基于交错叶轮技术的横流风机气动声学特性研究

为了有效降低空调器室内机横流风机离散频率噪声,采用试验和理论分析方法研究交错叶轮技术对空调器室内机横流风机气动及声学性能的影响。对节间交错角度分别为0°、3.50°、4.00°和5.14°的横流风机气动声学试验结果显示,节间交错叶轮可在不影响横流风机气动性能的基础上,有效降低离散频率噪声,但对宽频噪声影响不大。建立基于Lighthill声类比理论以及傅里叶变换性质的横流风机离散频率噪声预测模型,用于分析不同叶轮交错角对横流风机离散频率噪声的影响。理论分析结果与试验测量结果吻合较好,该模型可有效地分析横流风机节间交错叶轮交错角度与叶片通过频率及其谐波分量处噪声的关联。以此为基础,进一步探讨横流风机节间交错叶轮最佳交错角的设计方法。     

前向离心风机采用串列叶片叶轮降噪的试验研究

针对T9-19No.4A前向离心风机,使用等距串列叶片叶轮和不等距串列叶片叶轮取代原叶轮进行降噪试验研究,并对使用不同叶轮时风机的气动性能和噪声特性进行了比较分析。试验结果表明:使用等距串列叶片叶轮能够使风机在保持气动性能基本不变的条件下,在风机高效点附近的工况范围内降低前向离心风机的气动噪声,而使用不等距串列叶片叶轮则使风机气动性能和噪声特性均变差,主要原因之一是由于叶轮叶片沿圆周不均匀分布导致叶轮流场沿周向分布不均匀。建议在进一步的改进研究中仍可考虑使用等距串列叶片叶轮而暂不考虑使用不等距串列叶片叶轮。     

矿用通风机二级叶轮尾迹区域涡量与气动噪声分析

采用大涡模拟和Lighthill声比拟法,在额定工况下对矿用通风机二级叶轮尾迹区域的流场与声场进行数值模拟,分析涡量和气动噪声.分析结果表明,矿用通风机二级叶轮尾迹区域的涡量最大值产生于机壳壁面,沿扩散锥方向涡量逐渐减小;气动噪声最大声压级主要集中在靠近二级叶轮尾迹的涡流紊乱区域,沿出风口方向气动噪声逐渐减小.靠近矿用通风机二级叶轮尾迹区域的气动噪声主要是二级叶轮旋转基频的离散噪声,沿出风口方向气动噪声的离散性质逐渐减弱,并且逐渐以宽频噪声为主.数值计算结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的正确性.     

带加强盘的交错叶片型风机结构及流动特性

为提高大流量离心风机的气动性能,运用计算流体动力学研究了加强盘位置及叶轮型式对叶轮结构强度、风机性能及压力脉动的影响。结果表明：加强盘居中时风机设计点效率与原型机相比提升3.9%,叶轮最大总变形量减小56.5%,蜗壳流域压力脉动降低5.4%;表面加强盘居中有利于增强叶轮结构强度,提升风机气动性能并降低蜗壳流域压力脉动;采用交错叶片能降低70%以上蜗壳流域压力脉动,有利于风机离散噪声控制;受高低能流体掺混产生的湍动能耗散影响,交错叶片型风机气动损失增加,且叶道内压力脉动幅值增大。加强盘居中和采用交错叶片是提高大流量离心风机气动性能和降低离散噪声的有效方法,但需注意其对气动损失的影响。研究结果可为大流量风机加强盘设计提供理论依据。     

仿鸮翼叶片对轴流风机气动噪声特性的影响研究

基于逆向工程技术提取长耳鸮翅膀沿展向40%位置处的截面型线进行仿生翼型叶片重构,按照型线厚度分布规则应用于轴流风机叶片的改型设计中。由于轴流风机叶片的弯掠变化对风机气动性能有较大的影响,本文以原型风机的中弧线分布为依据,采用鸮翼的厚度分布进行轴流风机叶片的仿生设计。采用大涡模拟方法结合声类比FW-H方程的求解,对轴流风机的气动性能和噪声进行了数值模拟计算,并与原型风机性能进行比较,揭示了仿生叶片对轴流风机气动性能和噪声的影响。研究结果表明:仿生翼型既能保证轴流风机的气动性能,又能在一定程度上降低轴流风机的气动噪声。仿鸮翼叶片特殊的厚度分布有效降低了叶片表面的非定常压力作用和叶片表面的声压脉动强度。从获得的轴流风机的气动噪声频谱图可以看出:采用仿鸮翼叶片能够降低轴流风机中低频区域的宽频段噪声和离散噪声。     

离心叶轮降噪试验研究

针对某一应用在CT机上的散热离心叶轮,使用叶片尾缘锯齿结构和不等距排列叶片叶轮进行降噪试验研究,两改进叶轮的气动性能和噪声特性与原叶轮进行比较分析。试验结果表明,使用叶片尾缘锯齿结构的叶轮在整个风机工况范围内气动性能基本保持不变,降噪效果明显;使用不等距排列叶片叶轮噪声只在高效区下降明显,在偏工况下,噪声甚至有所升高,气动性能也相应的变差,主要原因是由于不相等的叶片栅距导致相邻叶片的环流相互影响,致使气流在流道中的流动变差。对叶轮降噪研究中既要保证取得最大的声学效益,又要兼顾风机的气动性能不能有较大降低。     

矿用对旋风机噪声识别技术研究

针对目前矿用对旋轴流局部通风机噪声较高问题,对风机噪声进行了测试,利用频谱分析技术对噪声进行识别。结果表明:对旋风机的噪声主要由气动噪声构成,噪声尖峰主要表现为I、II级叶轮旋转噪声、干扰噪声及其高次谐波噪声。涡流噪声随着载荷的增加而增大,低频噪声随载荷增加变化不明显,高频噪声随载荷增加而增大。     

分流叶片对小型高速离心风机性能影响的试验研究

为了研究分流叶片对小型高速离心风机性能的影响,设计了一个不带分流叶片的叶轮和两个带分流叶片的叶轮,其中一个叶轮分流叶片在两个大叶片的正中间,另一个叶轮分流叶片在两个大叶片周向位置的2/3处,靠近压力面方向。利用排气风室风机测试装置分别测试了三种叶轮的气动性能。试验结果表明:不带分流叶片的叶轮气动性能最好,压力系数高于带分流叶片的叶轮,分流叶片在中间位置时,压力系数最低,全压最高降低400 Pa;全叶片叶轮效率最高,而分流叶片在大叶片正中间时,效率最低,效率降低了6个百分点;三种形式的叶轮的噪声基本一样,噪声都高于90 d B,噪声很大。     

半开式离心叶轮气动阻尼的影响规律研究

离心压缩机半开式叶轮的阻尼是影响叶轮振动应力水平的重要因素,主要包括材料阻尼和气动阻尼.其中,气动阻尼的准确计算是叶轮动应力分析的前提.本文通过流固弱耦合方法研究了压缩机运行工况以及叶片振幅对气动阻尼的影响,并对影响规律进行了理论分析.研究结果表明,进口温度一定时,叶片气动阻尼比随进口流量的增大而增大;进口质量流量一定...     

离心压缩机叶轮冲蚀磨损的动力特性研究

为研究固粒冲蚀磨损对离心压缩机叶轮动力学特性和结构强度的影响,建立磨损损伤的叶轮的三维模型,并采用有限元方法,对有无离心预应力状态下原始叶轮和损伤叶轮的固有频率和振型进行提取,对叶轮共振特性进行研究,对因材料流失而造成的叶片强度、刚度变化进行了分析。研究结果表明:因冲蚀磨损引起的叶片局部减薄对叶轮整体振动特性影响不明显;叶轮在工作转速下其第6,7阶共振裕度较小;冲蚀磨损损伤的叶片存在应力集中和刚度降低的现象。     

不同展弦比下扭转叶片振动特性分析

以燃气轮机扭转叶片为研究对象,建立不同展弦比下的叶片结构模型,对叶片的固有频率求解,对叶片不同展弦比下振动特性进行讨论分析,得出各展弦比下叶片的固有振动特性规律.结果表明:定宽度时,叶片的高阶次和小展弦比区域振动频率受展弦比影响更为敏感,且随着展弦比增加,叶片的各阶固有频率均降低;定长度时,叶片的弯曲振动频率,随着展弦...     

LP compressor blade vibration characteristics at starting conditions of a 100 MW heavy-duty gas turbine

In this paper are presented the blade vibration characteristics at the starting conditions of the low pressure multistage axial compressor of heavy-duty 100 MW gas turbine. Vibration data have been collected through strain gauges during aerodynamic tests of the model compressor. The influences of operating modes at the starting conditions are investigated upon the compressor blade vibrations. The exciting mechanisms and features of blade vibrations are investigated at the surge, rotating stall, and buffeting flutter. The influences of operating modes upon blade dynamic stresses are investigated for the first and second stages. It is shown that a high dynamic stress peak of 120 MPa can occur in the first stage blades due to resonances with stall cell excitations or with inlet strut wake excitations at the stalled conditions.     

对转涡轮低压转子叶片的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。     

Identification of turbine blade flutter

Unstable vibrations during turbine flutter are studied. Analysis of strain gage records of blade vibrations and synchronous records of the pressure pulsations in the countercurrent gas flow shows that the damping of vibration modes is the most informative parameter determining flutter evolution. The time dependences of frequency spectra and of damping at these frequencies are determined by the Prony method. The coincidence of the eigenfrequencies of the blades and the synchronous character of the changes in the shape of the time dependences of damping at these frequencies and at the frequencies of the diametric modes of the pressure pulsations in the gas flow guarantee that it is collective vibrations of the blades related to the phenomenon of flutter that occur.     

VIBRATION ANALYSIS OF TURBINE BASED ON FLUID-STRUCTURE COUPLING

The vibration of a Francis turbine is analyzed with the additional quality matrix method based on fluid-structure coupling （FSC）. Firstly, the vibration frequency and mode of blade and runner in air and water are calculated. Secondly, the influences to runner frequency domain by large flow, small flow and design flow working conditions are compared. Finally the influences to runner modes by centrifugal forces under three rotating speeds of 400 r/rain, 500 r/min and 600 r/rain are compared. The centrifugal force and small flow working condition have greatly influence on the vibration of small runner. With the increase of centrifugal force, the vibration frequency of the runner is sharply increased. Some order frequencies are even close to the runner natural frequency in the air. Because the low frequency vibration will severely damage the stability of the turbine, low frequency vibration of units should be avoided as soon as possible.     

动态气动载荷和构件振动对风力机气弹特性的影响分析

通过建立气弹耦合分析模型,研究叶片、塔架等构件的耦合振动对叶根气弹载荷的影响以及在静、动态气动模型下的叶根和塔底气弹载荷的差异。采用"超级单元"模型,将叶片、塔架和主轴离散为通过转动铰和弹簧、阻尼器连接的刚体系统,以反映这类构件较大的弹性变形和非线性振动。在叶素动量理论(Blade element momentum,BEM)基础上,引入Beddoes-Lesihman动态失速模型,以反映气动载荷的动态特性。应用计算多体动力学理论和风力机气动模型,建立受约束的风力机系统气弹耦合方程。算例以某5 MW风力机为研究对象,通过施加不同的约束条件,研究风轮以外其他构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型,考察叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。分析表明,塔架、主轴等构件的运动会显著影响叶根的气弹载荷;叶片的动态失速特性也对叶根的气弹载荷和疲劳载荷谱有较明显的影响。研究工作对于保证风力机安全稳定运行和疲劳寿命设计有重要的作用。     

透平叶片固有频率和振型的测试方法分析

以透平叶片为研究对象,采用LMS系统对叶片的静频和振型进行了测试。单只叶片的试验测试结果与数值计算结果吻合良好,说明所提供的叶片分析模型和静动态分析方法具有良好的工程精度,验证了有限元计算的准确性。结果显示,装配后叶片固有频率的分散度加大,因此在以后的装配过程中,需要对装配后各叶片固定力进行控制;如果控制难以实现,则必须对装配后的叶片的固有频率进行测试,使固有频率及其分散达到设计要求,为此类叶片的结构优化或性能优化以及叶片的再设计提供理论依据。     

有限元法在透平叶片振动研究中的应用

以透平叶片振动分析理论为基础,对实验室的等截面直叶片分别通过理论法和有限元法求解其前7阶的切向弯曲自振频率并加以比较。利用有限元法对叶片及顶部围带相互连接的叶片组在不同转速下进行模态分析,得到叶片及叶片组动力刚化效应振动模态数值分析结果,并对结果进行了分析比较。对于顶部围带不连接的叶片组,利用有限元法通过构造弹簧模型来处理顶部围带的接触问题,所得结果真实反映了汽轮机运行过程中围带的碰撞和叶片的振动情况。     

大型混流式水轮机转轮叶片结构动力特性分析

转轮是水轮机结构中重要部件之一。比较不同单元类型对转轮叶片振动计算精度的影响，从推导的转轮叶片液固耦合运动方程出发，分别计算混流式水轮机转轮叶片在空气中和在工作流道中振动的主频与主振型。结果表明，叶片在水中的频率较空气中的频率有所降低，而且不同阶的频率降低值不同。     

A model to study the reduction of turbine blade vibration using the snubbing mechanism

Blade vibration reduction is an important task in high performance turbo machinery for power generation, in order to avoid the risk of blade failure due to the overcoming of fatigue limit. A possible way to obtain this result is a contact related phenomenon, i.e. by physically limiting the vibration amplitude on the blade tip leaving a small gap between the shrouds of adjacent blades. When the relative displacement between adjacent blades exceeds the gap, in a certain vibration mode of the blade row, a contact occurs between the shrouds, the relative motion is restricted and energy is dissipated by friction and impact during the contact. This is called the snubbing mechanism.In this paper, an original simplified model of bladed disks, in which the snubbing mechanism can occur, is presented and numerical integration in time domain furnishes the time histories of the vibrations of the blades. The level of vibration reduction is then evaluated in some different modes that could be excited for instance by the fluid flow. It is also shown that unlucky combinations of system and excitation parameters can effect also a certain magnification instead of a reduction of the vibration amplitudes.Experimental results on single blade and blade groups of a steam turbine are used to tune the parameters of the system.