涡轮导叶冷却结构设计及性能分析

按照涡轮传热分层设计流程,对某型燃气轮机高压涡轮导叶进行了冷却结构设计。利用管网设计方法快速得到符合设计要求的基本冷却结构,采用UG建模与自编程序相结合快速生成实体模型,并选取两种典型冷却方案进行全三维气热耦合计算。计算结果表明：两种冷却方案总冷气量基本相同时,前腔冷气流量更大的方案2满足设计要求,其前腔无量纲流量为0.052 7,后腔无量纲流量为0.049 4,叶片表面无量纲平均温度为0.666 7,无量纲最大温度为0.737 1;增大吸力面“簸箕”形状气膜孔的冷气流量,可以有效降低吸力面中后部高温区域的温度;利用管网设计可以快速搜寻合理的冷却结构方案,该设计方法显著地缩短了设计周期。     

涡轮第二级导叶冷却结构设计研究

以某涡轮第二级导叶为研究对象,结合参数化特征建模技术研究设计冷却结构,并进行气热耦合分析,研究结果表明:低压导叶外部各截面上的温度分布均匀,尤其是在冲击冷却的部位,温度明显低于尾缘区域,而且冲击冷却在压力面上的冷却效果要好于吸力面,冷却效果理想.低压导叶内部温度梯度较大,整个叶片内壁面由冲击射流和横向流动作用使得冷却充分均匀.     

基于流固耦合的增压器涡轮叶片结构强度分析

采用ANSYSWorkbench软件建立涡轮流固耦合仿真计算平台。首先,运用CFX软件对涡轮流体域进行流体动力学计算。随后,将流固交接面的温度、压力分布场加载到涡轮固体域表面,并进行稳态热计算。最后,运用ANSYS软件有限元分析模块对涡轮考虑气动温度载荷、压力载荷和离心力载荷的进行综合结构强度计算研究。结果表明,所分析的涡轮叶片根部的中间部分及近出口处存在应力集中现象,与用户反馈的该款增压器使用中涡轮叶片断裂部位较为吻合。     

单晶涡轮叶片强度分析与结构优化设计

为提高某型燃气轮机的工作可靠性,对单晶涡轮叶片进行了强度分析与结构优化设计。采用第四强度理论,考虑了晶体取向、温度载荷、气动载荷和转速的影响,得到叶片的应力分布、典型截面的强度储备系数;根据诺顿蠕变方程计算关键节点的持久寿命;基于分析结果对叶片局部结构进行优化改进,将叶片质心向叶背侧偏移,调整进气前缘气膜孔的排列方式,并对新结构进行强度复算。结果表明：优化后的叶片静强度符合设计要求,消除了局部结构处的应力集中现象,叶身结构强度储备系数高于1.3,叶身两侧应力分布更加均匀,叶片在设计转速10%裕度范围内无共振现象发生。     

涡轮第二级动叶冷却结构设计研究

以某涡轮第二级动叶为研究对象,结合参数化特征建模技术研究设计冷却结构,并研究了温度分布,结果表明:叶片的改型对于流道内的温度分布影响很小,而叶片内部温度的分布有一定变化.在叶片后腔所在区域底部截面上,温度下降了10 K左右,在中部截面和顶部截面上冷却效果没有明显改善.     

某燃气轮机涡轮叶片复合冷却结构优化设计

为了提高涡轮叶片设计效率,搭建了基于一维管网理论的iSIGHT优化设计平台,获得了叶片的优化结构,并对其进行三维仿真计算分析。研究表明：优化前后叶片的气动性能变化不大,总压损失仅在端壁处略有差别;优化后涡轮叶片的壁面温度分布更加均匀,壁面的最高温度降低,温度梯度减小,最大相对温差降低10%左右;在降低叶片热应力的同时相对冷却效率提高1.0%。     

大型燃气涡轮叶片冷却技术

近年来,随着大型燃气轮机性能的不断提高,为进一步减少有效气体的消耗,提出了汽雾两相流冷却方案,即涡轮叶片由空气冷却逐渐转向空气和蒸汽双工质冷却,现已日益成为研究的热点.大量研究表明,汽雾冷却具有冷却快、冷效高、流阻小和结构简单等优点,将在下一代高性能燃气轮机的涡轮叶片冷却中发挥重要作用.通过对带冲击气膜结构冷却的数值模拟,平均冷却效率明显提高,且低温区明显延长.     

斜流泵复合空间导叶结构流场及强度分析

空间导叶对改善斜流泵叶轮出水流场起着重要作用,为探究空间导叶不同结构形式下流场特征及强度计算,基于长短导叶复合结构形式建立三种导叶结构方案,分别进行流场计算和流固耦合分析。结果显示,三种类型复合空间导叶结构中T_2型空间导叶压力较大,T_3型空间导叶压力最小;三种类型复合空间导叶中压力较大区域主要集中在导叶与上盖板连接处的进水口位置,该处受到较强的水流冲击,承受的压力较大;T_1和T_2型复合空间导叶变形整体均呈对称性分布,T_1型复合空间导叶变形最大点主要集中于下盖板进口边以及导叶与上下盖板连接处,且与下盖板连接处应力值较大;T_3型复合空间导叶变形点主要集中于导叶与下盖板连接处,该处变形最为严重。研究结果为斜流泵不同空间导叶结构的设计优化提供参考。     

向心涡轮可调导叶间隙流动的数值研究

应用数值方法对某型向心涡轮的可调导叶间隙流动结构及其涡轮性能的影响作了分析,间隙尺寸分别为1%、2%、4%叶高.计算结果表明:间隙加大,涡轮效率下降,流量增加,间隙流动所造成的流动损失是结构阻力型的.间隙对涡轮性能的影响主要来自于叶轮进口气流冲角的增加与叶轮反动度的提高.简单地修正导向叶栅的流动效率,不能反映间隙对涡轮整体性能的影响.     

带有可调导叶的径流涡轮气动特性的研究

采用数值模拟的方法对单级径向涡轮在导向叶栅的不同开度、不同工况下的全流场进行了三维模拟分析。研究表明,可调导叶对涡轮性能的影响是叶栅收敛度、气流冲角与出气角的综合影响。在综合考虑了导叶损失以及叶轮损失的基础上,提出了变几何径向涡轮随速比变化的调节方案。     

涡轮叶片结构完整性设计研究

结构完整性要求是航空发动机安全可靠工作的重要保证,首先以涡轮叶片为对象,简述了研制中涉及的专业内容及结构完整性方面要求。总结了国外结构完整性技术研究方面几个代表性的项目实施特点、效果和对国内启示。以涡轮叶片某工作流程为例,介绍分析了基本技术要素及主要的结构强度设计准则(如静强度/变形、振动、蠕变/应力断裂寿命、低循环疲劳等)内容和要求、相应的技术现状和难点。结果表明,目前国内包括涡轮叶片在内的热端部件的设计方面的不足,主要表现在对方法标准的验证不够系统全面,导致先进方法的作用无法在工程上充分发挥,为此今后应着力构建多层级完整的设计验证体系,加强方法技术精度可靠性的系统验证,为我国航空发动机自主研发提供坚实有力支撑。     

叶片弯曲对跨音速涡轮叶栅流场的影响

对均匀加载叶型所构成的直叶栅及不同弯角所构成的弯叶栅流场进行了数值模拟。研究了弯叶片作用下型面压力分布、马赫数等值线及叶片表面压力分布的改变,同时考察了叶片弯曲对马蹄涡及通道涡生成位置的影响。叶片正变后有助于减少端壁处的横向压力梯度,削弱端壁二次流动;另外叶片正弯后会使马蹄涡起始分离点位置向流道中间偏移,促使通道涡提早发生。本文所选用的差分格式为具有ＴＶＤ性质的三阶精度的Ｇｏｄｕｎｏｖ格式,湍流模型为修正后的Ｂ－Ｌ代数模型。     

航空发动机涡轮叶片冷却技术综述

本文综述了当前航空发动机涡轮叶片冷却技术的研究情况,着重介绍了气膜冷却、涡轮叶片内流冷却技术和气膜孔流量系数的研究进展,指出了内流冷却和外部气膜冷却相互影响,在冷却结构设计中应予以考虑。     

某型燃气轮机高压涡轮动叶冷却结构设计研究

对某型燃气轮机高压涡轮动叶进行气热耦合数值模拟,分析了该叶片的温度场情况。叶片表面最高温度为1 210 K左右,平均冷却效果为0.425。为了解决该叶片前缘温度较高且存在较大的温度梯度,以及顶部叶冠的冷却需要消耗大量冷却空气的问题,对该叶片进行了去掉顶部叶冠、增加前缘气膜的改型设计。通过对改型叶片进行数值模拟,并根据结果进行优化,最终得到一个满足设计要求的冷却结构。优化后的涡轮叶片前缘温度降到1 150 K以下,平均冷却效果达到0.45,满足设计要求。     

重型燃气轮机涡轮叶片材料及制造技术研究进展

从重型燃气轮机涡轮叶片的研制发展史出发,综述了用于重型燃气轮机涡轮叶片高温合金材料的典型化学成分、叶片制备工艺技术、冷却技术和热障涂层设计。通过分析重型燃气轮机涡轮叶片服役特点,总结了重型燃气轮机用高温合金材料的设计原则。结合国内外燃气轮机涡轮叶片关键成型技术的发展和现状,归纳总结了涡轮叶片的研制工艺难点,并对未来燃气轮机涡轮叶片发展和制造工艺革新进行了展望。     

考虑冷气掺混和采用复合倾斜叶栅的航空燃气涡轮准三气动设计

采用准三维的计算方法,对一台两级航空燃气涡轮的低压导叶进行了改造设计,采用复合倾斜叶片以提高涡轮效率,对叶片倾斜和冷气掺混所引起的问题进行了处理和分析。     

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%。     

汽轮机末叶片叶根强度分析与优化

针对某"215mm"汽轮机封口末叶片,应用有限元方法对其强度进行分析,对有限元计算的结果进行了验证,结合分析结果,对其结构进行了优化,并对不同的优化方案进行了对比,提出了结构优化的最佳方案。     

导叶约化中心位置对涡轮非定常气动计算的影响

针对工程上常用的基于叶片数约化的涡轮非定常计算方法,为了掌握导叶约化中心位置对于涡轮内部流动非定常计算结果的影响规律,对导叶前缘约化、导叶尾缘约化、不约化三个算例进行了非定常计算与对比分析.研究结果表明:导叶前缘约化方式对于涡轮气动性能时均值影响量级在1％以上,而导叶尾缘约化方式的影响不到前者的1/2;两种约化方式均能...     

基于逆向工程的涡轮冷却叶片三维建模及数值模拟

针对典型涡轮冷却叶片,利用工业CT扫描、3D激光扫描、相关点云处理软件和三维建模软件,重构三维模型,进行高质量的网格划分,合理设置边界条件,对涡轮一级动叶进行气热耦合数值模拟分析.结果 表明:该一级动叶叶身温度分布均匀,最高温度约935 qC,低于材料可承受的温度,出现在前缘叶顶处,为涡轮叶片冷却结构的优化设计提供参考...