焊接顺序对混流式水轮机转轮焊接应力的影响

在解决叶片与上冠或下环之间的热传导问题以及焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题的基础上,对混流式水轮机转轮焊接过程的温度场与应力场进行了数值模拟。结果表明,叶片焊后残余拉应力场出现在焊缝及其附近区域,并且应力峰值出现在焊缝区域的叶片出水边处。同时,不同焊接顺序的转轮残余拉应力峰值的对比表明,焊缝两侧金属在焊接过程中填充的越均匀,残余拉应力的峰值越小。     

基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法

为解决水轮机转轮在数值模拟过程中存在单元数量大、增量步多的困难,以相似理论为基础,提出基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念,同时结合利用热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数,推导出模拟件与实际结构之间焊接残余应力的对应关系。对尺寸比例系数是1.5:1的转轮实体与模拟件的焊接残余应力场进行数值分析。结果表明,转轮模拟件沿叶片出水边上的焊接残余应力分布规律与转轮实体基本相同,且转轮实体与模拟件在叶片出水边的焊缝附近对应位置的残余应力比值与基于相似理论得到的转轮实体与模拟件的焊接残余应力比值的误差在10%以内。这充分说明基于相似理论建立的转轮模拟件可以代替转轮实体进行数值分析,从而解决了转轮实体在模拟过程中存在的问题。     

大型水轮发电机转轮叶片流速场、压力场的边界元法分析

本文据边界元法原理,推导出适用于二维、三维Laplace场的电子计算机数值计算公式,并通过对水轮机转轮叶片流道边界条件的处理,给出高、中水头混流式水轮机转轮DA-06、D48转轮叶片、轴流式水轮机转轮葛洲坝电站17.5万千瓦机组转轮叶片的速度场、压力场的计算结果,据此计算出的应力场与相应的试验比较,二者基本一致,为解决水轮机转轮强度分析难的问题,初步开辟了一个新途径。     

混流式转轮刚强度分析及改善措施研究

针对某电站水轮机增容改造后转轮应力水平过高的问题,提出了延长叶片近上冠部分的出口边和添加补强三角块两种解决方案。采用CFD方法对水轮机全流道进行定常流动分析,将所得水压力加载到转轮的有限元模型上进行刚强度分析,获得了两个方案下的转轮最大等效应力值和最大变形量。计算结果表明:原转轮最大应力值出现在额定工况,这是因为叶片中部和出口靠上冠两个区域的正背面压差较大,载荷分布不均匀;额定工况下,两种方案可相同程度地将叶片最大应力值减小14.5%,其中方案A由于叶片出口边跨度增加,叶片最大总变形量要大于方案B;方案B的最大应力值位于三角块斜边与叶片出口边相交的位置,离叶片根部较远,有效地改善了叶片根部的受力;同时,流场分析结果表明:两种改型方案对于各工况下的水轮机能量特性和空化性能影响较小。     

某水电厂转轮叶片开裂分析及预防

转轮是水轮机中水能转化为机械能的关键部件,也是水力发电机组的核心部件。转轮通常采用铸造成型,转轮叶片通过焊接形式与上冠、下冠连接为一体。由于马氏体钢焊接接头存在冷裂和脆化现象,加之马氏体钢导热性差,焊接残余应力较大,容易导致叶片焊缝产生开裂,导致机组运行故障。通过某电厂转轮叶片开裂实例分析,提出适用于转轮叶片的无损检测技术,为水电厂技术监督手段改进提供参考。     

热处理工艺对不锈钢转轮焊接接头性能的影响

转轮称为水轮机的心脏，国外往往用转轮制造质量来衡量一个国家水轮机制造水平。转轮材料质量、型线和尺寸精度等都直接关系到水轮机组的效率和使用寿命。目前，大型转轮的制造多为采用0Cr13Ni5Mo不锈钢组焊结构，其焊后焊接接头的性能直接影响转轮的实际使用寿命。附图为转轮实物组焊后照片。我们通过制作焊接试板，采用不同焊接后工艺热处理，制作拉伸、冲击和显微硬度测试试验，来分析研究热处理工艺对接头性能的影响。     

三峡电站水轮机转轮装配焊接工艺的初步探讨

介绍三峡电站水轮机转轮的结构与焊缝型式，对施焊水轮机用的弧焊机器人进行初步探讨，分析采用弧焊机器人焊接三峡电站水轮机转轮的必要性与可行性。认为三峡电站水轮机转轮的装配焊接，采用弧焊机器人进行施焊是一种较好的工艺方法。     

混流式水轮机裂纹成因及其数值计算方法研究

在研究混流式水轮机转轮结构及其裂纹出现部位的基础上,分析了产生裂纹的原因.同时,探讨了水轮机转轮焊接过程中的温度场和应力场的有限元分析模型及其分析方法.     

部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响

将CFD流动分析软件与结构刚强度软件有机结合,对混流式转轮在不同工况下的流动进行分析。通过程序将流场参数加载到结构分析软件上,对变形后的叶片再次进行网格划分流场计算,并计算出混流式转轮叶片上的应力和变形,详细分析了转轮变形后的流场,达到了真正意义上的流固耦合。研究结果表明:最大应力发生在转轮叶片的出水边与上冠的连接处,应力集中较明显,易于发生疲劳破坏。产生最大变形的部位是转轮叶片的出水边与下环的连接处,且从上冠到下环变形量逐渐增大,即此部位就是叶片振动的敏感区域;转轮变形后对水轮机内部流场的影响表现在叶片进口边头部压力增大,叶片出口边靠下环处流速增大、压力下降,空化性能降低。变形后的流场使得尾水管内部的涡带产生、紊动加剧,说明叶片变形后对水轮机内部流场的影响是引起水轮机裂纹和振动的真正原因。     

电机导条端环的感应焊接有限元分析

感应焊接工艺所带来的残余应力降低了电机焊接部位的强度,针对该感应焊接的工艺过程和工艺参数进行简化模拟仿真,得到了焊后残余应力场。借助ABAQUS仿真软件对简化后的电机几何模型建立旋转周期对称有限元模型,然后利用生死单元技术模拟焊料填充导条与端环缝隙的加热过程和焊后冷却至室温的过程。仿真后可知:用ABAQUS软件可以对电机感应焊接整个制造工艺进行全过程模拟,并得到各部件的焊后残余应力场。其中,导条与端环之间的初始安装间隙量δ和焊接顺序共同影响导条和焊料各应力大小,而导条径向应力分量S11对于间隙量δ改变的敏感度最大。综合导条和焊料各应力值大小及敏感度,得到间隙量δ变化范围在0. 40～0. 60 mm时,导条和焊料的应力值变化率控制在5%以内,且应力值较小。随着焊接的进行,焊接B端后可使A端的应力最大值减小,而在焊接B端后,A端和B端的应力值大小比较随间隙量的大小而定。     

INFLUENCE OF BLADES'''' STRESS STATE ON FRANCIS TURBINE RUNNER''''S INVALIDATION

Numerical simulation on Francis turbine runner's welding temperature field and welding tress field is carried out on the base of solving the problem of welding heat source's movement along any spatial routes and the problem of heat elimination between the complicated blade and air. The evolvement law of welding stress and the distribution of the stress field after welding are obtained. The results indicate that the peak value of the welding residual stress appears on the outlet edge of blade near the contact area between blade and band or blade and crown. Associated with the distribution of the runner's working stress, the invalidation reason of the Francis turbine runner is explained.     

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析.对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关.在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.     

某型发动机涡轮叶片的蠕变寿命分析

针对某型航空发动机的涡轮叶片,开展了应力计算,进行给定转速和温度场条件下的弹塑性有限元分析,得到应力场;对叶片上的危险位置和最大应力值进行分析,计算提高工况时的涡轮叶片的应力场,分析温度场提高和转速提高对叶身应力分布的影响和最大应力值的变化程度;针对温度场和离心载荷分析计算的结果,对于涡轮叶片结构设计、故障预防维修以及航空发动机整体可靠性有重要意义。     

基于单向流固耦合的潮流能水轮机叶片强度及模态分析

叶片作为潮流能水轮机叶轮的关键部件,在其工作过程中受到水流的作用力,会对其安全性与稳定性有一定的影响。文中基于Workbench,先用CFX软件对水平轴潮流能水轮机叶轮在正常流速和最大流速情况下所受流体作用力进行了稳态数值模拟;然后在Workbench内完成流体域和结构域两个物理场之间数据的传递,采用单向流固耦合的方法将流场载荷施加到叶片结构上并对其进行了强度分析,得到了叶片变形及应力的变化情况;最后对叶片进行了模态分析,得到叶片各阶模态振型、频率及最大变形量,并且对结果进行了分析。     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

非均匀气流场中的汽轮机短叶片间隙气流激振力分析

从流体动力学出发 ,应用动量定理研究了定叶片出气边具有一定厚度的非均匀气流场中汽轮机的间隙气流激振力 ,将气流速度展开成 Fourier级数 ,并综合考虑了叶片的各项设计参数 ,并应用理论分析的方法导出了在非均匀气流场中汽轮机直叶片级、扭叶片级短叶片的间隙气流激振力计算公式     

涡轮叶片位移场模型变形特征解耦方法研究

为了有效提高航空发动机精铸涡轮叶片的成形精度,提出一种涡轮叶片位移场模型的变形特征解耦方法。首先通过对批量叶片进行检测,获取型面数据后与叶片设计模型配准及偏差计算得到叶片精铸位移场;在对精铸位移场进行分析和研究的基础上,确定叶片铸件变形的分布规律。研究精铸涡轮叶片的变形特征,通过位移场的解耦分析把精铸位移场中的任意位移矢量分解成收缩误差变形矢量、弯曲变形矢量、扭转变形矢量。分离出的精铸变形特征可应用于精铸涡轮叶片模具型腔优化过程中,对提高模具型腔的设计质量及涡轮叶片的成形精度具有重要意义。     

1.5级涡轮动叶的非轴对称端壁造型数值研究

为探究端壁造型对涡轮动叶气动性能及流场特性的影响,分析非轴对称端壁造型对涡轮转子叶片的压差作用,开展基于非轴对称端壁造型的理论研究,提出一种涡轮动叶轮毂上凸、下凹的造型方案,研究非轴对称端壁造型对涡轮流场二次流损失的影响。数值模拟分析表明：非轴对称端壁造型对减小横向压差具有重要作用,在动叶轮毂鞍点处进行非轴对称端壁造型,比在通道内造型效果更好;涡轮动叶下端壁不同区间造型可有效降低涡轮动叶通道内的二次流流动损失,使用非轴对称端壁造型方法可有效地减小动叶出口总压损失系数0.132 2%。     

水轮机载荷的新编谱法

水轮机承受的是随机载荷,因此载荷谱就成为设计水轮机的重要依据。目前我国许多单位想运用二维流动或三维流动的理论来研究转轮叶片上的压力谱,从压力谱得到应力谱,但至今尚未提出一个工程上可以接受的载荷谱。本文从发电厂实测中得出,转轮叶片应力随水轮机组出力的增加而增大,在同一水头下,最大主应力的平均应力与水轮机组出力成线性关系。另外从典型水电站机组出力的调查统计分析又发现,混流式水轮机的出力属于韦布尔分布函数。因此,从机组出力分布,计算出叶片应力分布,最后得到水轮机的载荷谱,这是一条既经济而有效的新编谱途径。