利用现代CAD技术和有限元法进行增压器涡轮叶片变结构模态特性的研究

利用现代 Ｃ Ａ Ｄ技术建立了轴向后弯式增压器涡轮的实体模型,并用有限元法对其进行变结构模态特性研究,给出了不同截面叶片的曲面建模方法。针对涡轮叶片设计中常见的用于调频的结构变化类型,重点分析了在其它参数相同的情况下,不同截面形状涡轮叶片的模态特性以及同种截面形状的涡轮叶片在出口端将其沿轴向斜切一部分后模态特性的变化规律。试验表明：本文方法适用于涡轮叶片模态特性的系统研究,文中计算结果对类似涡轮的设计具有参考价值。文中建模和分析采用了美国 Ｓ Ｄ Ｒ Ｃ公司的 Ｉ Ｄ Ｅ Ａ Ｓ Ｔ Ｍ 软件。     

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。     

风力机叶片动态性能与仿生特性研究

以750kW水平轴风力机为研究对象,利用ANSYS复合材料单元,建立了风力机叶片数值模型。应用叶片结构振动有限元方法,从植物叶片叶脉动、静态特性出发,研究分析了风力机叶片叶素形状与材料铺层因素对其振动模态的影响,并初步探讨了风力机叶片仿生植物叶片的可行性。结果表明:不同的叶素形状可以改变叶片惯性矩,惯性矩越小,叶片的振动性能越好,与植物叶片振动特性相似;叶片材料的铺层分布对其振动模态的影响存在一定的规律,并与植物叶片叶脉分布规律相对应;两种因素对振动模态的影响效果可以叠加。     

涡轮叶片内流冷却通道中压力系数的研究

本文根据相似理论,采用几何放大的模型,在流动相似的条件下,详细研究了涡轮叶片内流冷却通道在同时带肋和气膜孔出流的情况下,各流动参数、几何参数对压力系数的影响。实验在内流通道进口雷诺数为20000-80000,通道总出流比为0.3,0.45和0.6的范围内,肋高/宽比分别为1.0和2.0,肋角度分别为45°,60°,90°和120°,不同的肋与气膜孔相对位置,以及不同的通道截面形状的条件下进行。结果显示,同时带肋和气膜孔出流的内流通道中压力系数受气膜孔出流的影响很大,肋的存在也改变了内流通道的流动结构,影响了压力系数的分布,此外,通道的截面形状也是压力系数的重要影响因素之一。文章的结果对于涡轮叶片内流冷却通道的设计具有参考意义。     

潮流能导管涡轮发电装置水动力学特性影响因素

采用自主研发的新型翼型设计一种潮流能导管涡轮发电装置,通过计算流体力学(CFD)技术对该装置进行水动力学性能研究。从翼型、导管长径比、导管收缩比、转子与导管的叶尖间隙及导管截面形状等方面分析其对涡轮水动力学性能的影响。研究结果表明:新型翼型具有良好的水动力学性能。相比无导管的裸涡轮,导管能显著提高涡轮的输出功率和轴向推力。随着导管长径比的减小和收缩比的增大,涡轮的输出功率和轴向推力也随之增大。导管与转子之间的间隙越小,涡轮的水动力学性能越好。此外,导管截面形状对涡轮的水动力学性能有较大影响,在所采用的4种截面形状中,圆弧切面形状具有较好的性能。研究成果为潮流能导管涡轮发电装置的设计提供了参考依据。     

多级涡轮机叶片伴随气动力设计的优化

据《ASME Journal of Turbomachinery》2010年4月号报道,随着CFD(计算流体动力学)应用和计算能力的提高,现代涡轮机气动力设计几乎完全依靠CFD来设计三维叶片截面,同时有许多不同的方法被用来研究涡轮机叶片的三维特性。通常可以把这些方法分成两类:反问题设计法和正问题设计法。叶片设计优化采用伴随方法,是引入了基于伴随梯度解方法的设计优化系统,其目的是要开发在多级涡轮机环境中实现叶片形状气动力设计优化。     

具有整体围带和凸台拉筋汽轮机长叶片阻尼振动特性实验研究

阻尼围带和凸台拉筋结构在大型汽轮机叶片中被广泛采用来增加叶片阻尼,降低其振动应力.设计并建造了阻尼结构叶片振动特性实验台,对一具有阻尼围带和凸台拉筋汽轮机长叶片的阻尼器接触面施加不同转速下的正压力进行了振动特性测试,得到了不同转速正压力下叶片的频响曲线和模态阻尼比.试验结果表明:只有围带接触时,随着转速的增加,叶片模态阻尼比先增后减;围带和拉筋都接触时,也存在同样的现象.当转速大于2 600r/min后,叶片的共振频率基本不变且模态阻尼比与自由叶片时基本一致.     

基于模态应变能变化率的大型风力发电机叶片损伤识别与定位

基于模态分析理论推导风力机单叶片结构的单元模态应变能变化率计算模型,使用有限元软件ANSYS建立某风场运行的1.5 MW风力发电机单叶片有限元模型,对叶片结构进行模态分析选择4个危险截面设置损伤单元,分8种不同损伤工况研究叶片的低阶模态频率以及模态应变能变化率,以模态应变能变化率作为表征叶片结构损伤的标识量,利用单元模态应变能变化率计算模型得到叶片在不同损伤位置与不同损伤程度下的损伤辨识结果。结果表明对于叶片位置和程度损伤的评估准确有效,可作为进一步研究和实现运行监测的方法。     

大型风力机叶片气动与结构耦合优化设计研究

针对大型风力机风轮气弹效应对叶片结构的影响作用,对叶片结构优化设计的理论模型建模方法进行研究。采用叶素动量理论和梁理论,并结合遗传算法,将叶片各截面弦长、扭角和铺层厚度3个形状参数作为优化设计的变量,提出一种以叶片最小重量作为结构优化设计目标的理论模型。以1.2 MW风力机叶片为例,对优化前后叶片的3个形状参数与风力机功率特性间关系进行的计算分析表明,考虑叶片气弹变形的影响作用不仅能提高风轮的风能利用系数,且能减小叶片的截面质量线密度,进而降低叶片的制造成本。     

涡轮叶片VPA法与CVD方法渗钴铝比较研究

在涡轮叶片表面涂覆铝化物涂层,可显著地改善零件抗高温氧化、耐腐蚀性能,延长叶片在工况条件下的使用寿命。本文以某燃机高压涡轮叶片为研究对象,采用VPA(气相法)和CVD(化学气相沉积法)两种工艺分别制备了钴铝涂层,随后在叶片内腔涂层截面位置做了切割和试验分析,从涂层厚度及均匀性、金相组织、涂层中钴、铝含量和形成的相结构等方面进行比较研究,分析了两种工艺方法在实现钴铝涂层制备时实现技术指标的可行性和实际效果,得出了在两种涂层方法中:CVD方法不仅能很好地满足涂层厚度指标,同时也可最大限度地保证制备涂层的均匀性。相反,VPA方法不能保证空心叶片在复杂形状时内腔截面对涂层厚度均匀性的要求。     

两种阀门结构的部分进气涡轮在不同阀门开度下的性能研究

为满足日益严格的排放法规,可变截面涡轮增压器正广泛地应用于车用发动机,针对一种新型的部分进气可变截面涡轮增压器,采用数值研究方法对采用两种阀门结构的涡轮在阀门不同开度的性能及内部流场进行分析,掌握了在阀门小开度和大开度下两阀门结构涡轮的工作特性及内部流动损失的机理。     

不同阀门结构在阀门小开度下对部分进气涡轮性能的影响

为了满足现在日益严格的排放法规,可变截面涡轮增压器正广泛的应用于车用发动机,针对一种新型的部分进气可变截面涡轮增压器,采用数值研究方法对采用不同阀门结构的涡轮在阀门小开度下的性能及内部流场进行分析,找出了两阀门结构在小开度下的流量调节能力的关系,掌握了两阀门结构涡轮流量相同时的涡轮工作特性和内部流动损失机理。     

不同阀门结构在阀门小开度下对部分进气涡轮性能的影响

为了满足现在日益严格的排放法规,可变截面涡轮增压器正广泛的应用于车用发动机,针对一种新型的部分进气可变截面涡轮增压器,采用数值研究方法对采用不同阀门结构的涡轮在阀门小开度下的性能及内部流场进行分析,找出了两阀门结构在小开度下的流量调节能力的关系,掌握了两阀门结构涡轮流量相同时的涡轮工作特性和内部流动损失机理。     

水平轴风力风轮静态结构特性试验研究

提出了一种研究水平轴风力机风轮静态结构特性的测试方法，用单点加集中荷载所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性，用于检验风轮叶片结构设计的合理性，获得在定常荷载作用下，叶片受力的危险截面，以小型水平轴风力机FD2-300的风轮叶片为例进行了试验研究。获得了该叶片的危险截面，试验证明：通过以抗弯截面系数和定常荷载作用下的截面弯矩曲线的颁上为判据进行叶片结构形状合理性分析是一种快速、实用的测试方法，可为研究风力机气动弹性稳定性和改进风轮叶片设计提供判据。     

某涡轮增压器涡轮叶片断裂故障分析及改进

针对某涡轮增压器涡轮叶片断裂问题,基于ANSYS有限元软件对该涡轮进行强度分析和振动特性分析.结果 表明:该涡轮一阶自振频率较低,一阶倍频比不满足设计要求,共振导致涡轮叶片断裂.在此基础上对涡轮整体结构进行了优化,优化后涡轮叶片一阶自振频率得到提升,叶片断裂问题得到解决.     

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.     

多叶片风轮的试验模态测试与分析

采用试验模态分析的方法分别对单叶片、两叶片风轮、三叶片风轮、五叶片风轮和中心固定圆板进行了模态分析,得到了它们的实际模态振型.实验结果显示,单叶片的模态振型和多叶片的模态振型有较大不同,单叶片的结构动态特性不能代替整个风轮的结构动态特性;对比多叶片风轮和中心固定圆板,按照一定的对应关系,可以采用中心固定圆板的振型来研究多叶片风轮的挥舞模态振型.     

开式向心涡轮背部结构对效率的影响

为了降低某100 k W燃气轮机开式向心涡轮的间隙泄漏损失,本文应用数值方法研究开式向心涡轮背部结构对涡轮效率的影响。针对不同形式的小翼结构与背部凹槽,研究开式向心涡轮的效率及背部流场结构,分析小翼结构形式与背部凹槽的形状、截面尺寸等参数对间隙泄漏损失的影响。分析结果表明采用适当的凹槽和小翼组合的结构形式可以有效降低泄漏流动损失,将涡轮效率提高1.1%。     

带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验研究

在燃气轮机高压涡轮叶片上安装缘板阻尼结构可以有效降低叶片振动应力,为了掌握叶片振动特性,进而指导阻尼结构设计,以某船用燃气轮机高压涡轮转子为研究对象,开展带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验。设计了缘板阻尼结构形式,开发了雾化油滴喷液激振试验系统;同时,模拟常温环境下的叶片工作载荷,结合试验数据分析获取叶片安装阻尼器前后的动应力变化情况。试验结果表明：所设计的试验系统能够很好地模拟叶片弯曲和扭转共振状态;无阻尼激振试验获取的叶片模态参数与理论计算值相当,试验结果验证了理论计算方法的准确性;安装缘板阻尼器后叶片弯曲振动应力下降明显,存在最优阻尼参数使减振效果最佳;根据叶片幅频响应曲线可以看出,缘板阻尼器使叶片非线性力学特征增强,出现叶片振动能量相互传递的现象。     

柴油机螺旋气道结构参数对其流动特性的影响

针对柴油机复杂的螺旋进气道结构,在前期螺旋进气道的参数化设计方法研究的基础上,结合气道稳流模拟试验,建立不同结构的螺旋进气道流动仿真模型。采用计算流体动力学三维模拟的方法研究了螺旋进气道最小截面处的几何形状、螺旋段螺旋半径和螺旋终止角等结构参数对气道流动特性的影响关系。研究结果表明:通过改变螺旋气道最小截面处外侧形状、增大最小截面积和改变螺旋段形状、增大螺旋半径,可增大气道平均流量系数,降低平均涡流比;改变最小截面处内侧形状和改变螺旋段螺旋终止角对气道流动特性的影响较为复杂,不呈现单调变化规律。