基于模型的涡轮叶尖间隙快速预测方法

针对发动机涡轮叶尖间隙变化预测需求,以涡轮叶尖间隙热控制法为研究对象,采用了一种简化的涡轮叶尖间隙计算模型,针对某型发动机高压涡轮的结构特点,分别建立了涡轮机匣、轮盘、叶片的计算模型。以发动机数学模型计算结果作为输入,对高压涡轮叶尖间隙变化进行了仿真计算,结果表明模型计算的涡轮叶尖间隙变化与实际工作过程相符,可在发动机初步方案设计阶段为叶尖间隙评估提供一种快速预测方法。     

某发动机转静子刮磨故障分析

涡轮叶片的叶尖间隙对部件的效率有很大影响,间隙大则效率低,间隙小则叶片叶尖与外环容易产生刮磨。刮磨不仅会加剧转子的振动,还会影响发动机的安全运行,所以必须合理控制叶尖间隙。某型发动机在前期的发动机调试过程中,涡轮工作叶片叶尖与涡轮外环存在较为严重的刮磨,通过分析和调整叶尖间隙,顺利解决了叶尖刮磨,为某型发动机的性能达标做出了贡献。     

发动机地面起动时涡轮叶尖间隙动态变化规律

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,本文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,同时基于某型发动机试车数据计算了涡轮叶尖间隙,研究了发动机地面起动时涡轮叶尖间隙动态变化规律。结果表明:地面起动时涡轮叶尖间隙呈减小趋势,机匣形变量上升速率最大,叶片变化量对叶尖间隙变化影响最小,可为发动机地面起动时涡轮叶尖间隙控制策略的设计提供参考。     

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。     

转子裂纹对叶尖间隙动态变化规律的影响

为指导叶尖间隙的动态测量和主动控制,建立了航空发动起涡轮转子缩减模型,在考虑转子部件所受热应力、离心力基础上,重点考虑了不同深度的裂纹发生在叶片和转子盘不同位置时对叶尖间隙的影响。结果表明:叶尖间隙变化范围随裂纹深度变大而变大;保持裂纹深度与叶片宽度比为0.5,分别取裂纹距离叶尖0.005,0.025和0.04m时,叶尖间隙变化范围较正常工况下最大偏移量分别为0.11,0.38和0.9mm;裂纹位于叶根时叶尖间隙的变化范围较均匀应力作用下叶尖间隙变化范围明显增大,且在发动机加、减速过程中的叶尖轨迹呈现明显不对称现象。     

航空发动机高涡叶尖外撑测量工艺设计与分析

为解决航空发动机高压涡轮转子叶尖外径测量时存在装配间隙、外表易磕碰、难以固定等问题,提出一种将相邻左右叶片的叶尖作为支反力作用点,对待测叶片进行径向外撑消隙的新型工艺方案。设计高涡叶片外撑测量装置,在高压涡轮不拆分后挡板的状态下,对转子叶片进行径向外撑和固定。进行高涡叶尖外径测量试验,对测量系统进行精确度分析,测量精度可达到0.04 mm,满足现有测量要求,为今后研制航空发动机高精密高涡叶尖外径测量仪器奠定重要基础。     

基于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法

针对在高温等恶劣环境下,航空发动机高转速下涡轮叶尖间隙测量稳定性差、易受干扰、精准度低等问题,提出一种基 于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法。 首先,提出基于三镜 F-P 腔模型的自混合干涉模型,并以此 为基础构建测速和测距的数学模型;其次着重研究了涡轮叶片转动下动态自混合干涉信号的处理,将采集到的信号依次经过带 通滤波以及小波降噪处理,再用 FFT 进行处理得到频率,由此求得叶尖间隙值;之后分别进行静态和动态激光自混合干涉测距 实验进行验证;最后探讨影响动态测量的误差源,并对测量系统以及算法进行优化补偿。 实验结果证明,该方法可以有效地提 高涡轮叶片转速与叶尖间隙的同步测量的稳定性及精度,测速相对误差为 1% ,叶尖间隙测量误差为 23 μm。     

发动机涡轮叶片孔探眼动行为的研究

高压涡轮叶片的孔探检测是航空发动机维修中最重要的检测项目，为了研究不同经验下的发动机涡轮叶片孔探的眼动行为，通过眼动仪获取不同孔探人员检测过程中的眼动数据，并依据高压涡轮叶片的本体结构将检测过程中人员的视野平面划分成了4块注视区域，并利用马尔可夫链理论对叶根、叶尖、叶身、前缘这4块注视区域进行求解，获取了视觉一步转移概率以及注意力平稳分布矩阵，根据计算结果发现熟练孔探人员在检测过程中会反复确认涡轮叶片的前缘和叶尖这两个特定结构区域是否存在故障，而非熟练孔探人员则没有一定的针对性更偏向视野平面的全域搜索，可见通过该研究能有效了解经验丰富的孔探人员在孔探过程中的视觉搜索模式，帮助缺乏检测经验的人员学习孔探检测技巧，提升检测效率。     

径流涡轮叶尖间隙对叶片振动的影响研究（英文）

由于对高效、高响应性涡轮增压器的大量需求,径流涡轮叶片的高周疲劳已成为涡轮增压器损坏的最常见原因。叶尖间隙是主导叶尖泄漏涡演化的关键参数,并影响叶片表面的气动激振力,其对叶片振动的影响不可忽略。本文采用单向流固耦合数值方法,研究无叶径流涡轮叶尖间隙对叶片振动的影响。结果表明,叶片振幅随间隙增大成"V形"变化趋势。广义能量分析表明,"V形"趋势由压力谐波分量的幅值在叶片表面的分布所决定。流场分析进一步表明,压力谐波分量的幅值在叶片压力面和吸力面的分布均受叶尖泄漏涡影响,但两者的机理不同。     

浅谈民用大涵道比发动机风扇转子叶尖间隙控制

本文针对民用大涵道比发动机装配时风扇叶片叶尖间隙周向差异大,局部间隙超差、机匣涂层局部磨损现象,分析影响叶尖间隙的重要因素,找出原因,提出控制措施,并指出在设计过程中,通过控制叶尖间隙相关的轴向、径向尺寸及公差,风扇机匣变形,从而获得一致性好的安装间隙;同时控制影响发动机工作可靠性的重要因素,如风扇盘与风扇轴的连接,最终可获得理想的工作间隙。     

某型高压压气机12级转子叶尖间隙理论分析与数值模拟

以某型发动机轴流高压压气机为对象,研究该压气机第12级转子与机匣在运行过程中受温度、气动和离心载荷综合作用下的径向变形。先通过改进预测涡轮叶尖间隙的理论简化模型,来预测该压气机在各工况下叶尖间隙变化规律;再通过三维建模,运用有限元软件ANSYS对压气机各工况进行流-固-热耦合瞬态分析模拟,得到叶尖间隙变化规律,提取间隙变化最大时的各部件径向变形并沿轴向展开。结果表明:两种方法获取的间隙变化规律趋于一致,但理论分析能较快获取规律,而数值模拟结果更加精确,并可以确定叶片顶端最易刮伤的结构位置。研究结果对快速预测叶尖间隙,确定装配间隙和机匣涂层的分布有着重要的参考价值。     

基于频谱的篦齿轴向窜动与叶尖间隙测量方法

航空发动机低压涡轮带冠叶片篦齿和机匣之间的叶尖间隙参数以及篦齿轴向窜动参数的在线高精度测量是保证涡轮发动机安全运作和气动效率的关键。传统的电容式叶尖间隙测量系统对噪声敏感度大,且不能对篦齿的轴向窜动参数同时进行测量。因此研制了一种“人”字形电容传感器,提出了一种基于频谱的篦齿叶尖间隙参数和轴向窜动参数的提取方法。建立了“人”字形电容传感器测量模型。仿真分析了测量信号的幅度谱特征并提出了一种最优谱线选择方法。提出了基于转速和信号特征频率估计的自适应频域滤波,信号整周期等角度采样,幅度谱估计以及二元多项式曲面拟合相融合的信号处理方法,实现了叶尖间隙参数和轴向窜动参数的动态测量。在实验室环境下搭建了篦齿叶尖间隙参数和轴向窜动参数测试实验平台,完成了标定和测量实验。实验结果显示,篦齿盘工作在1 900 r/min以下时,测量系统在0.5～1.5 mm叶尖间隙及±1 mm轴向窜动范围内,叶尖间隙测量精度达18μm,轴向窜动测量精度达30μm。     

基于ERSM涡轮盘径向变形的非线性动态概率分析

为了准确设计高压涡轮盘和叶尖间隙,从概率的角度进行了涡轮盘径向变形的分析。介绍了高精度高效率的非线性动态概率分析的极值响应面方法(Extremum Response Surface Method, ERSM),并建立了其数学模型。考虑材料属性和边界条件的非线性,以及热载荷和离心载荷的动态性,基于ERSM对涡轮盘径向变形进行了非线性动态概率分析,得到了输入输出参数的分布特征和影响涡轮盘径向动态变形的主要因素。最后,通过方法比较,验证了ERSM在保证计算精度的前提下能大大提高计算速度,节约计算时间,改善计算效率。为进行更有效的涡轮盘设计和优化,改善叶尖间隙设计和控制的合理性提供了有效依据。      

高压涡轮外环固定环变形仿真分析及结构改进

外环固定环连接高压涡轮外环与高压涡轮机匣,构成了径向三层分布的复杂结构,该结构具有独特的变形特征。外环固定环的变形会导致与其连接的高压涡轮外环的变形,从而导致叶尖间隙变化,对高压涡轮气动性能有较显著的影响。文章对外环固定环的工作环境进行模拟仿真,得到其工作状态下变形的规律,并进行了结构优化,有效降低其变形量。     

叶尖小翼结构对涡轮叶片强度的影响研究

对某型高压涡轮第一级的转子叶尖进行叶尖小翼结构造型,并在级环境下对原始叶片和造型叶片进行定常数值模拟和有限元分析,分析对比了叶尖小翼结构对叶片强度的影响.结果 表明:通过对涡轮叶尖进行叶尖小翼处理,涡轮叶尖小翼对叶身的应力分布规律无明显影响,但是会使叶尖处的高应力区沿叶尖小翼结构延伸至叶顶平面,叶片应力会有一定程度增加...     

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。     

航空发动机涡轮叶片叶尖损伤修复自适应加工技术研究与应用

损伤的涡轮叶片修复对航空发动机的检修及延寿具有重要意义。综述了某镍基铸造高温合金涡轮工作叶片修复技术的研究进展,重点介绍了叶尖部位自适应机械加工的修复方法,深入阐述了试验加工过程与验证结果,并对涡轮叶片修复技术的发展前景进行了展望。     

高分辨率转子叶尖间隙测量传感器的设计及验证

航空发动机旋转机械的叶尖间隙对其性能和安全具有重要意义。为了通过主动间隙控制系统准确控制涡轮叶尖间隙,需要通过高分辨率的测量传感器实现叶尖间隙的精确测量。由于电涡流式非接触测量方法具有良好的抗干扰性、响应速度和灵敏度等优点,基于电涡流感应原理,设计一种适用于微小间隙动态测量的高分辨率传感器。通过静态标定分析和动态测量实验,验证设计传感器的性能,结果表明设计的传感器分辨率可达10μm,量程可达3 mm,满量程范围测量重复性在0.5%以内。同时,用该方法测量了转子在12 000~15 000 r/min下的叶片长度变化。研究结果表明设计的电涡流传感器的分辨率能够反映间隙动态变化情况且具有良好的动态响应,验证了其在转子叶尖动态间隙测量中应用的可行性。     

导叶间隙对变几何高压涡轮气动性能的影响

对燃气轮机的流量进行调节是保证燃气轮机各工况下均具有良好性能的一项重要措施,而变几何涡轮是实现流量调节的关键技术。采用CFD数值模拟的方法,以某真实燃气轮机第一级高压涡轮作为研究对象,采用机械式调节技术,通过改变高压涡轮导叶安装角,使其喉道面积变化,从而达到控制涡轮进口流量的目的。采用全三维流场数值模拟,系统研究了导向器有无叶尖间隙时安装角变化对涡轮气动性能影响规律。研究发现,导叶打开时,流量及效率增加,反之均降低,并且发现导叶间隙对涡轮效率有较大影响。     

某型航空发动机涡轮叶片服役微观损伤研究

涡轮叶片是航空发动机工作条件最为恶劣的热端部件,其工作性能的优劣决定着整机能否高效、安全、可靠工作。涡轮叶片在服役过程中不可避免地形成各类损伤,由于涡轮叶片制造复杂、造价昂贵,因此对涡轮叶片的服役损伤进行分析和梳理,使涡轮叶片得到安全可靠且充分有效的使用,具有重要的经济价值。利用金相观察、SEM分析和EDS分析等方法对某型航空发动机第一级高压涡轮叶片在服役过程中产生的微观损伤进行分析。结果表明该型航空发动机涡轮叶片的微观损伤以强化相的粗化和筏化为主。以此为基础建立了一套以强化相尺寸为指标的涡轮叶片服役微观损伤表征方法。对服役涡轮叶片开展了硬度测试试验,结果发现随着微观组织的退化,叶片各个部位的维氏硬度出现不同程度的下降。随后,对热暴露预损伤涡轮叶片材料薄壁试样在850℃/810MPa考核条件下开展了低周疲劳试验。结果表明随着微观组织的退化,合金的低周疲劳性能出现了不同程度的下降,说明服役微观损伤降低了涡轮叶片材料的抗疲劳性能。