烟气轮机叶片断裂原因分析

采用化学成分分析、性能试验和金相检验等方法对运行中断裂的叶片进行了分析。结果表明：长期的超温运行使得该叶片晶粒长大,组织性能发生变化,导致叶片断裂事故的发生。     

旋转叶片模态分析的有限单元选择与实验研究

为进行压气机旋转叶片模态分析的精确数值计算,在研究叶片模型四面体单元和六面体单元网格划分模态数值计算结果收敛性的基础上,重点研究了采用实体单元和变厚度壳单元在叶片模态分析数值计算中的区别,通过与叶片的实验模态进行对比,得出了采用实体四面体单元进行旋转叶片模态数值计算的精度明显高于变厚度壳单元的结论.采用叶片实物进行三维扫描建模的方法,又通过数值分析与实验进行对比验证了结论,为变厚度预扭旋转叶片模态分析进行精确的数值计算奠定了基础.     

联轴器扭转刚度对潜油电泵细长串联轴系扭振特性的影响研究

为解决在满负荷、长周期运行工况下潜油电泵下保护器轴易断裂的问题,以潜油电泵细长串联轴系为研究对象,分析联轴器扭转刚度对细长串联轴系扭振特性的影响.采用DyRoBeS软件构建细长串联轴系扭振模型,分析轴系扭振特性,结合扭转振型与模态扭应力分布,确定轴系下保护器轴退刀槽为危险截面,研究联轴器扭转刚度与该危险截面扭应力的关系...     

前置后驱汽车传动系统的扭振模态分析

针对某前置后驱车,建立了其传动系的扭振当量模型,通过自由振动计算分析获得了传动系的扭振模态,与整车传动系扭振测试结果对比,验证了计算的正确性。基于传动系扭振当量模型,分析了各部件扭转刚度及转动惯量对扭振模态的灵敏度:系统第3阶扭振模态可以通过改变轮胎扭转刚度或者转动惯量来调谐;第4阶扭振模态可以使用半轴的扭转刚度、轮胎的扭转刚度或转动惯量调谐;第5阶扭振模态的调谐参数为半轴扭转刚度和传动轴转动惯量。这些因素的分析可为车辆扭转振动特性的改善提供可参考的依据。     

某燃气轮机涡轮叶片断裂及事故原因分析

对某燃气轮机一级涡轮动叶片断裂及事故原因进行了分析.结果表明,一级涡轮动叶片的高温机械疲劳断裂是导致本次破坏事故的直接原因,导致叶片断裂的根本原因是该型燃气轮机在改烧轻油后设计上存在缺陷所致.该型燃气轮机主要缺陷是:环形燃烧室刚度不足,改烧轻油后燃烧室壁温增高;叶片冷却效果不好,涂层易于脱落;温控检测点不足,达不到监控效果以及所规定的停机后自动喷水的运行方式不当等.     

后驱车动力传动系扭振分析

研究后驱车辆动力传动系扭转振动分析方法,根据实际工程问题,建立合适的仿真模型,计算传动系扭振模态频率,并与测试结果进行对比,验证该方法和仿真模型的正确性;在此基础上,分析了动系各部件对扭振模态的灵敏度,以便项目前期根据目标对扭振模态进行控制。本研究提供了一套有效的传动系扭振的分析方法,并取得良好的工程应用效果。     

某发动机压气机三级转子叶片断裂原因

某发动机压气机三级转子叶片发生断裂,采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜和能谱分析、金相检验、硬度测试等方法,并结合叶片振动模态分析,对其断裂原因进行分析。结果表明：叶片的断裂性质为疲劳断裂,疲劳起源于叶片叶盆面距离进气边约0.8 mm的腐蚀坑处;腐蚀坑降低了叶片的抗疲劳能力,是叶片发生疲劳断裂的主要原因;叶片在工作转速范围内存在11阶共振,引起叶片疲劳裂纹的萌生和扩展。     

动叶可调轴流式送风机叶片断裂分析

某电厂一锅炉送风机在投入运行较短时间内即发生叶片断裂事故,严重影响了电厂的安全经济运行。通过化学成分分析、金相检验、力学性能测试、断口分析和能谱微区成分分析等方法对叶片断裂的原因进行了分析。结果表明:导致叶片断裂的主要原因是叶片质量不合格,叶片上存在着十分严重的裂纹类原始缺陷;另叶片材料化学成分不合格,存在较多的铸造疏松缺陷,塑性和韧性较差等也是导致其早期断裂的原因。     

航空发动机离心叶轮高阶模态振动故障研究

研究某航空发动机离心叶轮叶片高周疲劳断裂掉块故障。采用有限元计算分析,确定叶轮激振频率范围内的振动模态及应力分布,选取了对叶片各阶振动模态具有足够敏感性的位置安装应变计。叶片动应力测试获得了叶片大应力振动对应的叶轮共振频率、共振转速及激振源。利用计算和试验获得的数据进行叶片高周疲劳强度分析,提出排故措施并验证。研究结果表明:叶片断裂掉块故障原因是叶轮的高阶模态共振在叶片故障部位形成大应力,超过了其许用应力水平,提出的排故措施有效。发动机研制过程中应通过计算分析和动应力测试充分研究构件在激振频率范围内的各阶振动。     

航空发动机压气机一级叶片断裂失效分析

某航空发动机因为压气机一级叶片断裂导致了一起严重飞行事故.为查明叶片断裂的原因,对肇事叶片进行了失效分析.对残骸件的宏观检查和断口分析表明,其断裂性质属于大应力机械疲劳,裂纹起源于叶弦中部叶背表面;表面痕迹分析表明叶片榫头与盘榫槽间有明显的纵向微动摩擦痕迹;同时叶片表面还存在众多喷丸微裂口;材质检验合格.结合以上分析结果和该叶片的工作特性与受力特点,综合分析认为,叶片榫头与盘榫槽间的间隙控制不当导致该叶片在工作中发生了较严重的摆动是导致该叶片疲劳断裂的主要原因;叶片表面存在的众多喷丸微小裂口对裂纹的萌生有一定的促进作用.     

基于Campbell理论的航空发动机涡轮叶片共振裕度分析

针对航空发动机涡轮叶片的共振特性会导致叶片发生疲劳断裂、振动失效等问题,本文以某型号航空发动机涡轮叶片为研究对象,开展共振裕度分析研究。首先基于试验自锤击法和有限元物理仿真计算两种方法同步分析叶片的振动特性,通过提取叶片在两种工作状态下前6阶的模态分析结果,验证了该模型的正确性与实用性。其次在已有模型基础上,通过绘制不同工作转速下的Campbell共振曲线图,结合该型号发动机的实际工况参数,进行了转速共振裕度的校核分析,对叶片上可能发生共振的工作转速进行了解析并提出优化及改进方案。本方法主要是为叶片的前期设计制造及共振安全性检验问题提供了充足的科学依据和方法。     

Investigation of Fatigue Failures of Titanium Alloy Blades Used in Compressor Modules of Aeroderivative Industrial Gas Turbines

Gas turbine axial compressor blades are designed to withstand cyclic stress loading resulting of modal vibrations. However, when surface suffers from foreign object damage, a fatigue crack is likely to initiate. In this paper two failure case-studies of titanium alloy used for aeroderivative gas turbine compressor blades are presented. Both are related to a failure of first stage compressor blades coming from different turbine power ranges. Observed cracks were found at blade spans corresponding to modal vibrations.     

Failure analysis of a second stage blade in a gas turbine engine

The failure of a second stage blade in a gas turbine was investigated by metallurgical and mechanical examinations of the failed blade. The blade was made of a nickel-base alloy Inconel 738LC. The turbine engine has been in service for about 73,500 h before the blade failure at 5:50 PM on 14 August 2004. Due to the blade failure, the turbine engine was damaged severely. The investigation was started with a thorough visual inspection of the turbine and the blades surfaces, followed by the fractography of the fracture surfaces, microstructural investigations, chemical analysis and hardness measurement.

The observation showed that a serious pitting was occurred on the blade surfaces and there were evidences of fatigue marks in the fracture surface. The microstructural changes were not critical. It was found that the crack initiated by the hot corrosion from the leading edge and propagated by fatigue and finally, as a result of the reduction in cross-section area, fracture was completed.

An analytical calculation parallel to the finite element method was utilized to determine the static stresses due to huge centrifugal force. The dynamic characteristics of the turbine blade were evaluated by the finite element modal and harmonic analyses. Finally according to the log sheet records and by using a Campbell diagram there was a good agreement between the failure signs and FEM results which showed the broken blade has been resonated by the third vibrational mode occasionally before the failure occurred.     

叶轮对汽轮机叶片振动特性的影响分析

汽轮机叶片振动特性是影响汽轮机安全性的关键因素之一。本文以某型叶片为研究对象,建立三维叶片有限元模型,在考虑叶片预应力条件下,分别讨论叶轮及工作转速对叶片振动特性的影响,并进行了相关的对比分析。通过叶片振动频率变化,分析工作转速及叶轮对叶片振动影响的主要阶次范围,为叶片有限元分析设计提供参考意见。     

损伤叶片动力参数变化规律的数值模拟与试验研究

风力发电机叶片的结构动力特性是叶片结构设计时考虑的重要方面,其动力特性对于整个风力机的安全运行具有重要意义.为了研究损伤引起的结构自振频率的变化规律,从有限元模拟以及试验两方面结合进行了研究.通过对比两种研究方法所得的固有频率值的变化规律,找出他们的共性,从而互相印证结果的正确性.结果表明,叶片的固有频率值受损伤位置、...     

风力机运行过程中气动载荷变化工程分析

为提高风力发电机组设计可靠性,需得到风力机在实际运行过程中叶片气动载荷的计算方法.从工程角度出发,对风力发电机使用的NACA专用翼型进行分析,结合薄翼理论推导出攻角变化特点,并依据风切变理论和塔影效应得到风力机实际运行时叶片在各个位置点的气动载荷.依据实际情况对风轮受力平面进行工程简化,得到风力机叶片气动载荷的计算方法.将此方法计算出的气动载荷与试验测量结果进行比对,吻合度较好.     

Non-linear dynamic analysis of a wind turbine blade

ABSTRACT

Wind turbine blades’ dynamic behavior must be well investigated during the design process in order to avoid resonance. Modal analysis and nonlinear dynamic analysis of a rotating wind turbine blade are presented in this paper to study the effects of rotation speed on the natural frequencies and displacements. Accordingly, an enhanced finite element formulation based on uncoupled translational and rotational displacements’ kinetic energy was developed. A twisted wind turbine blade was discretized using beam elements with different cross sections; each has six degrees of freedom per node. At rest, the model results were validated using ABAQUS software. Furthermore, the effects of geometrically non-linear phenomena produced by blade displacement on the vibration characteristics of the rotating blade have been discussed. The blade non-linear problem was solved by applying the Newmark method combined with the Newton-Raphson schema. Results show that the blade natural frequencies and displacements increase under angular rotation speed augmentation. This work highlights the significant sensitivity of the blade vibration characteristics to the geometric non-linearity. Accordingly, a modal and a linear analysis are insufficient to precisely estimate the dynamic behavior of a rotating turbine blade.     

基于自由涡尾迹方法的大型风力机动态响应和尾迹研究

针对大型风力机,在当作柔性和刚性风力机时,可以通过气动和结构耦合动力学用来研究两者尾迹和载荷的区别。在设计和校核阶段,需要考虑风力机结构载荷影响的动态特性和气动性能变化。采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,分析了叶片挥舞和摆振动态响应。采用模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且进行数值求解该方程。结果表明：风力机考虑柔性变形后,对尾迹形状、动态响应和气动性能产生一定影响。这种柔性和刚体风力机的差异表明气动结构耦合效应对风力机的设计和性能计算具有重要意义。     

风荷载的几种模拟方法

中国风电场大多不可避免的建于地震频发地段,在风荷载作用下风机正常工作时发生地震是一概率极大的事件。因此,该文以西北地区某2.5 MW风力发电机为原型,对考虑叶片旋转效应的风电塔架结构在风-震耦合作用下的响应展开研究。利用谐波叠加法生成考虑叶片与塔筒的空间相干性的模拟脉动风速时程;基于叶素动量理论,计算考虑叶片旋转效应的叶轮载荷,并采用尾流模型计算塔筒尾流区塔筒面的载荷;基于有限元软件ABAQUS建立考虑叶片及机舱偏心的集中质量有限元模型并对风力发电塔筒结构在风-震耦合作用下的响应进行分析;探讨了地震输入时刻对于风-震耦合作用下风电塔筒响应的影响。研究结果表明：叶轮旋转效应及尾流对于风荷载的计算影响较大;风-震耦合作用可能使塔顶位移较风荷载单独作用下的小,基底应力接近地震单独作用下的基底应力值;地震动输入时刻对风-震耦合分析有较大影响,建议在设计时予以考虑。     

考虑叶片旋转效应的风力发电塔架结构风-震耦合响应分析EI北大核心CSCD

中国风电场大多不可避免的建于地震频发地段,在风荷载作用下风机正常工作时发生地震是一概率极大的事件。因此,该文以西北地区某2.5 MW风力发电机为原型,对考虑叶片旋转效应的风电塔架结构在风-震耦合作用下的响应展开研究。利用谐波叠加法生成考虑叶片与塔筒的空间相干性的模拟脉动风速时程;基于叶素动量理论,计算考虑叶片旋转效应的叶轮载荷,并采用尾流模型计算塔筒尾流区塔筒面的载荷;基于有限元软件ABAQUS建立考虑叶片及机舱偏心的集中质量有限元模型并对风力发电塔筒结构在风-震耦合作用下的响应进行分析;探讨了地震输入时刻对于风-震耦合作用下风电塔筒响应的影响。研究结果表明:叶轮旋转效应及尾流对于风荷载的计算影响较大;风-震耦合作用可能使塔顶位移较风荷载单独作用下的小,基底应力接近地震单独作用下的基底应力值;地震动输入时刻对风-震耦合分析有较大影响,建议在设计时予以考虑。