动力涡轮盘榫槽拉刀设计

介绍了加工动力涡轮盘榫槽拉刀的设计、制造和修磨，解决了榫槽拉刀的结构问题，为涡轮盘榫槽的拉削提供了刀具。     

燃机涡轮盘三维瞬态温度及应力场计算分析

用通用有限元计算程序ANSYS对某燃气轮机启动过程中透平第一级涡轮盘的三维模型瞬态温度和应力场进行计算.计算中考虑了材料的非线性,惯性力和温度场边界条件.分析了温度和应力场特点,提出了改进设计的建议.计算结果可为涡轮盘疲劳寿命预测提供依据.图6参3     

基于FTA方法的燃气轮机涡轮出口温度场不均故障诊断

本文基于故障树分析(FTA)方法以某型燃气轮机发电机组并网发电过程中,涡轮出口温度场出现不均匀现象为顶事件,建立故障树,通过设计复查、质量复查、孔探仪检视和机理分析对故障树底事件进行逐一排除,并对比排故措施贯彻前后涡轮出口温度离散度,最终确定天然气含水引发喷嘴结垢是导致涡轮出口温度场不均的原因。     

燃气轮机涡轮盘三维裂纹扩展分析(第1部分)

通过某型燃气轮机涡轮盘静强度分析结果,并考虑结构的几何特征,确定该涡轮盘榫槽底部冷却通气孔处和轮缘圆弧过渡处为裂纹萌生的关键位置。对涡轮盘冷却气路进口位置构造初始裂纹开展相应的裂纹扩展数值分析工作,结果表明:无论预置周向裂纹还是径向裂纹,在裂纹扩展过程中,Ⅰ型应力强度因子远大于Ⅱ型、Ⅲ型应力强度因子,起主导作用。按损伤容限检查周期规定,当该处裂纹长度小于15.77mm时,轮盘在当前设定的理想工况下不发生断裂。     

涡轮盘-片结构的接触分析

建立某涡轮第五级盘-片的三维有限元模型,对紧急启动过程进行瞬态热弹塑性分析,计算中综合考虑了多种复杂载荷和接触非线性,获得紧急启动过程中轮盘及叶片危险部位的温度、应力时间历程,分析了温度场和应力场特点,提出了运行管理和改进设计的建议.结果可为涡轮结构疲劳寿命预测提供依据.     

10MW氦气轮机涡轮轮盘强度的计算方法

以往对涡轮盘进行强度分析都是采用“等厚圆环法”理论进行计算,这样的简化由于没有考虑榫头和榫槽凸块的刚性对传力的影响,因此得到的盘缘部分的应力有时可能误差较大,对轮盘偏心孔和榫齿根部的应力集中都无法进行分析。现在可以通过Pro/E对涡轮盘这样复杂的结构进行实体建模,运用ANSYS进行有限元分析计算,就能获得较精确的应力分析结果。本文采用上述两种方法,针对某型机的某一级涡轮盘连同若干级叶片一起进行计算分析,验证了“等厚圆环法”理论可以从宏观上反映轮盘的受力状态,同时也证明了有限元法各项参数的选择是正确的,为同类型的其它结构进行强度分析提供了技术参考。     

燃气轮机涡轮后机匣温度场及应力分析

对某型燃气轮机涡轮后机匣加强筋发生断裂的事故进行了温度场和热应力的有限元分析计算，计算表明，涡轮后机匣表面突遇过冷而产生的巨大温度应力是造成加强筋断裂的根本原因。本文还对涡轮后机匣表面安装隔热附件后的情况进行了分析计算，计算表明，在遇到温度发生突变的不利情况下，隔热附件对涡轮后机匣能起到有效的保护作用。     

某涡轮支承环连接结构故障分析

为了解决某涡轮支承环连接结构故障,本研究在详细描述故障现象的基础上,从结构角度分析了故障的危害性,并对故障解决流程进行了规划。通过开展对故障螺钉的金相检查和断口分析、连接位置的结构合理性分析、多工况温度场及强度校核计算,以及基于上述内容开展的故障复现试验等工作,验证了分析结论,查明了故障原因并提出了螺钉装配时停止使用丝和脂,并用镀银螺钉替代的方案。改进方案通过燃气轮机的整机试车考核证明了方案的合理性。该故障的解决也改善了某型燃气轮机涡轮支承环结构设计,同时提高了机组的可靠性。     

增压器涡轮温度场的研究

在分析涡轮增压器结构的基础上,阐述了温度场对涡轮结构设计的重要性。介绍了国内外对增压器涡轮温度场的测试方法和数值仿真研究状况,并指出了其中存在的缺点及今后发展方向。     

进口温度不均匀对涡轮叶片热应力的影响

针对航空涡轮叶片的温度场预测问题,采用CFD(computational fluid dynamics)软件和有限元计算理论与方法,以对流冷却叶片的温度场与热应力求解为例,分别计算了涡轮进口温度均匀和不均匀时叶片的温度场和热应力,分析了涡轮进口温度不均匀对叶片热应力的影响,其中叶片温度场的求解采用气热耦合的方法即直接应用CFD软件计算叶片温度场,再依据温度场进行了有限元热应力分析.结果表明,进口温度不均匀时比进口温度均匀时叶片的热应力增大10%左右.     

CFD在涡轮排气管增压器流场分析中的应用

本文借助三维数值模拟软件Numeca,建立了涡轮排气管增压器涡轮机的网格模型,对涡轮排气管增压器(即增压器与排气管集成)的涡轮及排气歧管内部流场分布情况进行了稳态模拟.结果表明:涡轮排气管各进出口的总压差分布不均,以2#进口进气时总压损失最大,此外,对涡轮内部流场及温度场也进行了分析,流场及温度场整体分布比较均匀,流场局部还存在一定的改善空间.可见,CFD技术对于优化涡轮增压器涡轮及排气管的设计,改善增压器性能具有很好的指导意义.     

涡轮轮盘榫槽的疲劳寿命试验

据《ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power））2005年10月号报道，为了研究某些涡轮轮盘榫槽的裂纹，建立了具有新的低循环和高循环不干涉加载型式的试验系统，以便研究涡轮盘纵树形榫槽在高温下的低循环和高循环联合的疲劳。     

涡轮盘外物损伤事故分析

本文对某型燃气轮机涡轮盘的损伤进行检查和鉴定,分析了损伤变形所给予材料的组织性能及残余应力的影响,根据使用情况提出了修复措施使损伤涡轮盘得以使用。     

米勒循环气体发动机增压器涡轮壳温度场数值模拟

为研究米勒循环气体发动机机涡轮壳内表面的温度分布,建立涡轮壳内表面温度与发动机废气温度的关系,通过数值模拟方法建立某型号涡轮增压器的涡轮机有限元模型,采用CFX软件对涡轮增压器涡轮壳进行流-固耦合温度场分析。通过仿真获得涡轮壳体温度场分布,仿真结果表明,最高温度位于放气阀门孔附近,最低温度位于出口法兰。     

涡轮叶栅三维气热耦合数值模拟

本文借助数值模拟技术,通过气动热分析耦合计算研究了某型航空用涡轮第二级静叶在绝热及实心叶片耦合换热情况下的流道温度场分布,并分析了流场结构,特别是对叶片温度场分布结果进行了分析。通过对三维计算结果的分析表明,耦合计算得到的流场温度场分布更符合实际。耦合与非耦合计算的差别主要体现在温度场的不同上,进而导致了马赫数、压力场、波系及临界流量的不同。因此在气冷涡轮设计中使用多场耦合技术进行数值模拟是非常必要的。     

某型号涡轮增压器损坏故障分析

某型号涡轮增压器运行时发生故障,检查后发现压气叶轮叶片与转子轴发生断裂.本文通过光学显微镜和扫描电镜检验的方式,对叶片的断裂形貌和断裂机制等进行分析.分析结果表明,该涡轮增压器出现故障主要是由于压气叶轮叶片受到额外振动后断裂导致.     

VGT可调机构配合间隙优化研究

利用Pro/E软件建立GJ-90型可变几何涡轮增压器（VGT）可调叶片和支撑盘的几何模型，并借助有限元分析软件ANSYS对其进行温度场分析及热变形计算。采用多变色不可逆示温法进行温度场的测量试验，试验结果最大误差的绝对值为4．53％；热变形计算结果表明，GJ-90型VGT调节机构的最佳配合间隙应为0．06mm。在试验台架上进行校核试验，优化后的可调机构运转灵活，无泄漏和卡死现象。     

具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热特性分析

提出一种具有盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘,利用靠近盘腔出口处叉排扰流柱群的强化对流换热,进一步提高了双辐板涡轮盘的换热效果。对壁面层网格进行细化,采用SST k-ω湍流模型,分别建立具有光滑盘腔、盘腔扰流柱群的双辐板涡轮盘对流换热模型,分析了扰流柱群对盘腔对流换热的影响。对比分析表明:扰流柱群明显增加了盘腔的局部对流换热,辐板上的低温区域明显增加,涡轮盘的最高温度相应降低,最高温度降低4 K;随着雷诺数的增加,扰流柱群局部对流换热系数相应增加,盘腔内壁的面积平均换热系数提高了20%,增强了双辐板涡轮盘的降温效果。     

GH2132三齿二级涡轮盘榫齿裂纹分析

对GH2132三齿二级涡轮盘在外场使用过程中第一榫齿产生的裂纹进行了光学金相和扫描电镜分析，该裂纹属于高周疲劳裂纹，疲劳源区无发现冶金缺陷及加工刀痕。对故障件的材质的化学成分、性能以及晶粒完整性进行了测试其结果材质均符合技术条件要求。疲劳裂纹产生的原因，是由于二级涡轮盘与二级涡轮叶片榫齿配匹不均匀，在发动机工作时，由于热应力作用，两种材料的线膨胀系数不一样(GH2132合金线膨胀系数大，而GH4037合金线膨胀系数小)，使之对盘的榫齿产生相当大的压应力，这样，在榫齿配合面上就产生了压陷，在交变载荷作用下，在离压陷边缘0．5mm处产生了疲劳裂纹和断裂。     

起动过程涡轮叶片瞬态温度场的准稳态处理研究

考虑燃气涡轮发动机起动过程涡轮叶片与高温燃气的对流换热及叶片内部的热传导,通过瞬态流热 耦合计算和准稳态处理两种方法对涡轮叶片换热特性进行了研究,分析了叶片热惯性带来的温度滞后效应, 探索了一种对发动机起动过程进行准稳态处理的数值模拟方法,实现了对涡轮叶片瞬态温度场的快速求解。采用商业化软件ANSYS CFX 2019 R2对涡轮叶片分别进行流热耦合和非定常数值计算,结合外换热程序 “NPUSTAN7Z”求解叶片型线上的换热系数,并对叶片表面网格节点按照“K-近邻算法”进行三维数据插值, 得到计算涡轮叶片非稳态导热的第三类边界条件。分析涡轮叶片的瞬态温度场,发现起动过程中金属叶片 的热惯性导致其温升慢于来流的温升,其内部存在一定的纵向温度梯度和横向温度梯度,中弦滞后 > 前缘滞 后 >尾缘滞后,叶片中下部温度滞后 > 叶片上部滞后。通过对比瞬态耦合计算与准稳态计算的结果,认为准 稳态的方法可以快速准确地求解发动机起动过程涡轮叶片的瞬态温度场。