混合型前缘掠对离心压气机气动性能的影响

对带有叶片前缘混合掠的跨音速离心压气机流场进行了数值模拟研究.结果表明:叶片前缘混合前掠能够有效提高压气机流通能力,拓展失速裕度,推迟压气机失稳,使压气机工作裕度得到明显提升,而叶片前缘混合后掠则减少失速裕度,使压气机工作裕度下降,易发生失稳;叶片前缘混合前掠可以有效减弱叶轮通道内部激波强度,而前缘混合后掠会使通道内激波强度增强,造成一定的激波损失;虽然二者均可以改善通道下游分流叶片两侧低能流团的分布情况,但叶片前缘混合前掠改善作用更好;叶片前缘混合掠对压气机内部二次流的影响主要集中在叶片前缘附近,对叶轮出口附近二次流影响不大.通过对不同前缘混合掠结果对比分析,叶片前缘混合前掠在提高压气机流通能力、工作裕度以及改善内部气流流动情况具有明显的优势.     

叶片前缘不同后掠角对离心压气机气动性能的影响

采用全三维气动设计技术,设计了4种具有掠角叶片和带翼型叶片扩压器的涡轮增压跨音速离心压气机,并采用数值模拟手段研究了叶片前缘不同后掠角对压气机内部工质流动的影响。研究结果表明:主叶片前缘不同后掠角会使压气机堵塞流量(堵塞工况下的工质流量)增加,提高压气机流通能力,同时,可以有效改善通道内低能流团的分布;但由于主叶片轴向弦长缩短,会造成喘振裕度的减少,以及主叶片前缘脱体激波角增大和槽道激波的增强;对截面二次流分析结果表明:叶片前缘的后掠角对二次流的影响主要表现在叶轮进口附近,对出口影响不大。对比不同前缘后掠角压气机内部流动情况发现,掠角越小,叶片叶顶负荷越小,叶片表面压差也越小,流动越稳定;掠角越大,虽然叶轮通道上游产生的激波越强烈,但是可以明显改善通道下游气流流动情况。     

热传递对涡轮增压器效率特性影响的研究

在涡轮增压器热试台架上进行涡轮和压气机效率特性测量时,由于高温涡轮与相对温度较低的压气机之间有明显温差,造成热量从涡轮传向压气机,会使测量得到的涡轮和压气机的效率分别高于和低于实际值。本文对增压器的热传递现象进行了分析,并通过一种有效计算方法对涡轮和压气机的效率特性进行了热传递校准。校准后的涡轮和压气机效率特性与增压器冷试台架上测得的数据符合较好,最大误差低于4.7%。     

高原工况压气机叶轮振动失效特征分析

针对高原工况下离心压气机叶轮振动失效问题,以某增压发动机压气机叶轮为研究对象建立仿真模型,使用非定常计算流体动力学方法分析高原共振工况下叶轮受到的气流激励时域与频域特征,并基于单向流固耦合,使用瞬态动力学与谐响应方法研究气流激励作用下叶轮共振响应特征,得出高原工况叶轮振动失效原因。结果表明,高原工况叶轮在4阶气流激励作用下发生共振,激励主要来源于叶片与蜗舌间的动静干涉作用,叶顶间隙泄漏流增大了吸力面20%弦长位置的压力波动。气流激励下叶轮共振导致叶片前缘振动应力升高,振动应力幅值达101.5 MPa,与实际叶片振动失效情况一致。     

基于流固耦合的压气机叶片结构分析

采用弱耦合的方式,通过workbench软件中的MFX-ANSYS/CFX耦合平台对涡轮增压器的压气机结构进行了仿真模拟。得到了在流体作用下压气机叶片的变形与应力分布情况,以及叶片的在不同转速下的各阶固有频率,为压气机的结构优化、控制叶片振动提供了理论依据。     

出口测量探针布局对轴流压气机气动性能试验的影响研究

为了研究出口测量探针布局(探针数量及所处轴向位置)对压气机气动性能试验的影响,针对含测量探针的三级轴流压气机开展全周非定常数值计算。结果表明：出口测量探针将改变上游的流场结构,在末级叶片进出口截面对应探针的周向位置处形成局部高总压区和气流角偏移区,该区域覆盖有3～4个叶栅通道;随着探针与末级叶片轴向距离增加,高总压区的强度减弱,但作用范围增加;增加出口探针数量并未明显改善压气机试验性能评估精度,与无探针条件下的压气机性能相比,压比偏高0.6%,效率绝对值偏高1.8%;为减少试验中基于探针测点得到的压气机性能试验误差,不仅需考虑探针对测量截面流场的影响,更应根据测量截面流场不均匀性合理布局探针。     

进气回流机匣处理离心压气机的扩稳机理

车用增压器的离心压气机在高转速下,往往暴露出流量过窄的问题.通过数值分析,对实壁机匣离心压气机模型高转速下的失速机理进行了研究,结果发现,转速下叶顶区域的流动变为跨音速流动,小流量下槽道激波前移至分流叶片之前,由于采用了长短叶片导致该处叶片稠度较小,间隙泄漏气流跨过激波后扰动迅速扩大,并诱发大量低能流体的堆积,促使压气机过早失稳.同时,对具有扩稳能力的进气回流机匣处理模型也进行了数值模拟,并与试验数据进行了对比验证,结果表明,布置在激波过后的回流槽能有效带走堆积在导风轮尾部附近的低能流体,减少了泄漏二次流对主流的扰动程度,使得气流以较小的攻角流过短叶片前缘,大大改善了叶轮内部流场.     

离心压气机叶轮边缘断裂有限元分析

针对涡轮增压器离心压气机叶轮轮盘边缘断裂故障,建立压气机三维模型,进行有限元强度分析和有限元模态分析,得到压气机叶轮的应力分布、固有频率和模态,并绘制了叶轮振动的Campbell图。有限元计算结果分析表明:材料强度不是造成叶轮轮盘边缘断裂的原因,叶轮在61 550r/min转速附近工作会和叶片旋转产生的气动激振力发生共振,导致叶轮轮盘边缘断裂。对叶轮几何参数进行了优化,优化后叶轮轮盘边缘断裂故障得到了解决。     

高压比离心压气机设计及试验验证

单级离心压气机在中小型航空燃气涡轮发动机中得到了广泛的应用,为了探索高压比离心压气机设计技术,本文利用离心压气机设计系统完成了一台单级压比5.2的离心压气机设计,突破了跨音速离心叶轮、紧凑式扩压器设计关键技术,总结了高压比离心压气机设计方法,并在高速压气机试验台上完成了试验验证,结果表明,该离心压气机内流流动参数分布合理,各项性能完全满足设计指标要求。     

蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮性能的影响

基于蜗壳周向流动不均匀的特性,建立增压器涡轮级全周计算模型,并与试验数据进行对比,验证数值计算结果的有效性.在此基础上,根据试验数据确定边界条件进行三维黏性数值计算,重点探讨蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮内部流场的影响.计算结果表明:该增压器蜗壳周向流动的非均匀性导致导叶和叶轮内部的流场分布出现周向不均匀的特性,即导叶入口气流角周向分布变化较大,叶轮各叶片负荷和各通道流量均呈现周向分布不均匀的特点.个别叶片负荷突变,有可能诱发叶片振动,降低涡轮使用寿命.     

增压器涡轮叶片模态特性研究

基于有限元法，对增压器涡轮吉进行模态特性研究，从理论上探讨了材料参数，离心惯性及工作温度对涡轮叶片模态特性的影响。根据Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，推导了考虑离心惯性力影响的涡轮叶片振动方程。给出了材料参数，工作温度对涡轮叶片模态特性影响的解析式。在涡轮转速不十分高时，引入等效弹性模量的概念，得出涡轮转速对叶片模态特性影响的近似公式。     

串列叶栅扩压器弦长比对离心压气机的性能影响研究

为研究串列叶栅前后排叶片的弦长比对离心压气机性能的影响规律,采用数值模拟的方法对某离心压气机扩压器进行串列改造,并在弦长比为0.7、1.0和2.0时对离心压气机级性能进行分析。研究结果表明:串列叶栅扩压器效率优于楔形扩压器,且可以明显扩宽压气机的工作裕度;串列叶栅弦长比在一定范围内数值越大,即前排叶片越短,压气机性能越佳。在串列叶栅扩压器后排叶片前缘附近添加合适弦长的小叶片可以在不降低离心压气机效率与工作裕度的同时提高总压比,同时拓宽其最大通流能力。     

涡轮增压器机械损失测量方法及装置

通过分析了涡轮增压器机械损失功率测量方法,指出现有的热平衡方法忽略了传热与散热损失且没有考虑到变工况条件,瞬态工况法未计入压气机与涡轮的功耗及各种气动损失.阐述了压气机与涡轮在自由减速测试过程中的功耗与各种气动损失的计算方法,提出了一种理论计算与试验相结合的涡轮增压器机械损失功率测量分析方法.改进设计了现有的增压器试验测试系统,并对J60涡轮增压器的机械损失功率进行了测量,结果表明:与瞬态工况法相比,应用新方法及试验装置测量的精度提高了10%以上.     

离心压气机弯管进口畸变非定常特性

采用数值模拟计算的方法研究了90°弯管对涡轮增压器装配的离心压气机进口流场产生的畸变,比较了两种不同轴向位置弯管所致的进口畸变对压气机性能的影响,并对压气机内部的三维非定常流动进行了频域分析.结果表明,弯管畸变对离心压气机性能的恶化程度与弯管所在位置有关,距离叶轮进口较远的弯管影响较大.畸变引起压气机性能在大流量时有明显降低,在小流量时性能恶化程度较小.弯管畸变导致叶轮进口前的压力脉动增强,大流量时改变了叶轮流道上游和叶顶间隙内的压力频谱结构,显著提高了转子基频的扰动强度.同时畸变也造成了叶片振动和蜗壳舌部噪声的恶化,在小流量工况下的作用更加明显.     

两级离心式压气机湿压缩实验台系统改进设计与实验研究

详细介绍了两级离心式压气机湿压缩实验台系统的改进设计,并在改进的实验台上进行湿压缩试验,测得了单级离心压气机等折合转速下干压缩和湿压缩的特征参数,得到特性线和耗功变化情况,揭示了湿压缩对压气机工作的影响。     

第一篇 叶片概况

第一章叶片工作条件和结构特点1.叶片的作用和工作条件叶片是透平机(按习惯,本文将蒸汽轮机、燃气轮机和压气机概称为透平机),关键的通流元件,它所起的作用主要可概括如下:一、使工作气流在相邻两叶片间所形成的气流通道内膨胀,     

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...     

一种流量范围甚宽的压气机的设计和试验

压气机叶轮内部流动的基本理论研究指出:a)解决压气机内部非粘性流动问题能获得防止喘振的必要(但不是充分的)准则;b)采用后倾叶片不是唯一可以增加压气机有用流量范围的叶片通道改进措施;c)能获得一个比原来想象宽得多的有用流量范围。本研究建议的一种可供选取的方法已在3. 0以上的压比下进行了试验。这种新方法在能使叶轮的设计转速下的喘振流量减少百分之五十时导风轮几何尺寸与作为比较标准的常规径向叶片叶轮的导风轮尺寸保持一致。这种方法提供了预测径流涡轮机械的喘振流动特性的可能性。反之,也可以由预先给定叶片几何尺寸来设计能满足预先规定的喘振堵塞流量比的元件。看来在不牺牲元件最大效率的情况下,离心压气机的有用流动范围能扩大到堵塞流动能力的15～20%。     

几何参数变化对离心压气机性能影响的仿真研究

采用离心压气机性能仿真数学模型研究某些几何参数，如叶片顶部间隙，叶轮叶片出口角变化对压气机性能产生的影响，是当今设计高压比、宽工作范围、高效离心压气机的关键步骤。为此，首先建立了离心压气机性能仿真数学模型。为了验证数学模型的有效性，对Krain叶轮性能进行了计算。随后，对不同叶片顶部间隙，不同出口叶片角的压气机性能进行仿真研究。研究结果表明，随顶部间隙的增大，压气机效率及压比下降；后弯叶轮性能优于径向叶轮。     

定制叶型在多级压气机中的应用研究

为验证某定制叶型在多级轴流压气机中的实际应用效果,采用该叶型对一台两级轴流压气机进行了叶片优化设计。三维数值模拟结果表明:采用此种定制叶型后,压气机的设计效率提高1.15%,设计点流量增加1.08 kg/s;同时,对优化后的压气机进行了性能试验,并采用激光多普勒相位测速(PDA)技术对第一级动叶前后的相对气流角沿径分布进行了测量,试验结果证明,优化后的压气机能够达到设计性能指标,并且沿径气流分布与设计情况吻合较好。