燃气轮机透平喷嘴迷宫式汽封泄漏流动特性研究

采用CFD软件对某燃气轮机喷嘴内围带迷宫式汽封进行了三维流动特性数值模拟,详细分析了汽封内部流场结构和汽封泄漏量特性的变化。结果表明,在汽封室内流动是具有复杂涡系结构的湍流流动,在相同的汽封尺寸参数下,汽封泄漏量随着压比的增加而增大,在相同的压比下,汽封泄漏量随着汽封齿长度的增加而减小、随着汽封齿宽度的增加而增大。     

汽轮机侧齿汽封与梳齿汽封流动特性研究

对汽轮机上侧齿汽封和梳齿汽封进行建模,基于数值求解方法,用有限体积法对控制方程进行离散,并求解湍流模型的封闭方程组,在不同的进口压力下,分析了侧齿汽封和梳齿汽封的三维流动特性。分析结果表明侧齿汽封并不一定优于梳齿汽封,对于高低齿形式的汽封,梳齿汽封的密封性能较好,泄漏量较少,对于平齿形式的汽封,侧齿汽封的密封性能较好,泄漏量较少,转子的凸台对汽封泄漏量的影响很大。为汽封齿的设计加工提供了理论依据,为汽轮机的汽封改造提供了技术参考。     

汽轮机节点式侧齿汽封密封性能的数值分析

介绍节点式侧齿汽封的结构特点和工作原理。采用数值模拟方法对节点式侧齿汽封进行数值计算,分析节点式汽封齿数、侧齿、底齿等结构参数对汽封密封性能的影响。结果表明:影响节点式汽封密封性能的主要结构参数是节点式汽封齿数和侧齿高度;在汽封体轴向长度不变的情况下,随着齿数的增加,汽封小室中心的大漩涡越来越强,增强能量的耗散,减少汽封漏汽量;增加侧齿高度可大大减少汽封漏汽量。     

蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造

采用标准k-ε紊流模型和三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,利用商用CFD软件ANSYS CFX数值研究压比、蜂窝芯格直径、深度对蜂窝密封泄漏特性的影响。分析蜂窝密封在6种压比、3种蜂窝芯格直径、3种蜂窝芯格深度、恒定密封间隙和转速下的泄漏特性,研究结果表明:蜂窝密封泄漏量随压比的增加而增大;相同转速、压比和密封间隙下,合适的蜂窝芯格深度与直径能提高蜂窝密封的封严性能;蜂窝芯格深度一定时,蜂窝密封的泄漏量随芯格直径的减小而增大;芯格直径一定时,随蜂窝芯格深度的增大,蜂窝密封泄漏量先减小后增大。在经典迷宫密封泄漏量Egli计算公式的基础上,通过引入有效密封齿数和蜂窝芯格结构系数,构造能够可靠预测蜂窝密封泄漏量的计算公式并进行数值验证。     

新型椭圆汽封

在旋转机械中,为了防止汽体介质从装置中向外泄漏,轴的两端都采用密封装置,如汽轮机的轴封一般是迷宫式的,主要用齿的间隙和齿数来控制漏汽量。由于轴在运行中的振动,以及汽封安装得不适当,会造成汽封齿磨损,常年轻微磨损积累的结果使间隙增大。尤其在启动时,如控制不当,动、静部件温差引起的热变形往往使汽封齿受到撞击而倒齿、曲卷,间隙急剧扩大,使汽封漏汽量大大超过设计值,降低了装置的经济性。本文介绍一种新型椭圆汽封,能有效地解决上述问题,可供读者参考。     

盘缘篦齿封严特性的数值模拟

为了解航空发动机空气系统中盘缘篦齿的流动及封严情况,采用数值模拟方法对二维盘缘篦齿封严特性进行了系统的研究。使用商业软件FLUENT 6.3对不同的盘缘篦齿齿数N、轴向间隙s和径向间隙d分别进行了计算,得出了在各种情况下泄漏系数随转速的变化关系,主要结论为:转速对篦齿封严的影响不明显;两个齿的封严效果比单个齿的好;相同的径向间隙d下,轴向间隙s越大,封严效果越好;相同的轴向间隙s下,径向间隙d越小,封严效果越好。     

几何参数对直通式斜齿封严泄漏特性影响数值分析

改变直通式斜齿封严的7个主要的几何参数(封严间隙、齿高、齿距、齿宽、齿数、前倾角、后倾角),建立27个模型,通过数值模拟计算,研究气动参数(进出口落压比)及主要几何参数对其泄漏特性的影响规律。结果表明,斜齿封严的流量系数随着落压比和封严间隙、齿高、齿宽的增大而增大,随着齿距、齿数的增大而减小;前、后倾角对斜齿封严的流量系数有较为明显的影响,随着前倾角的增大流量系数先减小后增大,而随后倾角的增大流量系数单调减小。这是因为斜齿齿腔壁面出现局部涡旋,且随着后倾角增大涡旋区域增大,齿内流动耗散增强,因而流量系数减小。     

薄叶式气封在透平级中应用的数值研究

为研究薄叶式气封替换迷宫气封应用于透平级中的可行性,将某一级半高压透平中相应部位的迷宫气封替换为薄叶式气封,采用商业计算软件CFX进行数值模拟,并与采用迷宫气封的原型一级半透平进行对比分析。计算结果表明,简单的气封替换虽然降低气封处的泄漏流量,但没有降低透平级的泄漏损失,而且加强泄漏流动对主流的干扰,将一级半透平中的静叶隔板迷宫气封简单替换为薄叶气封的设计方案是不可行的。为了薄叶气封、平衡孔、轴向间隙的合理匹配,在原型设计方案的基础上,动叶叶顶和静叶隔板处采用薄叶气封,级内轴向间隙设置迷宫气封。采用该薄叶气封应用于透平级的最终方案,薄叶气封和平衡孔达到合理匹配,改善透平级的气动性能,降低泄漏损失,同时为下级透平提供良好的进汽条件。     

几何参数对直通式斜齿封严泄漏特性影响的数值分析

改变直通式斜齿封严的7个主要的几何参数(封严间隙、齿高、齿距、齿宽、齿数、前倾角、后倾角),建立27个模型,通过数值模拟计算,研究气动参数(进出口落压比)及主要几何参数对其泄漏特性的影响规律。结果表明,斜齿封严的流量系数随着落压比和封严间隙、齿高、齿宽的增大而增大,随着齿距、齿数的增大而减小;前、后倾角对斜齿封严的流量系数有较为明显的影响,随着前倾角的增大流量系数先减小后增大,而随后倾角的增大流量系数单调减小。这是因为斜齿齿腔壁面出现局部涡旋,且随着后倾角增大涡旋区域增大,齿内流动耗散增强,因而流量系数减小。     

迷宫式涡旋齿和无迷宫涡旋齿切向密封性能对比

针对涡旋压缩机涡旋齿切向密封难以实现的难题,提出一种迷宫式涡旋齿结构.给出无迷宫涡旋齿切向泄漏量的算法和迷宫式涡旋齿切向泄漏量的算法.计算和实测了新旧结构在相邻压缩腔压差不同的条件下的切向泄漏量.对比研究表明,给出的两种结构的泄漏量的算法正确,无迷宫涡旋齿结构的切向泄漏量和迷宫式涡旋齿结构的切向泄漏量均随着相邻压缩腔压差的增大而增大,但迷宫式涡旋齿结构的切向泄漏量与无迷宫涡旋齿结构的切向泄漏量的比例基本恒定,约为46.3%,说明迷宫式涡旋齿结构在相邻压缩腔压差不同的条件下的切向密封性能稳定,并且优于无迷宫涡旋齿结构的切向密封性能.     

装载机焊接接头的疲劳强度及焊缝尺寸的影响

装载机的工作装置主要为焊接结构，本文根据某新型国产装载工作装置的实际结构，模拟简化了七种焊接接头，试验研究了这些接头的疲劳强度，给出了不同接头的１０条Ｓ－Ｎ曲线，同时还就焊脚尺寸对不同载荷形式下十字接头及丁字接产砂疲劳强度的影响进行了研究，对不同载荷形式临界焊脚尺寸的大小进行了讨论；并根据试验所得Ｓ－Ｎ曲线及国产装载机动臂的实际载荷谱，对三种机型动臂的疲劳寿命进行了估算，估算结果有力地支持了国产新     

在超塑性压缩状态下矩形断面条料的变形力计算

本文利用超塑性力学方程式S (ij)=2/3K（ε e）{sup}(m-1)ε (ij)对矩形断面条料在超塑性压缩状态下,采用主应力法与能量方程进行推导,得到变形力计算的理论公式。近拟地估计Zn－22%Al合金在250℃下的单位平均压力P (avc),与经验数值基本接近。     

在金属超塑性状态下用工程计算法计算反挤压时变形力

本文采用工程计算法（即主应力法）对金属超塑性状态下反挤压时变形力进行推导,得到其单位平均压力,对锌铝共析合金作了计算,与试验所得值接近。可作为近似地变形力估算来参考采用。     

采煤机含间隙行走机构驱动速度对滚筒随机载荷的影响

为了研究牵引速度对采煤机滚筒工作载荷的影响,建立截割部与牵引部相互耦合的动力学系统模型,并考虑截割阻抗为随机量,服从正态分布,运用数值仿真的方法对其求解,并对结果运用数理统计方法得出采煤机滚筒三向力的均值及标准差;研究结果表明,滚筒三向力的均值和方差随着初始牵引速度的增加呈递增趋势,最后经仿真值与实验测量值对比,验证了模型的准确性。     

薄壁构件的长度对抗撞性影响的研究

基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,以提高吸能原件的抗撞性为目的,研究正方形截面金属薄壁构件的长度对抗撞性的影响;经过数值分析,得出正方形截面薄壁构件的比吸能关于构件长度和截面边长的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定基础.     

采煤机端盘截齿载荷特性研究

为研究采煤机端盘截齿的载荷特性,以MG500型采煤机滚筒为研究对象,采用非线性动力学仿真软件LSDYNA建立采煤机螺旋滚筒与被截割煤岩的有限元模型,利用该模型研究了斜切工况下端盘截齿的受力特点和截齿载荷特性随安装参数的变化规律。研究表明:斜切进割过程中,端盘截齿截割阻力和滚筒截割阻力矩随端盘截齿圆周切向安装角的增大而减小,随端盘截齿截距的增大而增大;滚筒截割阻力矩的特征值均随圆周切向安装角的增加其减小的趋势随之减缓,随截距的增大其增加的趋势也随之增强;为使滚筒拥有良好的截割性能,端盘截齿宜选用较大的圆周切向安装角和较小的截距。     

基于Pareto前沿的单晶Si放电加工工艺参数优化

针对电火花加工复杂、时变、多参数的特点,在单晶硅Si放电成型加工可行性的基础上,对材料去除率和表面粗糙度等工艺目标进行综合评价。采用中心组合设计实验综合考察峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔对P型单晶Si放电成型加工过程中材料去除率以及表面粗糙度的影响程度,通过响应曲面法分别获得材料去除率和表面粗糙度的二次响应模型,方差分析结果表明模型具有很好的拟合程度和适应性。以提高材料去除率和降低表面粗糙度为目标建立工艺参数优化模型,设计遗传算法对优化问题进行求解并得到Pareto最优解集。实验结果表明,料去除率的实验结果与优化预测结果平均相对误差为5.8%,表面粗糙度的实验结果与优化预测结果平均相对误差为5.3%。表明该算法能有效快速的实现P型单晶Si放电成型加工过程的工艺参数优化。     

飞机结构紧固件柔度计算公式研究

紧固件柔度是飞机连接部位疲劳寿命的重要影响因素,常常作为飞机结构疲劳寿命分析的主要参数。通过材料力学和弹性力学理论对紧固件的柔度计算公式进行了推导,根据计算过程中的假设和各种不确定因素,提取出了柔度计算公式中的待定系数,然后利用有限元软件计算出的不同材料和尺寸柔度值对柔度计算公式进行修正,确定其待定系数,最后再利用紧固件柔度的试验值对有限元修正公式进行试验修正,得到更合理和准确的柔度计算公式。     

直缝焊管成型机组的力能参数研究

本文根据弹塑性弯曲变形的原理,分析了各直缝焊管成型机座的变形过程,从而提出了确定其力能参数的计算方法。又根据无限长管局部均布受压的物理模型,导出按定经量及弹复量确定钢管定径尺寸以及万能参数的计算方法。最后,按静负载和动负载,并参考电动机控制系统的完善情况,确定所选电动机的功率。带钢弯曲成型和定径是生产电焊钢管的主要工序。认识和了解网管弯曲成型的过程及其力能参数计算,对于进行电焊钢管成型机组的设备设地和挖掘生产潜力,有一定的现实意义。然而国内外在这方面的研究甚少,致使我们在设计时,深感资料缺乏。已查到的各种成型力计算,其计算结果相互间差距很大,难于以之作为根据。作者在国内外学者所进行的基本理论分析基础上,提出了直缝管成型机组力能参数计算方法,并进行了大量实验研究,确认两者之间是相当符合的。下面是我们的研究结果。