基于弯扭耦合的大型风力机复合材料叶片结构特性研究

为研究不同类型弯扭耦合叶片结构特性,以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,结合复合材料铺层设计建立不同弯扭耦合叶片有限元模型,通过CFD方法求解叶片气动载荷并对各叶片开展结构模态、强度及屈曲计算,分析不同耦合区域及耦合角度对叶片结构特性影响.结果 表明:弯扭耦合叶片各阶固有频率大多低于传统叶片,其中蒙皮耦合叶片变化最小而全耦合叶片影响最大;弯扭耦合叶片可降低内部von Mises应力及应变峰值,提高叶片疲劳寿命,其中蒙皮耦合叶片降幅最大而主梁耦合叶片降幅最小,尤以蒙皮耦合叶片θ=20°减载效果最佳;弯扭耦合叶片切应力大多高于传统叶片,仅蒙皮耦合叶片θ=20°最大切应力低于传统叶片;叶片的弯扭耦合特性对其稳定性产生一定影响,其中主梁耦合叶片临界屈曲载荷降幅较大而其他弯扭耦合叶片有小幅上升,且一阶屈曲变形量均低于传统叶片.     

流固耦合下轴流压气机叶片振动特性数值研究

气流扰动触发的叶片振动是导致叶片疲劳失效的主要原因,针对此问题,首先,建立叶片流固耦合时域计算模型,研究叶片振动特性,并进行叶片失效分析;其次,建立压气机叶片振动分析模型,结合叶片振动试验来验证模型的有效性;然后,考虑气体与叶片的耦合作用,通过数值仿真模拟得到典型工况下的叶片表面气动载荷,并将其引入旋转叶片有限元振动分析模型进行叶片振动响应计算;最后,引入坎贝尔图确定叶片危险工况,得到危险工况下的叶片动应力分布,并进行叶片疲劳失效分析。结果表明:临界工况下叶片振动应力分布与发生共振的模态振型密切相关;临界转速下叶片发生的1阶共振是造成叶片失效的主因。     

基于贝塞尔曲线的液力变矩器三维叶片造型方法

为满足液力变矩器三维流动设计的需要,解决传统基于一维束流理论叶片造型方法精度差、适应性低的缺点,提出基于贝塞尔曲线及保形变换的三维叶片造型方法。叶片二维型线由骨线叠加厚度分布的形式构造,叶片骨线和厚度均由两段三次贝塞尔曲线构成。为实现直接通过关键几何参数进行叶片设计,建立叶片几何参数与贝塞尔曲线控制点之间的数学关系式。利用保形变换方法进行叶片二维型线与三维曲线间的无误差转换,将二维叶片型线投影到循环圆环面生成三维叶片曲线,然后再堆叠三维曲线以构造叶片实体。新型叶片造型方法能够实现二阶导数连续、曲率连续的叶片曲线设计,从而提高了叶片液力性能,同时改善了叶片造型精度及适应性。利用新型造型方法对原始液力变矩器叶片进行优化设计,结果表明,新方法优化后的叶片液力性能要明显优于初始叶片,验证了新方法的可行性。     

后掠式叶片气动外形优化设计

后掠式叶片具有载荷自适应性，提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线，以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点，通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数，以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标，采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数，建立后掠式叶片三维模型，在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明，通过对扭角、后掠值进行优化，后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小，优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。     

压气机叶片掉角故障的机理分析及其治理

针对压气机二级叶片发生的进气边掉角故障,通过分析叶片结构固有特性以及激振因素,阐明了该叶片掉角故障主要是由第7阶和第10阶的高阶共振所引起的疲劳破坏造成的。通过叶片结构动态优化、叶片表面质量改进有效地预防了叶片掉角故障。尝试采用一级静止叶片不等距安装方式降低叶片振动。     

特殊风力机叶片实体建模方法研究

风力机叶片制造过程中,无论是叶片模具型腔的设计加工,还是复合材料叶片的铺层设计,都需要使用叶片的三维实体或曲面模型。因此,将叶片曲面方程转化为相应的三维实体或曲面模型,是叶片从设计变成产品必不可少的一环。现以某风力发电机叶片方程为例,研究了特殊风力发电机叶片实体建模的实现方法。实际建模效果证明,该方法能够快速精确地建立叶片模型,为后续制造环节提供强有力的支撑。     

背叶片对离心料浆泵性能影响研究

背叶片经常被应用到特种离心泵设计中,它的设计影响了离心泵的扬程、效率等水力性能。文中针对背叶片的高度、形状等几何参数对离心泵的性能影响作了数值模拟研究,分别对设置有后弯式与直型背叶片的四种不同形状的离心泵内部流场作了三维湍流数值模拟,分析了因背叶片高度不同、型线不同对泵水力性能与内部流场的影响。结果表明,带后弯式背叶片的泵扬程和效率均较直型背叶片高。由不同高度背叶片中间截面压力分布图的对比分析发现,随着背叶片高度的减小,背叶片中间截面压力分布越来越均匀。后弯式背叶片中间截面压力分布较直型背叶片的均匀,直型背叶片相邻两叶片之间均存在非常强烈的回流与旋涡,后弯式背叶片随着高度的减小,相邻两叶片中间流道的流动越来越顺畅。随着背叶片高度的减小,其对泵性能的影响程度亦减小,实际上存在一个合理的背叶片高度的取值。本分析结果为离心料浆泵背叶片的设计提供了参考依据。     

叶片模态分析与声频法测量

旋转机械故障多数由叶片振动引起,叶片固有频率的测量方法较为困难,以小型直板叶片为研究对象,通过振动理论计算出叶片各阶固有频率,利用有限元法对叶片模型进行模态分析和谐响应分析,得到叶片前四阶固有频率与振型,最后采用简单实用的声频法测得叶片固有频率,比较叶片固有频率的计算值和测量值,得到满意结果。     

航空发动机转子失谐叶片减振安装优化分析

安装航空发动机转子叶片时,由于制造误差使各叶片间存在失谐,不同的叶片安装方案影响叶片-轮盘系统强迫振动响应的大小.通过叶片模态试验获得叶片失谐频差,进而获得叶片失谐参数,建立了失谐叶片-轮盘系统单个扇区两自由度集中参数动力学模型.基于遗传算法的全局优化和快速收敛性,利用改进的嵌套遗传算法给出某型航空发动机某级叶片-轮盘系统叶片的最佳安装方案,按该方案安装的叶片,可使发动机叶片-轮盘系统强迫振动响应的最大幅值达到最小或处于较小范围内.     

透平叶片全域动应变-叶尖振动映射方法研究

针对高速旋转叶片振动导致的叶片裂纹甚至断裂而影响设备运行安全的问题,研究了叶片全域动应变与叶尖振动幅值的映射关系,提出一种透平叶片弯曲及扭转共振下叶片动应变非接触式测试方法,可实现基于叶尖振动幅值的叶片动应变反演,为叶片疲劳寿命预测奠定基础。首先,以某透平叶片为对象,对叶片进行模态分析获取全域应变和幅值比,进行叶尖振动测量点的优化;其次,运用振动台对叶片进行振动激励试验,获得叶片1阶、2阶共振下模态频率和应变-位移响应比,并对有限元分析模型进行修正。研究结果表明,所提出的叶片动应变测试应变-位移相对误差小于10%,频率误差小于1%,证明了叶片动应变测试方法的有效性。     

轴流压缩机叶片腐蚀的修理工艺

轴流压缩机叶片腐蚀的修理工艺李建荣，任生谦编译（陕西鼓风机厂）一、叶片断裂的影响因素轴流压缩机的叶片无论是在运行中还是在停车状态下都会受到腐蚀。叶片表面受到腐蚀，会影响叶片的性能，降低叶片强度。压缩机叶片相当薄，其叶型以及用来固定定子或转子的叶根都是...     

基于气弹耦合特征的风力机叶片优化设计

为提高风力机叶片气动结构性能,基于风力机风轮空气动力学及叶片结构动力学原理,选取叶片所处位置及扭转变形为自由度,在研究叶片摆振、摆振方向各阶振动模态的基础上,提出风力机叶片气动弹性耦合振动变形计算模型。基于风力机整机部件构成及输出功率特征,提出风力机叶片优化设计模型,对某5 MW风力机叶片的进行形状优化设计,通过对比分析优化叶片和原始叶片的输出功率及气弹载荷特性,验证优化叶片气动及结构性能的优越性。     

基于ANSYS的抛丸器叶片的设计参数对应力的影响分析

针对抛丸器的叶片的结构参数进行了分析,并对其对应力的影响进行了理论研究,计算了相同抛打速度和叶片转速条件下直线叶片、前曲叶片、后曲叶片的不同的结构参数,对三种不同结构叶片的受力情况进行了比较,分析了底座长度、叶片厚度、曲率半径三个结构参数以及不同结构的叶片对应力分布的影响,通过分析,得到相同结构条件下,直线叶片底座越长,厚度越大,其应力集中程度越小以及前曲叶片曲率越大,应力集中程度越小的结论.     

基于Pro/Mechnica的新型水轮机叶片结构分析

根据水轮机叶片设计方程，对水轮机叶片曲面进行了拟合。基于PRO／MECHANICA模块对叶片结构进行了分析，对叶片的应力、应变、模态及动态时域分析后表明，水轮机叶片应力集中点可以显著确定，可在结构上采取相应措施，降低叶片应力集中。该分析方法对叶片结构设计有实用意义。     

圆盘泵叶片结构形式对泵外特性影响分析

叶片圆盘泵作为一种新型泵,其扬程和效率有待进一步提高。叶片结构形式是影响叶片圆盘泵扬程和效率的重要因素之一。运用计算流体力学软件Fluent对不同工况下叶片圆盘泵内部全流场进行三维数值模拟,分别研究了叶片数目、叶片宽度及叶片形状对泵扬程和效率的影响。计算结果表明,在一定范围内,随着叶片数目的增加、叶片宽度的减小,以及采用叶片轴向截面为梯形的叶轮能有效改善泵的性能,分析结果可为叶片圆盘泵结构优化设计与性能提高提供理论依据。     

风力机叶片结构分析与铺层优化

根据玻璃钢风力机叶片结构分析的有限元理论,利用大型通用有限元软件ANSYS建立叶片的有限元模型。通过在风力、重力和离心力耦合作用下风力机叶片的静力学分析,检验叶片正常运行时的安全性。通过风力机叶片动力学分析,计算叶片的固有振动频率,判断其能否避免共振,实现正常运行。在此基础上,根据Miner线性累积损伤法则的玻璃钢叶片疲劳寿命估计方法,对风力机叶片疲劳寿命进行计算,判断初始设计方案能否满足使用寿命要求。在不增加叶片质量的前提下,对叶片的铺层工艺进行优化,改善了叶片应力,提高了疲劳寿命。     

静叶可调轴流风机叶片断裂原因分析及处理

对某钢厂的静叶可调轴流风机叶片断裂问题进行分析,通过对叶片材料的理化试验、金相分析,对叶片断口的宏观检查,对叶片频率计算及叶片失效部位的有限元分析,找出了叶片断裂的根本原因。在保证轴流风机性能满足系统运行要求的前提下,提出了增加叶片根部厚度以改变叶片固有频率避开共振的处理方法。更换改进设计的叶轮后,风机安全运行,稳定可靠。     

风力发电机叶片的动力学分析

旋转是叶片的主要工作方式,叶片轴向力与切向力的大小随叶片的旋转而时刻发生变化,导致重力对叶片每个旋转位置有不同程度的影响。应用ANSYS软件建立旋转状态下叶片的有限元模型,对其进行动力学分析。分析结果表明:叶片的最大变形量为0.327 mm,位于叶尖附近,远小于玻璃钢叶片的最大弯曲变形要求;叶片的最大应力值为1.04 MPa,远小于玻璃钢的抗拉强度。通过分析确认,重力对风力发电机叶片的整体力学性能影响较小。     

调速型液力偶合器叶片流固耦合分析

液力偶合器叶片流固耦合分析的目的在于研究液力偶合器叶片变形与流场间相互作用的规律,为液力偶合器叶片设计提供依据。以CFD技术模拟调速型液力偶合器内部流体的流动,分析液力偶合器叶片表面的压力分布;应用有限元方法,计算出液力偶合器叶片的应力分布与位移,对叶片与流体的耦合过程进行数值模拟。分析结果表明,叶片变形导致的压力增大是叶片断裂的主要原因,最大限度地减小叶片变形是提高液力偶合器使用寿命的有效途径。     

叶片结构对叶片风能利用率及载荷的影响分析

针对叶片结构设计过程中叶片结构变化对风电机组性能及安全性的影响,利用GH Bladed对某73.2 m叶片进行仿真计算,通过探究扭转刚度、摆振刚度、抗弯刚度对风电机组的净空、风能利用率、发电量及载荷的影响,分析不同的刚度变化情况对机组性能及安全性的影响程度,为叶片结构设计提供依据,更加快速准确地推进叶片设计进程。结果表明,在提高发电量的前提下,叶片结构调整应该增加叶片扭转刚度和挥舞刚度,降低叶片摆振刚度,提高叶片挥舞刚度能够明显提高叶片净空及发电量,但同时会增加叶根载荷;在降低叶根合弯矩载荷的前提下,叶片结构调整应该增加叶片扭转刚度,增加叶片摆振刚度,降低叶片挥舞刚度。因此在实际调整中,需要根据载荷和发电量的实际情况进行平衡。