高速加工系统稳定性的研究进展

从切削动力学、颤振稳定性和机床—工具—工件系统的动态特性等方面介绍和分析了高速加工系统稳定性的研究进展与现状。论述了高速加工系统动态特性和切削稳定性研究的重要性和必要性,并提出了今后的主要研究方向。     

基于Fluent高压气动驱动系统的仿真研究

为获得某高压气动负载驱动系统的驱动特性,建立其包含储气瓶、控制阀和气缸进气腔的三维模型,基于流场仿真软件Fluent平台,运用动网格技术和UDF实现了该驱动系统的动态仿真,得到三维流场压力、速度等随时间变化和气缸活塞的运动特性。通过改变系统参数,分析了驱动系统的负载驱动特性随储气瓶初始压力、控制阀通径和气缸缸径的变化规律,为驱动系统的设计提供了参考依据。     

某航空发动机压气机叶片振动分析

通过获取高精度点云数据实现高压压气机叶片数字化建模,采用不同方案拟合叶身曲面,建立了3种具有不同拟合精度的叶片实体模型,开展叶片振动试验验证模型可靠性。在叶片有限元振动研究中,进行叶片静频、动频和振动应力分析,得到典型工况下叶片的动态响应特性。分析发现,高转速工况下,3种模型高阶动频存在差异,模态振型及应力分布具有相对稳定性;开展叶片振动分析时,计算模型对叶片振动特性的还原度应作为数值研究的重要评价指标。研究结果为航空发动机叶片设计及其反求工程提供指导。     

基于流固耦合的多油楔滑动轴承动特性研究

提出了适用于多油楔滑动轴承结构的动网格方法,并实现了轴颈任意扰动(自由振荡运动、脉冲激励运动和偏心涡动)下润滑流场的瞬态计算。通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了多油楔滑动轴承润滑流场与转子动力学之间的耦合计算。讨论了轴颈自由振荡、受脉冲激励以及偏心涡动时轴瓦安装角对多油楔滑动轴承动特性的影响,数值计算表明:当安装角设置在20°~40°之间时,轴承的阻尼较小,稳定性较差;而当轴瓦安装角在100°~120°之间时,轴承阻尼较大,稳定性较好,并且轴瓦数越多,安装角对稳定性的影响越小。     

基于动坐标系建模的液压缸低速运行稳定性分析及仿真

在作匀速平动的动参考系中建立液压缸的运动微分方程,研究液压缸低速运行时的稳定性问题.因为在动参考系中讨论问题,活塞作与动系运动速度相同的恒速运动时的稳定性,转化为系统在动参考系中静止平衡点处的稳定性问题;而平衡点处因系统动态分岔特性出现的极限环,正反映系统出现"爬行"的特性.分析表明,系统低速运行的稳定性取决于阻尼系数C与干摩擦力曲线对速度的导数f'(v0)的相对大小.文中还利用MATLAB软件进行了仿真.     

电弧为动态模型的电弧焊逆变器的仿真

电弧焊逆变器在动态电弧模型条件下,成功地仿真出电弧的动态特性曲线图,分析了电弧动态特性图与脉冲多折线的有机联系。电弧稳定性的依据是控制器的稳定性,动特性图上的稳定性可以校对电源设计的正确性。     

直流式风洞风扇段三维流场特性分析

针对某直流低速风洞风扇段的三维流场特性,研究了风扇系统中风扇、整流罩、止旋片三种部件对风扇段三维流场特性的影响情况。对比并分析只有风扇、有风扇与整流罩、有整流罩和风扇以及止旋片的三种结构的风扇系统对于风扇段内部流场速度分布、出口处湍流强度以及流场迹线的影响,研究发现:整流罩、止旋片两个部件对于风扇段内部流场质量具有显著的提升作用。对比并分析风扇叶片数依次为5、7、9,风扇安装角依次是35°、40°、45°,整流罩及止旋片结构不变情况下的共9组风扇系统模型对风扇段内部流场压力分布、速度分布以及流场流线等气动特性的影响,研究发现:风扇叶片安装角为35°,叶片数为5时风扇段内部流场特性最好,安装角为35°,叶片数为5是扇叶的最终选择参数。最后,针对叶片数为5,安装角35°结构的扇叶进行流固耦合分析,模拟仿真发现风扇5个叶片受力情况一致,其中叶尖部位的变形量最大,最大应力集中在叶根部位,符合风洞设计要求。     

叶片式液压减振器流场特性仿真研究

叶片式液压减振器内部流场特性对减振器的阻尼工作性能优劣至关重要。根据叶片式液压减振器结构特性及工作原理,建立叶片式液压减振器无缝隙流场仿真模型与有缝隙流场仿真模型,并考虑减振器的粘温特性,确定减振器的流场特性,为准确研究减振器阻尼特性奠定基础。模拟得到了叶片式液压减振器模型在不同速度激励、油液温度下,相邻高、低压腔内压差大小及变化规律。结果表明,缝隙与油液温度对流场特性的影响非常明显,在进行叶片式液压减振器内部流场特性分析时,需要重点考虑,才能更为准确地把握叶片式液压减振器内部的流场特性与工作性能。该研究的研究方法可以推广到其他类型液压减振器的内部流场研究中。     

煤矿轴流式通风机流场特性的分析

为了克服煤矿轴流式通风机在工作中存在的工作不稳定区域大、振动噪声严重的问题,就动叶安装角度对风机内部流场特性的影响进行了分析。结果表明:动叶安装角越大,风机工作时的总压升系数和导叶的静压升系数就越大,煤矿轴流式通风机工作时内部流场整体表现为次高压区和高压区交替分布的规律。该研究结果可优化轴流式通风机结构以及提升矿井通风系统工作稳定性和可靠性奠定基础。     

静压轴承自控系统动态品质的优化方法

提出带节流器的自适应性静压轴承系统动态品质的分析与优化方法,通过在系统内以不同方式引人类型各异的校正装置,可以改善轴承系统的动特性,提高主轴的回转精度。利用自控系统稳定性理论,对优化前后系统的过渡过程曲线和对数相频、幅频特性图像进行综合分析和对比,评定不同方法对轴承系统动特性改善的效果,并且对它们的应用范围作了说明,为改善主轴系统动态品质及其优化设计提供理论依据。     

工业汽轮机调节级部分进汽瞬态数值研究

针对采用喷嘴调节的汽轮机调节级效率和安全性问题,基于时均的N-S方程,采用六面体结构化网格和有限容积法,对某机组调节级内部流动进行了数值计算。给出了不同工况下调节级内部压力和速度分布图,分析了4阀开和3阀开工况下调节级内部流动。给出了动叶旋转一周扭矩的变化,并将非定常扭矩进行了傅里叶变换,得到了频谱图。研究结果表明,部分进汽使调节级内部流动不均匀,4阀开,动叶所承受最大瞬时扭矩是进汽弧段平均扭矩的2.2倍,3阀开,动叶所承受最大瞬时扭矩是进汽弧段平均扭矩的1.8倍,这可以为调节级动叶安全性校核提供参考;频谱图显示,动叶受到与转速相关的低频激振力;3阀开工况下调节级的效率比4阀开工况下降低7%。     

某热电厂空冷200MW汽轮机改造

通过采用新型调节级静叶栅、高压静叶栅、叶顶汽封、710mm末级叶片对机组进行改造,电厂运行效果明显,汽耗和热耗均有不同程度地下降,在主蒸汽量不变条件下,出力得到了提高。背压适应范围扩大为4．5—34kPa,机组经济性达到国内同类型机组先进水平,可以保证夏季满发和机组的供热要求,全年安全运行。     

偏心及部分进汽下密封间隙流体激振力数值研究

喷嘴配汽汽轮机在部分进汽时调节级附近会形成极不均匀的流场,不仅影响调节级动叶轮周力的分布,还会对临近密封间隙内的流场及流体对转子的作用力产生扰动。以某国产300MW汽轮机端部汽封间隙为参考,建立密封间隙CFD模型,求解三维、粘性、可压缩N-S方程,研究了不同进汽方式、偏心情况下流场特性及流体对转子作用力。结果表明:部分进汽的位置、转子的偏心距及两者的相对位置对汽流力的大小、方向和变化趋势产生了较大的影响。在某些部分进汽情况下,偏心距增大也会减小汽流力。     

蜂窝密封及其应用的研究

实验研究了蜂窝密封的泄漏特性,发现蜂窝深度对漏气量的影响并不呈线性的规律。蜂窝深度接近蜂窝宽度时,对应较小的漏气量。将蜂窝密封应用在汽轮机的轴端汽封和级间汽封,为多家电厂的3~650MW汽轮机设计、安装了蜂窝汽封。使用蜂窝汽封后显著减少了漏气,提高了真空度,解决了润滑油含水问题。     

叶片出口安放角对油涡轮性能的影响

根据油涡轮各部件的基本结构与工作原理,推导出油涡轮中能量转换与几何参数之间的关系方程,分析了油涡轮有效轴功率随叶片出口安放角β2的变化规律。本文结合1000MW汽轮机组配套油涡轮研发,借助CFD软件对叶片出口安放角β2分别为22.5°,18°,13.5°和10°4种设计方案的油涡轮进行多工况数值模拟。理论分析和多工况数值模拟都表明:在一定范围内随着叶片出口安放角减小,油涡轮的有效轴功率会随之增大,且"n-N T"曲线更平坦,不仅能够满足油涡轮的调节特性要求,而且还具有较好的稳定性。由此证明文中分析方法可以为完善油涡轮的设计理论奠定一些基础。     

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     

涡轮叶片电解加工的流场仿真分析

涡轮叶片是航空发动机中的重要零件,主要加工方式是电解加工。基于电解加工流场理论,建立涡轮叶片的三维模型和电解加工的流场模型。应用COMSOL Multiphysics软件对涡轮叶片电解加工进行流场仿真分析,研究流场的分布及特性,分析不同加工间隙和不同电解液压力对流场的影响。通过分析,得出涡轮叶片电解加工时加工间隙、电解液压力与流场流速之间的关系。     

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。     

汽轮机气动设计中的S2流面计算

本文介绍了基于S2流面上流函数气动方程反问题解法的汽轮机气动设计计算方法。可以与S1流面上的计算结合起来进行透平级的准三元设计计算;也可以在某些简化条件下单独使用,进行多级透平各排叶片扭曲规律的设计计算。基本方程采用任意非正交曲线坐标系,使用线松弛方法求解。以哈尔滨汽轮机厂优化20kW汽轮机低压缸为算例,将计算结果与轴对称假定下叶片间隙站内的计算结果进行了比较,并分析了叶片力、叶片厚度及熵的积累等因素对计算结果的影响。     

使用照相法测量汽轮机湿蒸汽中水滴尺寸的研究

为了蒸汽轮机的运行安全，准确可靠地测量蒸汽轮机中湿蒸汽水滴的粒径分布，利用图像测量的方法对湿蒸汽特征进行分析，采用Canny边缘检测算子准确检测水滴的边缘，然后根据水滴图片的放大倍数计算出水滴的实际尺寸，最后根据水滴的尺寸分布估计湿蒸汽的湿度及湿蒸汽的危害程度并发出报警信息。