测井系统中井下涡轮发电机的关键部件进行了研究.首先,建立了一种水力性能较高的涡轮模型;然后,基于计算流体力学(CFD)理论,采用Fluent软件对不同叶片参数的涡轮模型进行了紊流流场研究,并分析了流量、转速对涡轮流场的影响;最后,通过涡轮发电机地面单向水利实验验证了流量、转速、负载与涡轮发电机输出电压的关系.仿真结果表明:15叶片、叶片进口角30°以上、出口角45°以下、中弧线圆弧半径40mm以内对应的涡轮模型水力性能较好,但水力效率过高也会降低涡轮的工作寿命,因此,在一定范围内增大流量、转速对提高涡轮水力效率具有积极影响.所建立的涡轮模型能够提高涡轮的输出功率并保证其工作寿命.     

微型轴流式血泵叶轮流场CFD计算分析

通过对人工血泵中血液的流体动力分析,计算血液流场的结构和流动性能,可以较好地了解设计血泵的血液流动和流场对血液造成的损伤。本文通过对一种微型轴流式血泵叶轮流场采用CFD方法进行了计算和分析,结论:计算了该叶轮在满足正常人体供血时的工作转速和驱动功率,为磁耦合驱动的设计提供了理论数据;血液经过螺旋叶片,速度分布梯度变小,有利于血液的均匀流动,减少了对血液的破坏,叶轮流场结构基本合理。但是,叶轮边缘间隙处存在局部高剪切区,由于局部压差的存在,流场在出口处出现局部回流。     

带叶片涡轮盘腔气流增压温降特性数值模拟研究

通过在涡轮盘腔内部增加叶片的方式改变盘腔内部流动结构,从而降低旋转系下的相对总温.针对不同叶片结构对涡轮盘腔内部流动的影响开展数值模拟研究.结果表明:叶片叶型结构设计对内部流场的影响较大,旋流比为影响的主要因素,旋流比接近于1时,增压温降效果最好;导流叶片叶型的差异对总温降增压效果的影响明显;叶片进出口半径对预旋系统整...     

2种约束条件下的 TRT 叶片静态及模态分析

高炉煤气余压透平发电装置（简称 TRT）是一种能源发电装置,叶片在 TRT 工作过程中起着能量转换的作用。在对叶片结构进行分析时,边界条件的施加方式会因安装及工作条件的不同而有所改变。本文采用 ANSYS Workbench 建立了 TRT 叶片的有限元模型,并根据叶片的安装及结构等特点,对叶根周向面确定了2种相对合适的边界约束条件,然后对叶片分别进行结构静力学和模态分析对比。结果表明,在约束条件Ⅱ下计算所得的应力、位移以及动频、静频的数值相比于约束条件Ⅰ下的都有所减小,应力、位移的分布规律以及模态振型几乎不变,分析结果为进一步对 TRT 叶片的相关试验和动力学分析和计算提供了一定参考依据。