某涡轮叶片热-机械疲劳寿命预测与试验验证

为了得到某燃气轮机涡轮叶片关键截面的真实寿命,设计并开展了涡轮叶片热-机械疲劳试验,获得了真实寿命数据,并基于试验结果提出了一种涡轮叶片低周疲劳与蠕变疲劳交互的寿命预测方法。首先,采用一维线弹性关系、修正公式以及循环应力应变关系3种名义应力应变处理模型计算获得了名义应变;然后,利用SWT寿命关系式预测模型预测了叶片的热-机械疲劳寿命;再将预测寿命与试验获得的真实寿命进行对比分析。研究表明：对于某型燃气轮机涡轮叶片,基于SWT预测模型的循环应力应变关系方法相比于一维线弹性关系和修正公式法预测精度最高,与试验寿命相比,预测误差在4倍分散带之内。     

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。     

燃气轮机涡轮盘-片多轴低周疲劳寿命研究

针对燃气涡轮转子盘-片,考虑多轴应力对其疲劳寿命的影响。引入三种基于临界面法的多轴疲劳寿命预测模型,将临界面定义为最大破坏平面,并给出了寿命预测模型的执行步骤。结合转子盘-片实例进行了应用研究,结果显示：基于临界面法的多轴疲劳寿命预测结果具有较高的精度,其中Fatemi-Socie（FS）改进模型得到的结果与转子盘-片的实际疲劳寿命基本一致,并且模型中引入有限元计算是可行的,可以减少做一些复杂的实验。因此,研究结果具有一定的实际工程意义。     

汽轮机套装叶轮接触问题的三维有限元分析

运用有限元分析软件SAMCEF,对某型号汽轮机套装叶轮与轴的过盈配合问题作三维模型计算分析,计算中采用接触单元处理过盈配合边界,得到了转子位移和应力分布,并对原来的过盈量设计进行了优化改进,在保证安全性的前提下减小了轮盘的接触应力。     

活塞组件接触分析流程自动化及接触面设计研究

基于活塞销与活塞销座表面型线几何型线及刚度的差异,在热载荷与机械载荷的作用下发生不协调形变,产生较大的局部接触应力,采用有限元法对某型船用柴油机活塞销孔结合面型线进行优化设计。通过对原活塞模型进行分析并与静载试验结果对比,找出应力集中位置;采用有限元软件和自行开发程序,实现活塞销-孔接触副型面的自动优化设计;最终从优化结果中选取最佳优化方案。优化后,活塞销孔型面应力集中显著降低,接触型面上最大Mises应力下降55.5%。     

基于增压发动机耦合仿真的涡轮性能预测模型研究

针对发动机排气管来流条件下涡轮一维性能预测模型进行深入研究,建立脉动与空间不均匀来流条件下涡轮性能预测模型,该模型预测得到的涡轮流通能力与试验误差小于2.0%。将该模型与发动机性能预测模型耦合,开发增压发动机自主性能仿真软件,试验验证结果表明发动机整机的性能预测误差小于3.5%。基于该模型,进一步构建了涡轮与发动机耦合匹配方法,并通过双通道涡轮几何优化设计,实现了发动机功率提升2.7%,同时燃油消耗率降低1.6%。     

压气机套装叶轮的三维接触非线性有限元分析

增压器压气机叶轮、轴套和轴采用过盈配合技术联成一体，这是典型的三维多体接触问题。本文以某柴油机涡轮增压器的压气机为例，采用有限元参数二次规划法，并结合多重子结构技术分析求解叶轮与轴套、轴套与轴的三维弹塑性有摩擦接触问题，针对不同的过盈量、摩擦系数和转速进行了大量计算，获得了叶轮、轴套与轴之间接触应力的相应分布规律。分析表明：随着叶轮与轴套间过盈量的增大，轴套的外表面与内表面的接触应力是线性增大的，而且内表面的接触应力增加较为迅速，这对于确定合理过盈量和改进设计具有参考意义。     

某发电机前联轴器与轴连接结构应力的有限元分析

某600MW发电机前联轴器与轴过盈连接结构体在运行期间出现了多处裂纹.采用线弹性有限元法,对该结构体进行了应力计算.计算考虑了多种过盈量和多种载荷,得到了该结构体相应工况下的应力分布,分析了此结构在运行状态下的受力特点及应力分布规律,探讨了产生裂纹的原因.可为此类联轴器与转轴连接结构的强度设计提供参考.     

汽轮机低压转子的应力腐蚀寿命预测

汽轮机低压转子长期工作在湿蒸汽环境下,在高拉伸应力作用下,局部区域容易发生应力腐蚀损伤,这会影响低压转子的服役寿命。分析了转子应力腐蚀的损伤机制,基于腐蚀坑及裂纹的演化特征,建立了低压转子的应力腐蚀全寿命预测模型,并以某核电低压焊接转子为研究对象,对其各通流级的蒸汽特性、温度及应力分布进行了分析,采用全寿命预测模型对部分区域的应力腐蚀进行了全寿命预测,结果表明即便转子内存在腐蚀坑及短裂纹,由于其应力腐蚀寿命高于低压转子的设计寿命,转子也可以满足长寿命服役要求;而当低压转子中存在长裂纹时,转子的设计寿命不能得到保证。最后根据预测结果给出了相应的建议,以保障低压转子在全寿命周期内的完整性。     

某型燃气轮机涡轮盘热态超速预应力试验研究

为提高某型燃气轮机涡轮盘使用寿命,采用弹塑性有限元仿真分析及通用斜率公式方法,预测了轮盘残余变形、应力与转速的关系以及预应力处理前后盘心位置低循环疲劳寿命。根据仿真结果确定超转转速后,通过设计的具有轴向补偿功能的预应力处理试验工装,对涡轮盘开展热态160%超速预应力处理试验研究。研究结果表明：采用的分析模型对涡轮盘残余变形预测精度高,轮缘及轮盘内孔残余变形计算结果与试验测量结果相比,误差分别为4.29%和2.50%,并且预应力处理能够显著提升盘心危险位置的低循环疲劳寿命。