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.     

新型阻尼结构叶片振动特性试验研究

干摩擦阻尼结构被广泛应用于透平叶片中来降低其振动应力。文章设计并搭建了干摩擦阻尼块结构叶片振动特性测试试验台,通过测量一新型阻尼结构叶片的振动响应值,获得了不同激振力及模拟离心力转速下叶片频率响应曲线及模态阻尼比。试验结果表明：当激振力较小时（4N、5N和6N）,叶片的共振频率随模拟离心力转速的上升而不断增加,而模态阻尼比则先增加再减小,在40％模拟离心力转速工况下模态阻尼比最大,叶片减振效果最好;当激振力较大时（12N、18N和24N）,叶片振动更加剧烈,使得阻尼块接触刚度降低,叶片的共振频率接近自由叶片固有频率,而模态阻尼比随着模拟离心力转速的上升不断降低。     

DD3单晶合金短时液相扩散连接接头组织与性能研究

采用D1P和D1F两种中间层合金在1250℃下分别保温10,30min,1,2,4h扩散连接DD3单晶合金.这两种中间层合金是在DD3合金成分基础上添加了一定量的降熔元素硼,分别以粉和箔带形式使用.对上述规范下获得的DD3接头组织和性能进行了研究分析,结果表明, 扩散时间短,D1P中间层合金扩散焊接头组织很不均匀,在中间层合金流入处生成大量光板γ′相,对接头持久性能不利,1250℃下扩散4h接头的980℃持久性能为母材性能的60%;而D1F中间层合金扩散焊接头组织均匀一致,1250℃下扩散4h接头980℃持久性能超过母材性能的70%.     

基于组合优化的非谐调阻尼叶片减振方法研究

阻尼叶片在非谐调扰动下产生振动局部化,严重威胁透平机组的运行安全。提出了一种基于蚁群算法的非谐调阻尼叶片组合优化减振方法,该方法可显著降低叶片振动应力。首先,对某透平阻尼叶片建立数值分析模型,获得在随机非谐调排布下的振动局部化特性,得到振动应力分布。然后,取整圈叶片的最大Von-Mises应力作为优化目标,采用组合优化方法对振动应力进行优化。结果表明,优化后振动应力降低了22.1%,应力幅值曲线接近谐调排布结果,证明了所提出的组合优化方法高效可靠。     

汽轮机转子焊接的三维有限元数值模型研究

大功率汽轮机是火电和核电站中的关键动力设备,转子则为汽轮机中的关键部件,其安全可靠性是汽轮机正常运行的重要保证。采用焊接转子可作为解决大尺寸转子制造的有效手段,转子焊接过程中的热应力及残余应力是评估转子安全性的重要参数。文中以三维热弹塑性有限元计算理论为基础,对于一个模型转子,建立了其焊接过程热应力耦合模型,获得了焊接过程中热影响区热应力的详细分布以及随时间的变化、转子焊接冷却完毕时残余应力分布及应力峰值。研究结果表明,焊接导致的高残余应力分布于焊缝区。本文的结果对控制焊接转子质量具有重要的参考价值。     

动叶水蚀疲劳寿命分析模型的研究

为了提高汽轮机湿蒸汽级叶片的可靠性，预防电厂中汽轮机叶片的水蚀疲劳断裂，基于动叶通道中水滴运动、撞击叶片表面速度分布以及液固撞击等效应力，采用合适的疲劳始裂寿命计算公式和非线性疲劳累计损伤准则，建立了叶片水蚀疲劳寿命分析模型。详细分析了某汽轮机湿蒸汽级动叶片的水蚀疲劳特性，获得了其水蚀疲劳的门槛速度，这一速度与实验数据吻合较好，同时获得了该动叶片在不同汽轮机运行工况下水蚀疲劳的状况，疲劳初始裂纹发生的部位和时间。文中建立的叶片水蚀疲劳寿命分析模型可以定量地计算水蚀疲劳寿命，为分析、预防水蚀提供了有力的工具。     

两种钴基钎料钎焊SiC陶瓷的接头组织和强度

设计了CoNi（Si,B）CrTi和CoFeNi（Si,B）CrTi两种成分的钴基钎料,对SiC陶瓷进行了钎焊试验。结果表明CoFeNi（Si,B）CrTi钎料可用于SiC陶瓷的钎焊。钎料/SiC界面由多层硅化物和TiC条带组成,钎缝中央的基体为Co-Fe-Ni-Cr-Ti-Si相和Fe-Co-Cr-Ni金属相,其上弥散分布着许多细小的TiC颗粒。在1150℃/10 min,采用120μm厚的CoFeNi（Si,B）CrTi钎料钎焊的SiC接头室温四点弯曲强度最高,为161 MPa,且该接头具有稳定的高温强度,室温、700和800℃下钎焊接头的三点弯曲强度分别为176,178和184 MPa。     

汽轮机高压缸三维热弹性接触模型及其气密性分析

汽轮机高压缸中的高温和高压蒸气经常会造成缸体较大的变形,从而在汽缸法兰中分面产生漏气,为了分析汽缸的气密性,文中结合汽缸温度场和三维弹性接触理论,建立汽缸三维热弹性接触有限元模型。利用建立的模型完成一个100MW汽轮机高压缸的温度场及应力、变形计算,并且应用于实际的高压缸改造。实践表明这些计算结果可以作为汽缸设计的重要依据,从而提高运行中汽缸的安全可靠性。     

透平复杂阻尼结构叶片强度与振动特性优化研究

结合三维有限元分析方法和数学优化算法,构建了汽轮机叶片的结构优化体系。对具有复杂阻尼结构的汽轮机叶片枞树形叶根轮缘结构进行优化,使叶根和轮缘的最大等效应力分别降低了13.45%和12.26%,提高了叶片的强度性能;对某汽轮机整圈自锁叶片的围带结构进行优化,使叶片整圈振动各阶频率均满足振动安全性要求,改善了叶片的振动性能。建立的结构优化方法具有良好的工程应用价值,可以应用于叶片结构设计。     

透平级三维粘性非定常流动和气流激振力的研究

针对非定常流动对透平气动性能的影响和导致产生动叶片振动疲劳的气流激振力,深入研究和总结了国内外透平机械的非定常流动,阐述了RNGκ-ε湍流模型和双时间步法,并提供了笔者研究的2个汽轮机高压级以及末级的非定常流场与气流激振力的例子.结果表明:采用RNGκ-ε湍流模型和双时间步法对透平级进行非定常粘性流场分析可获得更为详细、精确的流场状况以及更为真实的效率;气流激振力和激振力因子的水平与流场状况有密切联系,影响流场的因素(如背压,流量,动静间隙等)发生变化会对气流激振力因子产生影响.此外,还提出了今后进一步研究的思路和方法.