航空发动机轮盘正向设计方法研究

为了进行快速、准确的轮盘设计,本文利用预制应力分布的方法求解轮盘力的平衡微分方程,获得了轮盘结构尺寸参数,从而实现轮盘的正向设计。通过采用等强度盘理论获得了预制轮盘应力曲线采用修正的。应用上述数学模型,并且经过型号验证结果表明,本文的轮盘正向设计方法可快速设计整机转子系统,可用于估算重量、高压涡轮最小盘心距、临界转速、支撑刚度等重要尺寸,该设计方法对实际工程应用具有较大的实际意义,并且具有流程上可行性与结果的有效性,从而具有良好的工程实用性。     

周向拉杆转子轮盘端面齿接触应力分析

轮盘端面齿具有刚度大、自对中性能,在重型燃气轮机拉杆转子连接和传扭中起到重要作用。基于某周向拉杆转子模型,从理论上分析轮盘端面齿连接段在预紧力和扭矩作用下的齿面应力,用冲压模型来模拟齿面接触应力分布,并采用三维有限元非线性接触算法,计算轮盘端面齿连接在额定预紧力和扭矩载荷下的应力分布,说明冲压模型的正确性,所得结论可为转子轮盘端面齿强度分析提供计算方法。     

大功率汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析

采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机末级叶轮进行三维实体建模,用有限元软件Ansys分析了该型机组末级轮盘-叶片的应力分布。经数值模拟发现,最大应力处位于轮盘与叶片的接触区域,应力值已达到塑性变形区域,但未达到屈服极限。轮盘和叶片的最大应力随着转速增加而呈大致线性增加。得出轮盘与叶片的接触区域既是高应力区域,也是升速过程中应力变化最大的区域。同时得出离心力对叶轮应力变化的影响要远大于汽流力。计算结果可以作为汽轮机末级叶轮疲劳寿命预测的依据。     

某燃气轮机高温涡轮盘的破裂转速数值预测方法研究与试验验证

为确定某燃气轮机涡轮盘的破裂转速,设计并开展了轮盘破裂转速试验,得到了其真实破裂转速,并与多种数值预测方法预测的轮盘破裂转速进行对比。结果表明：对于某型燃气轮机高温涡轮盘而言,最大应力法对破裂转速的预测精度最高,与试验转速相比,精度误差为0.9%,可以预测裂纹的起始开裂位置以及轮盘的破裂模式;极限应变法与残余变形法预测的破裂转速的精度相当,与试验转速相比,精度误差分别为4.8%和6.2%,由于有限元方法会同时计算应变和应力,因此建议优先选用应力准则预测;平均周向应力法计算相比较简便,计算时间短,但是精度较差,精度约为12.3%,可以用于粗略估计破裂转速。     

非规则形状截面抗扭断面系数计算方法的比较

本文根据弹性力学关于应力函数与翘曲函数的基本理论,应用有限元法与有限差分法对非圆截面柱体抗扭断面系数的计算提出了较为完善的方法.首先用有限元法通过应力函数求解;再用有限元法通过翘曲函数求解,最后用有限差分法通过应力函数求解.对这几种方法进行了比较.     

烟气轮机动叶轮盘冷却共轭传热数值分析

使用CFD方法,对带有蒸汽冷却的某烟气轮机动叶轮盘进行热-固耦合数值分析。轮盘温升与其周边流场与温度场的耦合计算采用CFX的共轭传热方法,忽略热辐射影响,将流体域与固体域内的传输方程进行耦合求解,通过能量方程平衡流体和固体界面上热流,实现了流场与温度场的耦合数值分析。计算结果揭示了烟气轮机轮盘处复杂流动中烟气、冷却蒸汽对轮盘气动加热特征,并给出了冷却蒸汽对动叶轮盘温度场分布的影响规律。     

汽轮机叶轮应力计算方法

轮盘应力分析是汽轮机结构设计中的一个重要环节,对汽轮机转子的安全监测、寿命管理和评估均具有重要的意义。根据汽轮机叶轮应力和变形的基本方程式,用最小二乘法拟合复杂的转轮剖面形状,将无约束最优化方法引入打靶法,编写了计算程序,对二阶常微分方程进行了数值计算。算例结果与二次计算法结果接近,说明该算法是合理的。该方法与二次计算法相比,有简便的特点,在工程实际中具有一定的实用价值。     

离心压气机叶轮边缘断裂有限元分析

针对涡轮增压器离心压气机叶轮轮盘边缘断裂故障,建立压气机三维模型,进行有限元强度分析和有限元模态分析,得到压气机叶轮的应力分布、固有频率和模态,并绘制了叶轮振动的Campbell图。有限元计算结果分析表明:材料强度不是造成叶轮轮盘边缘断裂的原因,叶轮在61 550r/min转速附近工作会和叶片旋转产生的气动激振力发生共振,导致叶轮轮盘边缘断裂。对叶轮几何参数进行了优化,优化后叶轮轮盘边缘断裂故障得到了解决。     

某压气机轮盘破裂转速分析与试验验证

为研究轮盘破裂转速分析方法并提高破裂转速预测精度,基于平均应力法和极限应变法对某型大功率燃气轮机压气机轮盘破裂转速进行分析。通过后续开展的轮盘超速及破裂试验,对轮盘应变、残余变形及起始破裂位置进行了验证。研究结果表明：轮盘破裂转速分析结果与试验相符,压气机轮盘的主要破裂形式为子午面破裂;与平均应力法相比,极限应变法预测精度更高,并且可以准确预测起始破裂位置。     

涡轮盘热弹塑性问题的增量有限元解法

本文应用增量有限元法,提出了求解航空发动机涡轮盘热弹塑性应力分析问题的方法和计算程序(也可适用于燃气轮机、压气机、汽轮机等的轴对称旋转圆盘)。用它可计算涡轮盘在弹性或弹塑性阶段的应力和位     

汽轮发电机组轴系扭振引起的叶片响应计算

提出了汽轮发电机组轴系扭振及叶片切向振动的连续质量模型,在此基础上分析了叶片运动的轴系扭振的影响,给出了轴系扭振引起叶片响应的计算方法,并对实际机组在两相短路时进行了数值计算,结果表明,由轴系扭振引起的叶片应力对叶片的安全性分析是不可忽视的,图3参4。     

具有温度场的冷却叶片振动特性计算方法研究

根据稳态热传导的相关理论,建立了透平冷却叶片温度场和热应力场的四面体三维有限元分析模型和方法,并在此基础上建立了透平冷却叶片振动特性三维有限元分析方法,开发了相关计算软件。对某航空发动机透平高压第1级冷却叶片在不同工作条件下的振动特性进行了计算分析,同时研究了热应力、温度场、转速等对叶片振动特性的影响,表明本文中所建立模型和方法是科学、合理和精确的,为开展透平冷却叶片的设计和振动安全性评价奠定了基础。     

汽轮机叶片表面状况对疲劳寿命的影响

汽轮机叶片的疲劳操作和疲劳寿命除与交变应力、平均应力、材料的强度和循环性能、运行条件等有关外,在相当大程度上与叶片表面状况（应力集中、加工状况、强化、腐蚀介质、微动磨损等）有关。本文深入研究了叶片表面状况对疲劳寿命的影响,采用改进的局部应力应变法对实际叶片进行的相应计算、对比和分析表明,叶片的疲劳寿命对表面状况很敏感。研究工作对叶片状况、制造、运行及故障分析有着现实的理论和工程应用价值。     

超超临界汽轮机叶片热应力分析

针对超超临界机组高温环境下工作的叶片的安全性需要,采用了目前在工程领域广泛应用的CFD和FEA计算理论与方法,以实际汽轮机叶片的热应力求解过程为例,从其CFD求解叶型表面对流换热系数开始,说明了采用插值程序将CFD结果插值到有限元模型的过程以及该叶片在启动过程中的温度场和应力场求解方法。对汽轮机叶片的热应力分析规范提出了建议,该规范对汽轮机叶片与轮缘进行全面的强度分析和评估是可行的。     

蒸汽透平全三元粘性流场计算

介绍了用有限体积时间推进法进行以蒸汽为介质的蒸汽透平叶片排全三元粘性流场的计算方法。通过对某一实际蒸汽透平叶片排的计算,证明计算方法是成功的,计算程序是正确的。它可以用来详细分析蒸汽透平叶片的性能。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮裂纹改造分析

为了解光照电厂转轮裂纹的改造效果,借助ANSYS有限元计算平台,利用流固耦合方法分析转轮改造前后在不同水头、负荷下的流场及动、静应力。计算结果表明,转轮在叶片出口边中部有较大变形,应力集中点在叶片出口边靠近上冠与下环处,与现场发现的裂纹位置相同,说明应力集中是裂纹出现的原因之一。转轮上冠、下环与叶片出水边连接处加装三角块对转轮的水力性能影响可忽略;而转轮最大应力降幅均超过20%,最大应力位置从连接处转移至三角块处,可有效改善转轮裂纹情况。     

基于代数法和Possion方程法的叶栅网格生成及流场对比计算分析

介绍了一种利用Possion方程生成平面叶栅H形网格的方法,与代数方法生成的网格相比,在同样的网格数目下,Possion方程方法生成的网格对叶型的进、出气侧的小圆的几何形状模拟的更真实,网格单元的分布更加均匀,正交性和光滑性更好。对于一种跨音速涡轮静叶栅来说,流场计算的结果表明:Possion方程方法生成的网格与代数方法生成的网格相比,在同样的网格数目下,能更加清晰的捕捉到叶型尾缘处的激波间断。     

舰船燃气轮机高压涡轮动叶多维热耦合设计方法

针对舰船燃气轮机复杂高效冷却叶片设计,基于压力修正算法建立冷却叶片一维管网设计方法;通过快速求解可压缩边界层微分方程获得叶片外换热边界,基于参数化的叶片网格生成方法,采用全隐式有限体积的固体导热求解方法,构建了冷却叶片的耦合传热模型,开发了耦合传热计算程序。对某高压涡轮动叶进行多维热耦合设计,确定冷却流路及冷气分布,通过三维气热耦合计算验证了设计方案的可行性,通过对比分析验证了多维热耦合设计方法对主要流通单元的流量、压力误差小于5%,具备较高的工程应用价值。     

气动力和离心力对风力机叶片应力影响研究

针对自行研制的NACA4415翼型水平轴风力机,通过流固耦合的数值模拟计算方法,考虑气动力和离心力以及两者耦合作用,选取叶片最大弦长、中部弦长、气动中心线展向以及最大应力点位置,分析风力机叶片在不同工况下的应力特性分布规律。结果表明:在气动力作用下,叶片相同弦长位置处迎风面应力小于背风面应力,且随尖速比和入流风速增大而增大,最大应力点位置随着尖速比增大沿翼展向外且靠近叶片前缘方向延伸;在离心力作用下,叶片相同弦长位置处迎风面应力大于背风面应力,且随尖速比增大而增大,而最大应力点均在叶根最大弦长位置(9.93 mm,10.80 mm,-126.33 mm);在耦合作用下,叶片相同弦长位置处迎风面应力大于背风面应力,随尖速比和入流风速增大而增大,且依次大于气动力和离心力产生的应力,而最大应力点均在叶根最大弦长位置。仿真结果对于风力机翼型的选择及优化设计具有重要的理论意义及参考价值。     

基于Monte Carlo方法的叶片顶部间隙不确定性分析

以燃气轮机压气机叶片Rotor 37的叶片为研究对象,分析了叶片顶部间隙的不确定性对叶片性能的影响。基于Monte Carlo方法中伪随机数的产生方法、正态分布变量产生方法以及均匀抽样方法,采用C++语言完成了Monte Carlo方法的编程并进行验证。采用该程序抽取了满足正态分布的顶部间隙样本,利用商用CFD(计算流体力学)软件NUMECA计算分析顶部间隙的不确定性对叶片绝热效率的影响。结果表明:在该样本条件下,计算得出的叶片绝热效率基本满足正态分布且叶片绝热效率随着前缘间隙的增大而降低。