基于参数化的涡轮叶片三维气动优化仿真

为了提高涡轮叶片的设计效率,在分析已有涡轮叶片截面线参数化造型技术优缺点的基础上,基于B样条曲线实现了涡轮叶片截面线的参数化造型和参数化修改,并编写了叶片造型程序,实现了叶片流场模型的自动化生成.以某型号涡轮叶片为例,对其进行三维流场数值模拟,然后采用遗传算法和序列二次规划法算法的组合,以涡轮的气动效率为目标函数,对涡轮叶片进行了气动优化.算例结果表明文中所建立的涡轮叶片自动优化设计体系是可行的.     

涡轮气冷叶片传热分析数据提取技术研究

涡轮气冷叶片传热管网计算是涡轮气冷叶片传热设计的重要环节,针对涡轮气冷 叶片传热设计需求,提出了涡轮气冷叶片模型传热分析数据提取的方法,具体包括计算单元划 分、流路自动判断、网络图生成和传热数据提取等算法。结合涡轮气冷叶片结构特点,使用UG Open API 工具开发了传热分析数据提取系统,实现了涡轮气冷叶片传热分析数据的提取、管理 和输出功能,以用于后续的分析计算,提高了传热设计管网计算的自动化水平,并通过实例验 证了所提出方法的可行性。     

流量计涡轮叶片精加工刀路方案研究

本文通过对涡轮流量计叶轮叶片几何要素进行分析,给出手工编程和CAM软件编程两种不同的叶片曲面的精加工方案。并通过实际的上机验证,对两种方案进行对比、分析。选择手工编制的程序作为量产程序,提高了叶片的表面质量。     

涡轮叶顶间隙数值仿真

叶顶间隙显著地影响着现代航空发动机的经济性和可靠性,叶顶间隙主动控制技术可以降低燃油消耗率的同时,保证安全性的要求.基于某型航空发动机的结构尺寸,分别建立了机匣、叶片、轮盘的数学模型.利用自行开发的叶顶间隙仿真程序,改进了叶片和涡轮盘数学模型,并与某型发动机整机的模拟程序相结合,计算了某型航空发动机高压涡轮叶顶间隙的时间历程变化.结果表明:叶顶间隙分别在慢车突然加速和反推力状态下出现最小值.叶顶间隙的计算结果基本上符合试验数据,说明该仿真程序不仅计算速度快,而且还具有足够的精度.     

涡轮叶片辐照晶体测温安装方式建模及仿真

针对辐照晶体传感器测量复杂工况条件下涡轮叶片表面温度时的安装问题，仿真分析了晶体温度传感器在涡轮叶片上的2种安装方式。选取航空发动机涡轮叶片吸力面的缘板处、叶片尾缘处和气膜孔背面3个位置，模化辐照晶体传感器在涡轮叶片工况下的安装条件，采用表面粘贴和开槽封胶2种安装方式建模，导入ANSYS Workbench进行流-固耦合有限元仿真，分析高温胶和辐照晶体在复杂工况下的应力、变形和温度等特性。结果表明，表面粘贴式安装的晶体传感器温度更高，但高温胶和晶体传感器所受应力远大于开槽封胶式安装所受应力，由此可知表面粘贴式安装的测温精度更高，但其牢固性不如开槽封胶式安装。研究结果可为采用辐照晶体测量航空发动机涡轮叶片温度的试验测试提供基础支撑。     

军车发动机低压涡轮叶片裂纹失效检测系统设计

针对传统的军车发动机检测系统对于低压涡轮叶片裂纹失效检测的实时性和准确性较低的问题,设计了一款新的军车发动机低压涡轮叶片裂纹失效检测系统;该系统主要由叶片频率检测部分和叶片裂纹实验部分构成;硬件部分主要包括NI USB-9233、PCB加速度传感器、MA-600功放器、PYD-1型电涡流急诊疲劳试验器、以及PCB力锤等构成;软件部分主要针对叶片裂纹检测界面进行了设计,主要设计了检测系统的主界面、检测通道、检测信号模块和信号波形显示模块;最后进行实验,实验中对叶片上的20个测试点进行锤击,在进行通道参数设置的过程中,需要设置通道1作为力通道,通道2作为叶片裂纹信号响应通道;实验结果表明文中算法对叶片裂纹深度0.2mm~2mm的发动机低压涡轮叶片检测准确率达到98%,比传统算法提高32%,取得了令人满意的效果。     

基于DSP的高精度测频方法与软件设计

提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的测频方法,用于光纤涡轮流量计转子叶片频率的测量.在简要分析了光纤涡轮流量计的工作原理的基础上,设计出了光纤涡轮流量计测量系统软件的硬件电路平台;阐述了利用事件管理器通用定时器实现高精度数据采集方法的设计与DSP实现;分析了高稳定性、实时性的FIR滤波算法与DSP实现;讨论了利用插值方法改进FFT算法实现高精度测频的DSP实现;利用通用定时器的比较操作来产生脉宽调制(PWM)波,实现TTL电平输出.     

对涡轮流量传感器的仿真研究

涡轮流量计在测量仪表中是一种非常重要的仪表。因其测量精度高、重复性好、体积小、重量轻而得到广泛的应用。但随着其测量流体粘度的增大,测量的线性度变差,对仪表系数产生很大的影响。以往的研究大多是理论分析、实验,而本文则是利用了近些年兴起的数值仿真技术来对涡轮传感器内部的速度场、压力场进行仿真,提出了对涡轮前后导流件叶片形状、叶轮叶片形状、叶轮顶隙大小的改进意见。     

水平轴洋流涡轮的水动力特性研究

关于发电涡轮在各种洋流速度和不同的桨距角度下所产生的拉力和功率。同时对旋转流场的流场机理进行了研究。使用根据三维粘性结构网格和非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的CFD程序,在多重网格方法针对800毫米直径的洋流发电涡轮进行数值仿真,并与其实验模型在水洞和实验水槽中的实验结果加以比较,通过比较,数值仿真和实验结果比较吻合,同时数值仿真很好地反映了水洞和水槽实验的水动力特性,证明了开发的CFD计算方法同传统方法相比,能够完全满足后续洋流涡轮水动力设计上的要求,可为设计提供参考。     

基于典型特性图的燃气涡轮系统建模仿真研究

燃气涡轮的传统仿真方法有很多种,但是一般过于依赖样机,应用范围比较小,为此导出一种通用的仿真方法.就是在对燃气涡轮典型特性图进行合理缩放的基础上,结合物理建模语言Modelica面向对象、非因果联系以及多领域仿真等特点,建立了燃气涡轮变比热容计算的数学模型.进一步地,通过容积法,编制了通用的模块化的仿真程序.在此基础上,搭建单轴燃气涡轮发动机模型,并在Dymola平台上对其进行启动、加速和减速等动态过程仿真,得到合理的结果,证明了该方法的可行性,通用性.     

Influence of exit-to-throat width ratio on performance of high pressure convergent-divergent rotor in a vaneless counter-rotating turbine

This paper describes the redesign of a high pressure rotor (with exit Mach number around 1.5) for the vaneless counter-rotating turbine by choosing adequate exit-to-throat width ratio. Based on the previous design analysis and test results, effects of the exit-to-throat width ratio on the performance of the transonic turbine cascade were proposed. In order to investigate the influence of the exit-to-throat width ratio on the performance of the turbine cascade, a flow model of the convergent-divergent turbin...     

基于神经网络逆控制的水轮机调节系统

根据神经网络对非线性系统模型的辨识能力,将其与自适应逆控制相结合,对水轮发电机组的逆模型进行建模,构建一种新的水轮机调节系统。该方案以逆系统以及系统辨识理论为基础,以水轮发电机组作为被控对象,分别针对其频率和负荷扰动,建立神经网络在线逆控制器,对系统进行调控,并将仿真结果与传统PID控制进行比较。从仿真结果可以看出,所提的控制方案能够实现对水轮发电机组的有效控制,使系统具有较好的动态性能和鲁棒性。     

Optimal blank design based on finite element method for blades of large Francis turbines

Metal pressing process that is widely used in industries has advantages over casting process for producing large Francis turbine blades from thick plates. Prior to the pressing process, blank design is firstly performed to determine flat blanks. The traditional trial and error approach is not applicable to blade design for Francis turbines that are not standard due to hydraulic characteristics of power plant sites. The rapid development of computing technology makes it possible to obtain optimal flat blanks by numerical modelling and simulation. In this paper, inverse finite element approach is investigated for blank design and an elasto-plastic model has been built using the well-known commercial software ANSYS. Numerical simulations for blade unfolding models with thick shell elements, solid elements and shell elements have given results with negligible differences. Unfolding tests with simple geometries have been carried out and the numerical results agree well with the analytical solutions. A large and thick shape of a Francis turbine blade for a hydropower plant has been successfully unfolded by inverse FE model. Sensibility analysis shows that the middle surface of the flat blank is independent of blade thickness. For ensuring the machining of the blade after the pressing process, a new contour is obtained by extending the boundary of the flat blank provided by the numerical model. This research may provide a useful tool for optimal blank design of Francis turbine blades.     

Using genetic algorithms to improve the thermodynamic efficiency of gas turbines designed by traditional methods

A method for optimizing the thermodynamic efficiency of aeronautical gas turbines designed by classical methods is presented. This method is based in the transformation of the original constrained optimization problem into a new constrained free optimization problem which is solved by a genetic algorithm. Basically, a set of geometric, aerodynamic and acoustic noise constraints must be fulfilled during the optimization process. As a case study, the thermodynamic efficiency of an already optimized by traditional methods real aeronautical low pressure turbine design of 13 rows has been successfully improved, increasing the turbine efficiency by 0.047% and reducing the total number of airfoils by 1.61%. In addition, experimental evidence of a strong correlation between the total number of airfoils and the turbine efficiency has been observed. This result would allow us to use the total number of airfoils as a cheap substitute of the turbine efficiency for a coarse optimization at the first design steps.     

实用微型涡喷发动机控制系统的设计

介绍了国产某型涡喷发动机控制律的设计过程,从对发动机的数学建模入手,通过系统辨识得出其模型参数,采用差量式PID算法,使用Matlab/Simulink模块进行控制参数的调试,最后将控制律用Keil C编程;并在发动机上进行参数的最终调节;实现了发动机转速的稳定控制;该设计方法对于其他控制对象的PID控制律的设计可供参考;实际应用表明,该系统工作性能稳定、可靠.     

大型水轮机综合特性曲线处理的研究

水轮机设计的基础理论是相似理论。选型设计决定水轮机性能参数尺寸,其中最关键的技术是水轮机特性曲线的处理,即模型综合特性曲线和真机运动特性曲线的处理。本文应用CAD技术,提出了特性曲线处理算法,极大地提高了水轮机方案设计的效率。该算法已经应用于国家863／CIMS重点应用示范工程中。     

VBA在水轮机辅助设计中的应用

为更好地综合运用计算机自动绘图技术和混流式水轮机叶片设计理论,通过Microsoft Excel的VBA编程工具进行二次开发控制AutoCAD自动绘制水轮机部分图形,完成叶片三维绘形和速度三角形绘形,实现水轮机叶片参数计算与绘图一体化.该方法可提高工作效率,大大减少重复性工作量,为水轮机叶片参数优化和设计优化提供参考.     

基于LabVIEW的风力发电机状态监测系统的设计

为了降低风力发电机维护和检修费用,针对风力发电机组的运行特点开发了状态监测系统.首先介绍了系统的总体设计方案,接下来分别对系统的硬件电路设计原理进行了介绍,最后提出了使用LabVIEW软件工具包检测特征频率点幅值的手段进行风机故障诊断的方法.     

风力发电机组桨距角鲁棒控制器的设计与仿真

在空气动力学原理基础上建立了变浆距风力发电机组非线性数学模型,以此为基础采用基于动态逆的非线性内模控制方法设计了风力发电机组在额定风速以上工作时的桨距角鲁棒控制律,以使输出功率维持在额定值附近。设计是针对风力机的非线性数学模型进行的,克服了基于局域近似线性化模型设计方法的缺点,适应工况点大范围变动的情形,而且对系统参数摄动具有良好的鲁棒性,求解过程相对比较简单。以一台额定功率为300kW的实际风力发电机组为实例进行了对比仿真,结果表明了该方法能够满足控制要求,具有较好的动、静态特性和鲁棒性。