焊接顺序对混流式水轮机转轮焊接应力的影响

在解决叶片与上冠或下环之间的热传导问题以及焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题的基础上,对混流式水轮机转轮焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。结果表明,叶片焊后残余拉应力场出现在焊缝及其附近区域,并且应力峰值出现在焊缝区域的叶片出水边处。同时,不同焊接顺序的转轮残余拉应力峰值的对比表明,焊缝两侧金属在焊接过程中填充的越均匀,残余拉应力的峰值越小。     

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。     

大型混流式水轮机转轮叶片结构动力特性分析

转轮是水轮机结构中重要部件之一。比较不同单元类型对转轮叶片振动计算精度的影响，从推导的转轮叶片液固耦合运动方程出发，分别计算混流式水轮机转轮叶片在空气中和在工作流道中振动的主频与主振型。结果表明，叶片在水中的频率较空气中的频率有所降低，而且不同阶的频率降低值不同。     

部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响

将CFD流动分析软件与结构刚强度软件有机结合,对混流式转轮在不同工况下的流动进行分析。通过程序将流场参数加载到结构分析软件上,对变形后的叶片再次进行网格划分流场计算,并计算出混流式转轮叶片上的应力和变形,详细分析了转轮变形后的流场,达到了真正意义上的流固耦合。研究结果表明:最大应力发生在转轮叶片的出水边与上冠的连接处,应力集中较明显,易于发生疲劳破坏。产生最大变形的部位是转轮叶片的出水边与下环的连接处,且从上冠到下环变形量逐渐增大,即此部位就是叶片振动的敏感区域;转轮变形后对水轮机内部流场的影响表现在叶片进口边头部压力增大,叶片出口边靠下环处流速增大、压力下降,空化性能降低。变形后的流场使得尾水管内部的涡带产生、紊动加剧,说明叶片变形后对水轮机内部流场的影响是引起水轮机裂纹和振动的真正原因。     

基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法

为解决水轮机转轮在数值模拟过程中存在单元数量大、增量步多的困难,以相似理论为基础,提出基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念,同时结合利用热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数,推导出模拟件与实际结构之间焊接残余应力的对应关系。对尺寸比例系数是1.5:1的转轮实体与模拟件的焊接残余应力场进行数值分析。结果表明,转轮模拟件沿叶片出水边上的焊接残余应力分布规律与转轮实体基本相同,且转轮实体与模拟件在叶片出水边的焊缝附近对应位置的残余应力比值与基于相似理论得到的转轮实体与模拟件的焊接残余应力比值的误差在10%以内。这充分说明基于相似理论建立的转轮模拟件可以代替转轮实体进行数值分析,从而解决了转轮实体在模拟过程中存在的问题。     

某型发动机涡轮叶片的蠕变寿命分析

针对某型航空发动机的涡轮叶片,开展了应力计算,进行给定转速和温度场条件下的弹塑性有限元分析,得到应力场;对叶片上的危险位置和最大应力值进行分析,计算提高工况时的涡轮叶片的应力场,分析温度场提高和转速提高对叶身应力分布的影响和最大应力值的变化程度;针对温度场和离心载荷分析计算的结果,对于涡轮叶片结构设计、故障预防维修以及航空发动机整体可靠性有重要意义。     

高压燃气涡轮叶栅热辐射特性研究

采用商用软件CFX11.0的不同湍流模型对NASA-Markll高压燃气气冷涡轮叶栅进行气热耦合换热计算,得出最佳湍流模型。针对不同涡轮叶栅前进口总温进行考虑和不考虑热辐射的数值计算,着重分析叶栅流道内热辐射效应随涡轮前入口温度的变化情况,得出在实际的高温高压气冷涡轮叶栅耦合换热计算时,辐射热流应当作为源项加入到方程中。这样能够更准确地得出叶片内部温度分布,为热应力计算以及寿命预估提供准确的边界条件。     

冷却塔专用水轮机的数值模拟与性能研究

以冷却塔内额定流量为0.833 m³/s的双级贯流式水轮机为研究对象,基于ANSYS-Workbench操作平台对其进行单向流固耦合分析。采用三维建模软件UG,建立水轮机模型。使用商业CFD软件Fluent,对全流道模型进行三维定常湍流数值模拟,分析了内部流场及各部件的水力损失,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,使用有限元分析软件ANSYS,对转轮设计工况下的刚强度进行了计算,得到了转轮的静应力分布和变形情况。     

钨极氩弧连续和间断焊接的残余应力对比分析

结合工程实际,应用热弹塑性理论、耦合场（热、固耦合）和瞬态传热的基本模型,使用Ansys的APDL语言编写程序进行移动热源的有限元建模计算。数值计算表明,钨极氩弧间断焊接在构件叶片上产生的残余应力数值较大的区域比连续焊接更深。证明了回炉热处理能降低焊接的残余应力。     

涡轮叶片电解加工的流场仿真分析

涡轮叶片是航空发动机中的重要零件,主要加工方式是电解加工。基于电解加工流场理论,建立涡轮叶片的三维模型和电解加工的流场模型。应用COMSOL Multiphysics软件对涡轮叶片电解加工进行流场仿真分析,研究流场的分布及特性,分析不同加工间隙和不同电解液压力对流场的影响。通过分析,得出涡轮叶片电解加工时加工间隙、电解液压力与流场流速之间的关系。     

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。     

涡轮动叶表面气膜冷却换热实验研究

这里在大尺寸低速叶栅传热风洞中，对某型涡轮动叶表面有无气膜冷却的换热情况进行了详细的实验研究，实验结果表明，不同孔位出流的换热由于孔排下游表面来流速度及叶片表面曲率的不同而有着不同的规律，即主流雷诺数对叶片表面特别是压力面和前缘区域的换热系数比的影响较小，吹风比对换热系数影响较大，并且随气膜孔位置和来流雷诺数的变化而情况复杂。     

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。     

高压涡轮盘榫齿裂纹分析

对某发动机涡轮盘的榫齿裂纹断口、材质和受力进行综合分析，结果表明，榫齿裂纹为起始应力较大的疲劳裂纹，盘片材料热膨胀不协调以及存在叶片共振是导致涡轮盘榫齿裂纹的主要原因。另外，GH2036材料在高温燃气环境易发生沿晶腐蚀，是导致涡轮盘提前失效的诱发因素。     

Evaluation of welding characteristics for manual overlay and laser cladding materials in gas turbine blades

A Ni-based super-alloy is widely used in manufacturing the first stage blade of high power land-based gas turbines as these first stage blades operate under high temperature and high pressure. The blade of a gas turbine must withstand the most severe combination of temperature, stress, and environment. After continued operation, the blade may be damaged by the turbine operation mode. To recover its initial mechanical properties, the blade of the Ni-based super-alloy undergoes a replacement repair process. Typical repair processes include blending, welding, re-machining and precision grinding. In this paper, the effects of manual overlay and laser cladding were investigated as part of the welding characteristic evaluation. Results are compared with those for post-heat treatment known as hot isostatic processing (HIP).     

薄板TIG对接焊温度场的有限元模拟

焊件中的温度场分布反映了复杂的焊接热过程，是研究焊接变形、焊后残余应力等状况的基础。焊接数值模拟技术的出现，为焊接技术的深入发展创造了有力的条件。针对低碳钢薄板件TIG对接焊时，应用双椭圆分布热源模型，建立了TIG对接焊三维温度场有限元数值分析模型，将有限元解同实验结果进行了比较，两者基本吻合，表明了该分析模型的有效性，并以此有限元模型为基础，分析了两焊板间存在间隙和焊枪偏离焊缝中心这一实际情形下，温度场分布的不均匀性。     

大型混流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术

论述了混流式水轮机叶片数控加工工艺技术的研究 ,介绍了五轴联动数控技术及叶片加工工艺方法和高效刀具系统的开发应用。     

水轮机载荷的新编谱法

水轮机承受的是随机载荷,因此载荷谱就成为设计水轮机的重要依据。目前我国许多单位想运用二维流动或三维流动的理论来研究转轮叶片上的压力谱,从压力谱得到应力谱,但至今尚未提出一个工程上可以接受的载荷谱。本文从发电厂实测中得出,转轮叶片应力随水轮机组出力的增加而增大,在同一水头下,最大主应力的平均应力与水轮机组出力成线性关系。另外从典型水电站机组出力的调查统计分析又发现,混流式水轮机的出力属于韦布尔分布函数。因此,从机组出力分布,计算出叶片应力分布,最后得到水轮机的载荷谱,这是一条既经济而有效的新编谱途径。     

增压器涡轮叶片疲劳蠕变寿命预测方法

根据径流式增压器涡轮的结构与工作特点,分析了涡轮叶片的载荷与应力空间分布特征;针对增压器涡轮由疲劳与蠕变交互作用引起的叶根断裂失效模式,研究了增压器涡轮叶片叶根的载荷与应力变化历程,建立了涡轮叶片叶根的载荷与应力描述方法;然后建立了增压器涡轮叶片叶根疲劳蠕变寿命预测方法及模型,并运用建立的模型对增压器涡轮叶片叶根进行了寿命评估。     

基于Fluent的微型排气回收高效节能涡轮设计

微型涡轮是气缸排气能量回收转换装置的核心部件。为了分析不同工作条件下微型涡轮所受压力、扭矩以及蜗壳内的流场分布情况,通过实验及Fluent仿真模拟,深入研究了不同涡轮叶片数量、不同风帽形式下对微型涡轮叶片表面分布压力、扭矩及蜗壳内流场分布情况的影响规律,进而设计一种使涡轮叶片所受压力均匀,产生大扭矩的微型涡轮结构,并给出了涡轮叶片数量与所受压力及所输出扭矩的函数关系,为进一步微型涡轮发电系统集成奠定了理论基础。