五叉等强叶根型线设计

一、前言长叶片是汽轮机的关键部件之一,对于长叶片,不仅要求其气动性能、强度振动特性优良,而且要求叶根必须安全可靠。为此,长叶片叶根的设计是一项很重要的工作。目前,随着国内外大功率汽轮机的发展,末级叶片的长度也在不断增加,使得叶根承受的离心力显著增大。解决这一问题的途径是:采用枞树形叶根,增加叉型叶根的叉腿及轮缘宽度,增加叉型叶根的叉腿数量,采用等强叉型叶根或者采用外包式叉型叶根     

三齿枞树型叶根轮槽型线优化设计

汽轮机末几级长叶片的叶根轮槽强度,对于汽轮机运行的安全性而言至关重要。对现有的三齿枞树型叶根轮槽型线进行了优化,并对优化后叶根轮槽的应力分布进行分析,对比了叶根的应力集中因数,评估了叶根轮槽相对滑移量以及叶片振动频率的变化,分析了叶根与轮槽的配合间隙,绘制出了优化后的叶根轮槽型线图。结果表明,优化后叶根的峰值应力与优化前相当,内弧侧与背弧侧的应力水平趋于一致,轮槽的峰值应力明显下降,叶根的应力集中因数均布情况有所改善,优化方案对叶片的振动频率影响较小。优化方案能够明显改善叶根轮槽的强度,并已成功用于已投运的实际工程项目。研究成果可为高转速汽轮机末几级长叶片的结构设计提供参考。     

透平机械枞树形叶根轮缘优化方法研究

枞树形叶根广泛应用于燃气轮机和大功率蒸汽轮机叶片,叶根的结构在一定程度上影响着整个叶片的安全性。本文基于参数化语言APDL,利用有限元软件ANSYS对具有复杂三维接触的枞树形叶根轮缘进行优化。以接触面倾斜角为优化变量,首先采用随机搜索方法得到较小的合理解范围,然后使用零阶算法和一阶算法分别进行优化分析,得到了接触面倾角最优值,使叶根轮缘的最大等效应力最小。优化结果表明在本研究中,初值对零阶算法影响不大,对一阶算法的收敛存在一定影响。通过优化前后结果对比,发现当接触面倾角从初始设计的25°变为最优值40.75°时,叶根及轮缘的最大等效应力分别减少了0.82%和11.2%。本文方法可以为枞树形叶根轮缘部分设计提供理论支持和基础数据。     

风电机组单叶片吊装过程中叶根螺栓的强度分析

以风电机组单叶片吊装过程中叶根螺栓的受力情况为研究对象,采用ANSYS软件中的BEAM188单元模拟叶根螺栓,利用有限元分析建立仿真模型,并进行了叶根螺栓的受力分析,将仿真结果与理论结果进行对比,确保了仿真结果的正确性与有效性;分析了不同预紧力施加方式下,叶根螺栓的应力增量、安全系数,以及接触面接触状态与开口位移的变化情况,从而得到了对叶根螺栓施加预紧力时安全且合理的方案。结果表明:在风电机组的单叶片吊装过程中,随着叶根螺栓数目的增多,其应力增量逐渐减小、安全系数增加、开口位移降低;而在单叶片的实际吊装工况下,虽然无法实现向所有叶根螺栓施加目标预紧力,但仍需安装不能施加目标预紧力的叶根螺栓,并利用扭矩扳手进行校紧,以增加叶根螺栓的安全系数,减少开口位移,保证单叶片吊装过程中的安全性与可实施性。     

高速高载荷变转速汽轮机扭叶片优化设计及可靠性分析

为了完成高速高载荷系列工业汽轮机的低压级扭叶片的设计和应用,以常规驱动汽轮机叶片为原型,对其末三级扭叶片组进行了全三维气动性能分析;利用自适应差分进化算法对末三级叶片的型线和积叠规律进行了优化设计;然后根据常规强度计算结果,选择合适的材料并选择松拉筋配枞树型叶根的结构;最后采用有限元仿真软件对其进行了强度振动和动应力及疲劳分析。结果表明：优化后末三级叶片的气动效率提升约1.61%且强度满足要求;设计末两级动叶片时,优先考虑可靠性,其余级因其强度振动问题相对容易解决,优先考虑气动效率;末级叶片材料可能需要选择钛合金,而枞树型叶根是更可靠的叶根形式;选择抗弯模量大、厚度小的叶型搭配松拉筋有利于增加叶片刚度、减小叶片重量,从而为不调频叶片的设计提供参考。     

基于三维热弹性接触的汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构的优化

在考虑高温热变形影响的前提下,对汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构进行了优化研究．采用有限元分析软件Ansys的参数化设计语言APDL建立了枞树型叶根轮缘的参数化模型,以叶根轮缘的8个关键尺寸作为设计变量,以叶根轮缘处最大等效应力达到最小为目标函数,应用模式搜索算法进行优化控制,对叶根轮缘结构进行多变量的优化分析,获得了使叶根轮缘处最大等效应力大幅减小的枞树型叶根轮缘优化型线．结果表明：相对于原始结构,优化后,叶根和轮缘处的最大等效应力分别降低了19．84％和6．48％,提高了汽轮机运行的可靠性．     

考虑制造偏差的高温叶片热弹性接触应力研究

枞树型叶根广泛应用于燃气轮机和大功率蒸汽轮机叶片,其可靠性严重影响着叶片的安全运行.采用三维热弹性有限元分析技术建立了仅考虑离心力载荷及综合考虑离心力和温度载荷的数值模型,对4种不同的叶根轮缘接触面制造偏差状况下叶根应力进行了详细分析,发现常温下设计良好的枞树型叶根轮缘,在高温下由于热胀导致的变形,将使叶根承载分布不均,从而产生很大的应力,并且应力状况也随着制造偏差而不同.所以在设计高温级叶片枞树型叶根型线时,需要综合考虑叶根的制造偏差以及工作状态下的承载情况进行安全性校核.     

汽轮机动叶叶根倒角气动优化

采用可考虑叶根倒角影响的叶片三维设计平台,对某一汽轮机高压级动叶倒角半径进行优化设计。将寻优结果与其他样本对叶片流场的影响进行比较,分析了叶根倒角半径对近壁面二次流动和流动损失的影响。结果表明倒角半径的增加在一定程度上对通道涡有削弱作用,但同时会增加附面层损失;倒角半径对前缘附近的流动影响分析结果表明:增加倒角半径会抑制马蹄涡的产生。因此,合理地选择倒角半径将有利于降低通道内二次流损失。     

汽轮机叶片枞树型叶根轮缘优化研究

叶片是汽轮机中重要的零部件之一,其可靠性直接关系到整个机组的安全运行。因此,通过改进叶片结构来弥补材料强度方面的不足,减少叶片事故,进而提高整个机组的安全性是非常必要的。对汽轮机叶片枞树型叶根轮缘完成了多变量优化分析工作,基于APDL编程语言对枞树型叶根轮缘进行了多参数建模,通过求解7个特征变量的优化值,以达到叶根轮缘最大、等效应力最小的目的;并对具体的叶片分别采用零阶算法结合一阶算法、智能优化算法(遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法)及模式搜索等方法进行了优化。分析结果表明,在综合考虑精度及优化时间的情况下,模式搜索算法是解决本问题的最佳方法。研究结果可以为汽轮机叶片叶根轮缘部分的设计提供理论支持,并在一定程度上提高透平机组的运行可靠性。     

叶片根部改型对风力机性能影响的研究

为研究叶片根部改型对风力机性能的影响,采用SST k-ε湍流模型对改型前后的风力机叶片进行三维流场数值模拟研究。通过分析叶根区域流场和压力分布可知:根部改型可改善叶根区域的流动形态,减小叶根的失速分离区,能有效控制分离涡的发生位置,提升叶根的气动效率;根部改型可改变叶根区域叶片表面的压力分布,加大叶根部位上下面压差,从而提高叶根转矩,使风力机出力增加;根部改型后,风力机的功率最大提升2.13%,增幅明显。