积分随机有限元方法在汽轮机转子计算中的应用

针对结构的随机问题,将Laguerre积分法和有限元相结合,并考虑结构的物性参数和载荷参数等多变量的随机性及其相关性,推导出结构应力应变均值和方差的计算式。利用ANSYS的二次开发语言———APDL进行编程,实现结构全节点的应力应变响应均值和方差的计算,并将计算结果云图显示。最后,通过对汽轮机转子进行计算分析,并与Monte-Carlo法相对比,验证了该方法的正确性和快速性。     

基于摄动响应面法的汽轮机转子随机响应特性及灵敏度分析

为了满足汽轮机转子高可靠性设计的需求,将响应面法和摄动随机有限元相结合,考虑转子几何参数、材料参数和载荷参数的随机性,首先采用中心指数设计进行抽样,利用步进回归分析技术确定结构的响应面近似函数,然后利用摄动法推导出结构随机响应的各阶中心矩表达式,最后计算出转子随机响应变量的各阶中心矩及其相对于各随机输入变量的灵敏度。计算结果表明,对转子的最大变形影响最大的是弹性模量,其次是转子密度和转速的影响,而轴长对其的影响可忽略不计;对转子的最大应力影响最大的是转子密度,其次是转速的影响,而轴长对其的影响可忽略不计。     

基于概率断裂力学汽轮机转子可靠性研究

在传统断裂力学方法的基础上,提出采用概率断裂力学方法对汽轮机带缺陷转子进行寿命预测和可靠性研究。建立了裂纹扩展速率、初始裂纹尺寸和应力变化幅值互为独立随机变量,且服从对数正态分布的剩余寿命与可靠度之间数学模型。根据汽轮机启停特性和结构参数,应用所建模型,对汽轮机带缺陷转子进行了可靠性寿命计算和分析。计算结果表明,采用概率断裂力学方法进行汽轮机转子可靠度研究,不仅能够对含有初始缺陷的汽轮机转子在给定可靠度下的运行寿命进行预测,而且还能够定量地给出汽轮机带裂纹转子可靠度随运行时间的变化趋势,科学地决定汽轮机安全运行到下一次大修的时间,为寿命管理提供更为客观的有预见性的指导。     

汽轮机转子模态分析及动力特性研究

对汽轮机转子系统进行模态分析,避免转子在运行过程中由于共振引发故障。以某汽轮机转子为研究对象,利用三维Solid Works软件根据转子的几何尺寸建立实体模型,通过等效圆盘简化建立转子的计算模型。利用ANSYS软件对转子系统进行有限元模态分析,得到转子系统的固有频率和主要振型,并开展了模态试验研究,获得不同条件下模态参数。将ANSYS模态分析结果和试验结果进行了对比验证。结果表明:转子固有频率和主要振型一致,验证转子系统建模的准确性和计算精度,为转子模态分析提供了重要的理论依据。     

汽轮机转子的热力耦合随机动态响应分析

不仅考虑汽轮机转子承受多轴应力的影响,并且考虑转子材料的热弹塑性,利用基于Laguerre积分的随机有限元方法(LISFEM)对汽轮机转子的随机动态响应特性进行分析.然后,利用ANSYS二次开发功能——UIDL(用户界面设计语言),对汽轮机转子的随机动态响应分析过程进行模块化封装,嵌入ANSYS软件当中,以方便用户操作分析.     

超超临界汽轮机转子系统的稳定性计算

考虑汽流激振的超超临界汽轮机转子系统的稳定性分析是个较新的课题。采用有限元法,对超超临界汽轮机轴系建模,将转子和不转动的轴承一基础系统作为一个耦合整体处理,开发了耦合计算程序,能够计入汽流激振,使计算更符合机组运行工况。开发的程序可以计算转子各阶模态振型与临界转速,进行稳定性的分析。算例计算的结果表明,方法和开发的程序正确合理,可以为超超临界汽轮机轴系稳定性的判断、结构与参数的设计起到一定作用。     

用直流电动机模拟汽轮机转子方程的理论研究

提出了在用直流电动机模拟汽轮机转子方程时,为保证模拟方程与真实方程形式一致的必要条件;并指出了Δ_u与Δ_ul模拟汽轮机负荷扰动的不等价性及对模拟方程精度的影响;给出了用可控硅整流器供电的直流电动机模拟汽轮机转子方程的方法及各模拟参数的计算表达式。     

国产超临界汽轮机转子钢低周疲劳特性的试验研究

为了解国产超临界汽轮机转子钢的静拉伸性能和低周疲劳特性,在540℃和593℃温度下对5种国产超临界汽轮机转子钢进行了静拉伸试验和总应变控制低周疲劳试验,给出了汽轮机转子钢的静拉伸力学性能参数,并拟合出其应变-疲劳寿命关系式.结果表明:在经过540℃和593℃低周疲劳试验后,5种转子钢的维氏硬度分别下降了约15和20,试验用超临界汽轮机转子钢均具有明显的循环软化特性.     

百万千瓦级汽轮机转子轮槽蠕变分析

随着汽轮机进汽参数的不断提高和机组效率的提升,转子因高温而引起的蠕变失效将演变成一个大问题而亟须解决。以某百万千瓦超超临界汽轮机中压缸转子为研究对象,采用商用软件ABAQUS,计算了在多轴应力状态下的蠕变应变,并分析了可能影响转子蠕变应变的因素。计算分析表明,在当前设计状态下,转子中心以及轮槽的蠕变应变都能满足设计要求,但转子进汽端蠕变应变对温度较为敏感。所以为了使该区域温度能更加合理的分布,需要做好整机的热力及通流设计。     

基于遗传算法构建转子温度计算公式

介绍了一种利用有限元的计算结果,通过遗传算法来确定有关汽轮机转子温度计算惯性环节系数的方法。该方法用冷态启动、极热态启动、滑参数停机过程的汽轮机转子有限元法计算的体积平均温度作为标准值,通过寻优方法来确定惯性环节法计算汽轮机转子体积平均温度的并联的惯性环节的个数,以及每个惯性环节的时间常数和权重系数。并通过温态启动和热态启动过程的汽轮机转子有限元法和惯性环节法计算的体积平均温度的对比,来验证得到的系数的精度和易用性。该方法解决了惯性环节法系数确定的工程难题。     

基于F级燃气轮机透平转子的热分析数值模拟

以某型F级燃气轮机透平转子为研究对象,采用适用于透平转子热分析的物理建模方法,通过增加部分动叶和隔板结构,准确模拟透平盘顶部的热量传递。应用ANSYS软件完成了透平转子换热和热-结构耦合的数值模拟,确定了工程上透平转子热分析的流程及相应的收敛准则,具有较高的工程应用价值。     

应变能理论在端面齿连接段刚度的应用方法研究

端面齿应用在重型燃气轮机拉杆转子轮盘连接中是重要的传扭部件.对于特殊齿形结构的端面齿连接段刚度,很难通过传统工程方法得到.针对真实某型燃气轮机轮盘端面齿结构,提出端面齿连接段模化方法.基于有限元软件ANSYS,采用ANSYS ICEM建立三维周期对称有限元接触模型和整体模型,运用有限元方法和应变能理论,提出拉伸刚度修正系数和扭转刚度修正系数以表征端面齿不连续连接段刚度.考虑实际机组的运行工况,采用三维有限元计算在不同预紧力和扭矩下的应变能,得到拉伸刚度修正系数和扭转刚度修正系数.所得结论可为燃气轮机拉杆转子模化提供理论依据和方法.     

船用汽轮机冷态启动过程中热膨胀的研究

应用ANSYS软件建立船用汽轮机缸体和转子三维模型,进行了冷态启动过程中的热膨胀分析计算,给出了汽缸和转子在慢速级组、全速级组、后轴端汽封随时间变化的热膨胀位移曲线和相对热膨胀曲线。计算结果可用于汽轮机动态特性研究、启动程序设计。     

反求工程在风力机桨叶计算模态分析中应用

通过结合反求工程与有限元分析技术对水平轴风力机的桨叶进行了计算模态分析研究。首先采用反求工程技术对桨叶实物进行建模,然后将几何模型导入ANSYS Workbench中,基于Workbench软件对桨叶的模态进行了计算分析。并与实验模态结果加以对比和验证,得到了在低阶条件下合理的桨叶模态计算模型,探讨了以有限元为基础的计算模态分析在低阶条件下主要振动形式。该研究为未知几何模型的风力机桨叶模态分析提供了一种新的途径。     

180MW空冷汽轮发电机转子风扇座强度及低周疲劳分析

采用ANSYS软件有限元分析方法计算180MW空冷汽轮发电机转子风扇座的应力，并应用Neuber方法计算转子风扇座的低周疲劳寿命。采用ANSYS计算汽轮发电机转子风扇座的应力，克服了经典计算方法对复杂变化曲面应力计算的局限性，是较理想地模拟转子风扇座实际运行工况的计算方法。     

用于发电系统的局部进气跨声速涡轮气动设计和优化

为了解决高速机载涡轮发电系统效率较低的问题,通过一维计算和三维数值模拟相结合的方法,对以拉法尔喷管作为静叶、三维叶片作为动叶的局部进气跨声速涡轮级进行了研究。在对原型涡轮级流场分析后,通过ISIGHT优化软件集成NX,NUMECA和ANSYS等模块,采用多岛遗传算法,以喷管扩张角、扩张部分长度、周向排布角度以及动叶叶片进口几何角、出口几何角和轴向弦长作为优化变量对涡轮级进行了优化设计。最终得到给定设计工况下的最优几何参数。优化结果表明：优化得到的涡轮级功率达到了74 530 W,效率达到了79.60%,较原型提升了5.1%。     

叶片转角对小型Savonius风机气动性能的影响

Savonius风机是一种典型的垂直轴风力发电机,通过对其进行流固耦合分析,研究叶片转角对风机气动性能的影响。利用ANSYS的CFX流体模块,流体湍流模型选择基于RANS的标准k-ε湍流模型,对风轮进行流固耦合分析,从而获得叶片产生的力矩情况,并计算了风机的功率特性。利用求解结果,得到了力矩系数与叶片转角之间的关系。分析了风机叶片在旋转一周中所产生的最大扭矩以及负扭矩所处的位置和范围。通过分析转角对风机性能的影响,可为今后的Savonius风机叶片形状优化和效率提升提供参考。     

基于EEMD-LSTM的汽轮机转子碰磨故障诊断模型及其工程应用

汽轮机转子与静子间的碰磨严重影响着机组的安全运行。为了解决汽轮机转子发生在早期和中期的碰磨故障难以通过基于振动信号检测诊断方法进行有效识别的问题,本文提出一种基于EEMD-LSTM的汽轮机转子碰磨故障诊断方法。首先,该方法通过声发射技术监测汽轮机转子的碰磨故障信号;然后,利用EEMD信号分解方法处理获取的声发射信号,并提取能量特征参数和相关的时域特征参数,从而获得碰磨故障特征数据集;最后,利用划分的数据集对LSTM神经网络进行训练与测试,从而获得碰磨故障诊断模型。工程应用结果表明,本文提出的方法能够有效识别机组在不同转速时期的早期碰磨故障,且故障诊断的准确率较高。     

Numerical prediction of wind turbine noise

This paper develops and validates the first principle based numerical method for predicting the noise radiated from the rotating Horizontal-Axis Wind Turbine (HAWT) blades. The noise radiated to the far-field was predicted by the code based on Ffowcs Williams–Hawkings (FW–H) equation, using both original non-permeable formulation and permeable formulation. A commercially available CFD solver, ANSYS CFX 11.0, was used to calculate the flow parameters on and around the blade surface that are required for FW–H codes. A capability of the solver for modelling the flow field around the wind turbine blades was validated by comparing with the experimental results of NREL phase VI wind turbine blades. The FW–H codes were validated using acoustic results of UH-1H helicopter rotor in hover and Hartzell aircraft propeller in forward motion, which were measured in anechoic wind tunnel facility. Then the developed FW–H acoustic codes were applied to calculate the noise radiated from NREL Phase VI wind turbine blades.     

风电叶片固有频率相关性分析新方法

为进行三维风电叶片振动系统固有频率相关性分析,采用MATLAB和ANSYS共同建立了风电叶片三维有限元参数模型,并分析了叶片固有振动特性.考虑系统随机结构参数对风电叶片固有振动的影响,运用将Monte Carlo与ANSYS相结合的方法对叶片固有振动特性进行相关性分析,进而判断其对随机结构参数的敏感性,形成了一种叶片结...