汽轮机叶片数控砂带磨削工艺与试验研究

汽轮机叶片的材料是一种难加工材料，而砂带磨削是一种高效，节能的新的磨削工艺方法。本文介绍将汽轮机叶片的复杂型面以砂带磨削技术来进行数控加工，不但提高了叶片型面的加工质量，而且提高了加工效率。本文对其他难加工工件的二维成形表面的加工，也具有普遍的意义。     

九级整流叶片断裂分析

某型发动机经150h长期试车（总工作时间大约为170h）,之后进行3次喘振试验,分解后发现九级整流叶片断裂。对叶片断口的宏、微观特征进行分析,对断裂叶片的成分、硬度、金相组织进行检查,并进行叶片振动计算和测频分析。结果表明：九级整流叶片断裂是由于其U型槽与叶背交接处有一棱边,叶片最大的受力位置正是该处,加之棱边局部打磨不圆滑,在源区附近存在加工刀痕,在该处形成了应力集中的疲劳源,最终导致叶片发生疲劳断裂。     

汽轮机叶片型面加工进给速度优化策略研究

汽轮机叶片型面是较复杂的曲面体零件,针对加工时一般采用比较保守的进给速度而导致生产效率不高,提出了对于材料选择方钢的汽轮机叶片型面加工进给速度优化思想。在对叶片型面粗加工及半精加工进给速度优化原理分析基础上,提出了恒定材料去除率粗加工和恒定切削厚度半精加工优化策略。实验结果证明,基于恒材料去除率和恒定切削厚度优化叶片型面加工,效果明显,加工效率大大提高,节约了成本。     

制订“混流式水轮机焊接转轮不锈钢叶片铸件”行业标准的几点体会

水力资源的利用是解决能源问题最有效的措施之一 ,具有成本低、运行可靠等优点。我国水力资源丰富 ,发展前景广阔 ,大力发展水电设备已列入我国“八五”、“九五”期间重点计划项目。转轮是混流式水轮机中的关键部件 ,过去采取整体铸造 ,但叶片尺寸公差难以保证 ,叶片型线及表面粗糙度的提高又受结构限制 ,机加工、修磨都很困难 ,因此在一定程度上影响单机输出功率 ,降低转轮使用寿命。近年来国内外水轮机的设计和制造都趋向以大容量、高水头、高参数来提高水轮机单机输出功率 ,减少水轮机的台数。一个大型转轮重达几百吨 ,采取整体铸造非常…     

某型航空发动机压气机四级转子叶片振动特性分析

某型航空发动机压气机四级转子叶片是故障多发叶片.对该型发动机压气机四级转子叶片进行振动特性试验和分析,结果表明,四级转子叶片失效是由于发动机在转速为3700r/min时叶片产生共振导致疲劳失效.对排故措施进行了初步研究,指出通过采用LD7-1铝合金替换LY2铝合金来改变叶片固有频率的实际意义不大.     

面向自由曲面零件装夹的自适应夹具设计

针对叶片零件顶端修复过程中由于几何形体差异导致的难以通过固定夹具夹紧叶片的问题,开展自适应于叶片型面的夹具设计与加工过程变形分析。根据叶片顶端特征的修复需求,采用球端针式螺钉阵列对叶片型面进行夹紧。通过有限元软件分析叶片模型夹紧力与加工变形,可知:合理确定螺钉阵列的位置分布与夹紧力大小,使叶片受力均匀,可减少叶片在顶端加工过程中的变形量。     

液力缓速器双向流固耦合研究

基于双向流固耦合技术(FSI),采用非稳态模型,获得叶片结构变形对流场分布的影响,流场压力和惯性离心力作用下的叶片变形和等效应力。叶片变形主要是由于介质对叶片的作用力而非惯性离心力的作用。变形作用改变叶片的压力梯度,从而改变边界层流动,促进边界层分离,增加流动过程中的涡黏度。叶片的粗糙度可以促使边界层从层流转为湍流,抑制边界层分离。文中揭示液力缓速器能量耗时的主要过程。为提高扭矩和轻量化设计中带来的叶片强度问题,提供设计和校核的理论支持。     

基于剪力跃度和局部能量法的叶轮叶片曲线光顺

为了解决在大型叶轮叶片曲线光顺中采用整体法计算复杂、效率低的问题,针对叶轮叶片进行基于剪力跃度和局部能量法的曲线光顺研究。对叶轮叶片的光顺要求进行分析,建立叶片曲线不光顺点的剪力跃度全局检测及局部能量光顺处理模型,并利用建立的模型对直纹面叶片轴盘曲线和盖盘曲线离散点进行不光顺点检测及光顺处理,光顺后轴盘曲线和盖盘曲线的剪力跃度最大值分别降低了41.3%和39%,提高了叶片曲线的光顺性。     

抽拉速度对单晶叶片定向凝固过程的影响

以DD6高温合金作为单晶叶片试件合金材料，对固定抽拉速度、简单阶梯抽拉速度和多级阶梯抽拉速度下单晶叶片试件温度场、糊状区和凝固组织生长情况进行了数值模拟，并进行了定向凝固验证试验。结果表明：采用低速固定抽拉和多级阶梯抽拉速度能获得单晶完整性好的叶片试件；高速固定抽拉和简单阶梯拉速下单晶叶片试件在缘板产生杂晶；凝固组织数值模拟结果与定向凝固试验结果基本吻合。     

基于MATLAB的民航发动机涡轮叶片寿命建模

针对民航飞机维修工作中发动机涡轮叶片普遍存在故障率较高的问题,收集某型民用航空发动机涡轮叶片的可靠性数据,并运用三参数Weibull分布建立该型发动机涡轮叶片的可靠性寿命模型。在模型求解的数值计算过程中,为保证模型的计算精度,采用经典的牛顿迭代法及三参数相关系数优化法对涡轮叶片的寿命数据进行拟合分析及计算;同时为减少计算工作量及提高数值计算过程中人工智能的参与度,基于MATLAB软件对上述数值计算方法编写计算程序,最后对计算结果进行K-S假设检验。结果表明：对涡轮叶片寿命数据进行可靠性分析时,运用Weibull分布建立的数学模型符合客观规律;同时牛顿迭代法、三参数相关系数优化法及MATLAB计算程序的有效利用,保证了计算结果的精度。     

转速对风机叶片位移和应力的影响

以NREL 5MW风力机为研究对象,基于ANSYS Workbench平台建立风力机叶片流固耦合数值模型,研究风力机叶片位移、应力随转速的变化规律,并利用Fourier函数拟合不同转速下叶片最大位移和应力数据。结果表明：叶片的位移、应力响应均随转速增加,峰值左移,在相同时间内完成周期增多,峰值增大但增幅减小;随转速增加,位移呈现出从叶根向叶尖递增的分布,而叶片最大应力集中在中部和根部;叶片最大应力、位移随转速变化的曲线呈现S型,Fourier拟合曲线较好地反映了叶片响应规律。该研究结果为风力机安全运行提供了参考。     

玻璃纤维结构风电叶片的超声相控阵检测方法研究

随着中国风电行业的兴起和逐渐成熟,对风电系统本身的质量要求也越来越高,尤其是叶片检测越来越受到各个叶片制造企业的关注。但常用的敲击手段、光照手段等已经无法满足更高的质量要求,即使是使用常规超声技术,由于探头尺寸的限制,无法实现大面积的快速扫查,且数据判读和缺陷检出率受人为因素影响较大。基于上述原因,介绍了一种利用超声相控阵技术,并结合专用的风电叶片检测探头对风电叶片进行检测的方法。通过近3年的实验,证明了使用超声相控阵技术可以快速准确地检测风电叶片内部缺陷,包括玻璃纤维外壳内部的分层和干丝缺陷,以及玻璃纤维外壳和内部支撑结构之间的脱粘缺陷,并基本掌握了风电叶片的检测方法和要点。其优势包括直观C扫描成像、检测效率高、易于存储记录等诸多优点,因而在风电制造行业有着广泛地应用前景。     

风电机组关键部件磨蚀现状及防治研究进展

随着风电事业的迅猛发展,风电机组关键部件磨蚀问题日益突出,而关于该问题的全面综述鲜有报道,亟须系统分析总结风电机组磨蚀问题及防治手段,为解决长期困扰风电行业的磨蚀难题提供参考和建议。首先,阐述陆上及海上风电机组金属部件腐蚀磨蚀现状,统计国内典型区域非金属部件的磨蚀现状,分析其产生磨蚀损伤的机理,指出塔筒等金属结构件腐蚀磨蚀问题突出,叠加所在地的特殊区域环境,出现加速失效;齿轮等金属零部件的磨蚀损伤是进一步失效的诱发因素,表现出与承担功能相关的特有失效形式;非金属部件以叶片前缘的磨蚀最为突出,引起持续的发电量损失和维修费用激增。其次,分别综述风电机组金属部件和非金属部件的磨蚀防护技术,指出塔筒等结构件在普遍应用传统涂层保护的基础上,仍须探索包覆技术和附加防护装置等新的防护方式;叶片本体涂料防护技术相对成熟,但涂料防护和贴膜防护均无法满足叶片前缘全周期防护的要求。最后,分析总结风电机组关键部件磨蚀防治存在的主要技术问题,对后续的研究方向进行了探讨和展望,填补了风电机组关键部件磨蚀防治领域的综述空白。     

世界风能机制造工业的现状和发展趋势

风能是一种重要的和强大的能源。在2003年,全球风能工业实现了新安装容量8 344 MW的记录。到2003年底,世界范围内累积安装容量达40 000 MW,约占世界电力需求的0.5%。按照Wind Force 12的报告,到2020年风电将占全球电力需求量的12%,届时所安装的风电容量将达1 245 030 MW。在过去的20多年内,大型风能机已由固定转速运行发展为变转速运行,由传统的失速调节(stall regulation)发展为普遍采用变桨距角调节(pitch regulation),以保证提供更好品质的电力输出,并降低风能机的负荷。当齿轮传动风能机继续在市场上占优势的时候,直接传动(无齿轮)风能机已取得重要突破。事实证明,无齿轮传动的风能机和经典的有齿轮传动的风能机同样具有竞争力。     

叶片质量不平衡对基础环式风机基础服役性能影响研究

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境，极易产生质量不平衡故障，对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机，在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此，基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型，模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载，结合平衡条件和连续性条件，选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现：质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大，叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程，增加基础环的水平度，进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外，建议风力机发生较小叶片质量失衡损伤时通过降低转速维持风力机运行，并定期监测叶片质量失衡比。     

基于锁相环的液压风扇调速特性测试系统设计

为测试液压风扇调速特性,需要对大功率电机进行高精度转速调节控制。介绍风扇调速特性测试系统的设计方案,采用锁相环(Phase Lock Loop)技术实现电机转速的高精度测量,并将转速信号反馈给PLC,通过PLC内置的PID控制算法,控制变频器的输出频率,实现交流电机转速的高精度调节控制,转速控制精度优于1 r/min。     

风力机叶片内侧翼型综合改型对翼型气动性能影响

针对风力机叶片内侧翼型,研究其改型前后的气动性能,揭示在叶片内侧相对厚度、相对弯度、尾缘厚度综合改进翼型的规律。通过Profili和Matlab软件对翼型相对厚度、相对弯度和尾缘厚度参数化处理,用Profili和Fluent软件数值模拟,对比原始翼型和改进翼型升阻力系数、升阻比及翼型表面压强和速度分布。结果表明:综合改进翼型不能单纯将相对厚度、相对弯度、尾缘厚度按各自最佳综合改进,需进一步研究综合改进翼型方法;在叶片内侧保证结构强度的前提下,按相对弯度在最佳的基础上增大1%弦长左右,尾缘厚度在最佳的基础上减小2%弦长左右,改进后的翼型气动性能较好。研究结论可供风力机叶片翼型设计和改型量化参考。     

风力机叶片涂层冲蚀磨损实验装置的设计

风力发电机叶片在风沙环境中运行时会受到挟沙风的冲蚀,导致叶片表面涂层损毁并且降低叶片使用寿命,同时也增加叶片的维护成本。为了探究风力机叶片受挟沙风冲蚀磨损情况,研制一种涂层冲蚀磨损实验装置,该实验装置以压缩空气为动力,通过压缩空气气管接通气源。压缩空气在冲蚀管中建立工作压力,在冲蚀管内完成沙料和压缩空气充分混合,形成高速运动的挟沙风;再利用PLC控制步进电动机转速,通过螺旋推进器进行输沙率控制,由冲蚀管喷嘴喷出,喷射到风力机叶片模型表面对其进行冲蚀磨损实验。该冲蚀装置可实现多种冲击风速、携沙量、冲击角度的多工况磨损实验,能够提供较为精确的实验数据。     

对回旋速调管高频结构设计与模拟的研究

依据回旋管谐振腔的相关理论和注波互作用原理,对工作在15GHz的三腔回旋速调管的高频结构进行了优化设计和模拟。在工作电压为70kV、电流为20A、横纵速度比为1．46的情况下,输出功率为572kW、大于250MHz的带宽、效率为40％、增益为35．5dB。     

基于SCADA数据协同的风力机故障检测与控制

为了在不停机的前提下,安全可靠地对齿轮箱进行故障检测,并实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,提出一种基于标准数据采集与监视控制(SCADA)数据协同的风力机故障检测与控制方案。介绍了风力发电机的系统模型与SCADA解决方案框架,通过回归建模、异常分析和集成学习对风力发电机系统进行故障检测并获得健康指标;借助模糊逻辑控制对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而实现风力发电机在齿轮箱故障工况下的容错控制运行,最后进行仿真实验,并将仿真结果与一个实际运行的2 MW风力发电机系统进行对比。实验结果表明：该故障检测与容错控制方案可以有效地对齿轮箱进行故障检测,并在存在故障时适当对风力发电机的输出功率进行降额控制,从而降低叶片和塔架承受的应力,并有效降低了齿轮箱轴承和润滑油的温度。