某级压气机转子叶片高周振动疲劳强度储备分析研究

为完成某型燃气轮机压气机新设计转子叶片高周疲劳储备分析,采用基于叶尖定时法的激光非接触测量方法对该级转子叶片进行了振动应力测试,并结合理论计算和转子叶片高周疲劳极限试验,获得每一只叶片的高周振动疲劳强度储备,创新性地一次性完成了某级压气机新设计转子叶片振动疲劳性能的全面评估。研究表明:理论计算得到的叶片1阶弯曲共振转速为4 393 r/min,实测叶片在机组全部运行工况下的共振转速区间为4 276～4 435 r/min,叶片振动应力范围为54～123 MPa;试验实测得到的置信度满足95%及误差限度5%下叶片中值疲劳极限为730 MPa,推算得到99.99%高存活率下叶片高周疲劳极限约为660 MPa;结合叶片静强度分析结果、叶片材料的抗拉强度值、叶片振动应力值和99.99%高存活率下叶片的疲劳极限值进行计算,其高周振动疲劳强度最低储备为4.61,共振转速区间处于机组运行的过渡工况,满足设计要求。     

轴流压气机径向间隙变化的考虑

据《ЗHeprerИKa》2007年1～3月号报道，建造现代高效的轴流压气机必须与提高它们的可靠性和改进其气动力性能有关，而其关键技术之一是使转子叶片与静子部件之间径向间隙区域内的漏泄减到最少。该间隙越小，漏泄就越少，效率就越高。     

增压级末级流路和末级静叶安装角优化设计

为了改善增压级流场特性、提升包括增压级在内的低压压气机部件的性能水平,本文开展了增压级末级流路和末级静叶安装角的优化设计。通过优化增压级末级动叶和静叶的进口马赫数,验证了末级流路大曲率变化特征对于叶片根部流场的影响;通过优化末级静叶的安装角,降低了内涵支板对上游流场的堵塞效应;在此基础上,实现了低压压气机部件性能水平的提升。三维数值求解结果表明,低压压气机部件设计工况的效率提升了0.30个百分点;末级静叶进口静压的最大值下降了约2 000 Pa,进口静压的周向不均匀性明显降低。本文的研究成果在大涵道比航空发动机压缩部件的气动设计中具有重要的工程应用价值。     

增压器压气机叶片结构/振动一体化优化设计

以废气涡轮增压器压气机叶轮为研究对象,创建了压气机叶片的三维参数化模型,通过全三维流场仿真分析,得到压气机的气动性能及叶片表面的压力分布.在不改变叶片形状、保证压气机气动性能的情况下,对叶片的静强度及振动特性进行了一体化优化设计.以叶片4个关键截面的叶顶、叶根厚度为设计变量,以离心力及气动压力作用下叶片的最大Mises应力、叶片的一阶动频为约束,以叶片体积为目标函数,在iSIGHT优化平台上集成了I-DEAS、ANSYS软件,采用混合整型优化和自适应模拟退火算法的组合优化方法,在满足叶片静强度小于屈服强度和一阶动频大于3倍工作频率的条件下,叶片体积(质量)减小了14.7%.     

某燃气轮机低压涡轮叶片断裂故障分析

低压涡轮叶片作为燃气轮机内流道的热端部件,长时间受到气流冲击,受离心载荷、气动载荷和热载荷的综合影响,对叶片强度要求较高.某燃气轮机由退役航空发动机改制而成,通过电站长试考核考验燃气轮机寿命,在考核期间发生低压涡轮叶片断裂故障.针对故障进行分析、试验及计算,确定叶片断裂的主要原因是叶片共振引发高周疲劳,采取措施是燃气轮...     

9FA燃气轮机压气机首级动叶改造分析

由于部分使用9FA重型燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环电厂在检修过程中发现部分压气机首级动叶存在刮缸现象,设计制造单位对压气机首级动叶进行了更换.本文利用ANSYS软件对其压气机首级动叶片进行数值模拟,发现原有的叶片在工作转速下由于离心力引起的变形能够引起刮缸现象,而改造后的叶片不会产生大的变形.然后采用NUMECA软件对...     

基于结构可靠性的涡轮叶片三维气动设计优化

将结构静强度可靠性、疲劳可靠性以及刚度可靠性作为基本约束条件,对某涡轮静、动叶片进行了三维气动设计优化。建立了涡轮叶片结构可靠性气动设计优化模型,给出了叶片热-流-固耦合分析流程及气动设计优化代价函数。结果表明:优化后,静、动叶片的气动效率均值分别提高了2.45%和6.17%,且气动效率的标准方差也有一定减小;优化后,动叶片的各项结构可靠度指标得到提高,且达到设计要求;动叶片的结构系统可靠度从91.3%提高到了99.87%。     

某型发动机低压压气机转子叶片断裂分析

针对某型发动机低压压气机第2级转子叶片于飞机起飞时发生的断裂故障，通过外观检查、断口表 面检查、成分分析、硬度测试、强度计算以及对叶片修理过程排查等手段，对故障叶片断裂性质和产生原因进 行分析。结果表明：叶片故障为疲劳断裂，断口疲劳裂纹起源于叶根转接圆弧处的凹坑损伤边缘。强度计算 显示叶片凹坑损伤处叶身最大静应力比正常叶片增加42. 8%，振动应力增加58%，应力增加、强度降低是促 使故障叶片产生疲劳裂纹的主要原因。在叶片修理转运过程中叶片与转运工装铁质部件发生磕碰造成凹坑 损伤，该缺陷在现有修理工艺中具有较强的隐蔽性。提出在叶片喷丸工序前增加表面质量检查，将叶片转运 工装用材料由木质和铁质部件结合改为整体塑料成型，以避免类似故障的发生。     

汽轮机部件强度的可靠性设计

提出了汽轮机叶片的静强度和动强度,隔板的静强度和刚度,叶轮的静强度和套装叶轮的过盈强度,把汽轮机部件的应力、挠度和材料强度按照实际情况处理为随机变量,并给出了可靠性设计实例的计算结果。     

压气机离线水洗后燃气轮机性能衰退分析研究

为定量诊断燃气轮机实际运行过程中压气机叶片积垢导致的燃气轮机性能衰退趋势,提出一种基于多元非线性回归模型的燃气轮机性能衰退预测方法。以PG9351FA型燃气轮机为例,建立了离线水洗后压气机进气质量流量、压气机压比、压气机效率和燃气轮机功率的性能衰退模型。结果表明:压气机叶片积垢导致的燃气轮机功率衰减速度约为压气机进气质量流量衰减速度的1.7倍,在燃气轮机Baseload工况下,离线水洗后运行2 000 h,压气机进气质量流量衰减约3.26%,压气机压比衰减约3.04%,压气机效率衰减约2.62%,其综合影响使得燃气轮机功率衰减约5.54%;随着离线水洗后运行小时数的增加,燃气轮机性能衰减将逐渐趋于稳定。