某型涡喷发动机快速起动特性分析及试验研究

为研究某型低压油泵体制涡喷发动机的快速起动特性和供油匹配方法,设计了起动方案。针对该起动方案,基于对发动机快速起动特性及影响因素的分析,获得了供油规律的匹配方法,并利用快速起动模拟试验系统对该供油匹配方法进行了试验验证。研究结果表明:缩短点火前供油时间能有效降低由于积油燃烧而对起动加速性造成的不利影响;起动初期的加速率与初始油门量呈正相关,但此阶段应着重考虑点火的最佳油气混合比;压力雾化喷嘴和蒸发式喷嘴供油的切换点选择在低转速阶段时,对发动机的起动性能影响较小;简单阶跃式增油方式可满足快速起动后期的转子加速要求,油门阶跃点应匹配在发动机进入高转速阶段;起动后期采用合适的二阶油门量可进一步优化起动特性。     

基于应变能理论的端齿弯曲刚度及其转子动力学特性影响研究

应变能理论在多载荷条件或复杂模型的弯曲刚度计算方面具有重要意义,对转子系统动力学研究也具有一定指导作用。通过燃气轮机转子轮盘端齿的几何参数关系,构建端齿的参数化模型。在此基础上采用三维有限元计算与应变能理论相结合的方法,分析了端齿的弯曲刚度特性,结果与文献中结果吻合较好。研究了端齿弯曲刚度损失比例与发生损失的位置对转子模态特性的影响规律,结果显示,随着端齿弯曲刚度损失的增大,转子临界转速呈现加速下降的趋势,且靠近转子前支点的1级端齿对转子系统刚度与模态特性的影响最大。     

基于数据驱动的重型燃气轮机多模融合建模方法研究

针对重型燃气轮机建模问题,通过分析某电厂GE 9FA重型燃气轮机的实际运行数据,将其工作过程按阶段划分为盘车清吹、共同加速、独立加速、全速空载和负载调整5种模式,提出一种基于非线性有源自回归(NARX)模型和神经网络架构搜索(NAS)方法的新型多模融合建模方案,并采用线性插值方法解决数据采样周期和控制周期异步的问题,实现了燃气轮机全流程的高精度建模,验证结果说明了所提出方法的正确性及由此构建的模型的有效性。     

基于模糊PID信号补偿的电液伺服系统容错控制方法研究

针对燃气轮机电液伺服系统在工作过程中可能出现的电液伺服阀功能故障和液压负载扰动问题,提出模糊PID信号补偿自适应容错控制方法——当系统输出与理想输出的误差超过阈值时,模糊PID控制器可以及时的对输入信号进行补偿,进而纠正系统的输出。以双喷嘴挡板力反馈两级电液伺服阀控制的液压缸系统为研究对象进行数学建模,在输出流量不足、输出流量过大、零偏和正弦负载扰动四种典型故障状态下仿真,验证控制器的控制效果,结果表明,受控系统在四种故障下均实现了容错,输出以极小的误差跟随理想输出,几乎没有超调,且能极大的平抑扰动,控制效果优异。     

大型航空构件专用热氢处理炉流-热-固耦合仿真分析

采用冷壁结构设计的大型航空构件专用热氢处理炉结构复杂,多层隔热结构炉胆隔热屏板厚度极薄,导致网格划分和模拟计算十分困难。本文采用等效热阻的简化思路,在保证计算精度的前提下,将多层结构的炉胆等效为一层,节约了计算资源,实现了热氢处理炉的全尺寸流-热-固耦合仿真。评估了热氢处理炉的隔热效果,在炉温1000 ℃时,炉胆外壁面温度只有200~350 ℃,呈条纹状分布;冷壁结构设计的炉壳外层壁面温度约25 ℃,具有较好的保温隔热效果;最大热应力264 MPa,位于料台底座;拉伸性能测试表明,料台底座Q235钢经300 ℃渗氢处理后抗拉强度约为565 MPa,安全系数为2.14。本文分析了热氢处理炉的温度场、热应力场,并评估了其安全储备系数,为大型热氢处理炉全尺寸仿真提供了思路,为结构设计提供了数据支撑。     

双级反向旋流器气量分配对燃烧室性能的影响

双级反向旋流器气量分配的不同将影响旋流强度和回流区大小,进而改变燃料/空气混合均匀度,最终影响燃烧室NO_x排放和贫熄特性。为确定最佳的空气分配方案,针对某种新型设有文丘里管式预混合段的双级轴向反旋旋流器,实验研究了两级旋流器气量分配对燃烧室氮氧化物排放、热态流场以及贫熄特性的影响。实验结果表明:最优气量分配方案为内旋空气流量比外旋空气流量等于1/0.67的方案。相对于此比值等于1/1.38的基准方案,最优方案在高功率和低功率情况下,可分别降低NO_x排放9.4%和18.5%,NO_x排放量分别为39.5和33.4 mg/m~3;此外,最优方案的熄火边界最宽,在本文研究范围内其熄火当量比几乎低至零。     

滚动轴承-转子系统非线性动力响应分析

采用有限元法建立了含转子不平衡-碰摩耦合故障的滚动轴承-转子系统的连续模型,考虑了转子的剪切效应、回转效应、转子几何参数等影响因素,对滚动轴承模型考虑了非线性赫兹接触及由滚动轴承支承刚度变化而产生的VC(Varying Compliance)振动。运用Newmark-β法获得了连续转子的系统响应,利用时域波形、分岔图、Poincare映射图和频谱图分析了该转子系统的非线性动力学行为。结果表明:由于不同参数的影响,转子碰摩系统具有丰富的非线性现象。本模型考虑了更多的影响因素,可为复杂转子的非线性设计、故障诊断提供更为准确合理的理论参考。     

微混喷嘴结构对氢混燃料/空气掺混均匀性的影响分析

采用数值仿真方法开展了燃气轮机燃烧室微混喷嘴中富氢燃料/空气掺混均匀性问题研究。首先分 析了三种不同微混喷嘴结构的燃料浓度分布和掺混均匀性指数变化规律，发现采用燃料轴向进气、空气径向 进气的燃料/空气掺混方式，能够在合理的总压损失范围内，获得更好的掺混均匀性。然后分析了三种喷嘴 的流场特性，不同径向位置处的轴向速度分布表明，燃料和空气的射流速度会对喷嘴内燃料/空气掺混水平 造成影响，燃料径向喷人和从喷嘴中心区域轴向喷人在轴向高速射流作用下被吹向下游，不能均匀的沿径向 扩散并分布到喷嘴流道内部，使燃料/空气掺混均匀性提高受限。最后分析了富氢燃料中氢含量变化对掺混 均匀性的影响，研究结果表明，氢含量变化会带来燃料射流速度的改变，当燃料射流速度超出合理范围后，会 导致掺混均匀性下降。研究结果为微混喷嘴燃料/空气喷注策略设计提供参考。     

流道排列对多介质板式换热器性能的影响分析

以■耗散数为目标函数,应用数值计算的方法分析了换热介质流道排列方式对板式换热器性能的影响。通过分析3~6个流道所包含的26种排列方式情况下的换热器耗散数及板间流动阻力损失变化,认为在相同的工况下,随着流道数量的增加,换热器总的压力损失呈阶梯降低的趋势;相同流道数情况下,冷热介质流道的排列形式对换热器耗散数影响较大;而相同的流道数量所对应的最小耗散数随流道数量的增加而降低,对多介质换热器性能的研究提供了一定的借鉴。     

基于灵活燃料的重型燃气轮机建模分析

利用模块化方法基于MATLAB/Simulink平台建立了西门子V94. 3A重型燃气轮机的仿真模型,并研究对比了燃烧室传统Simulink模型、Cantera模型、Gate Cycle模型的差异,仿真结果表明所建立的模型具有较好的一致性。分析了燃烧室燃料成分配比变化对重型燃气轮机性能参数的影响,相比另外两种单一考虑热值参数的模型,Cantera模型能更综合全面地反应燃烧过程,且当燃料低位热值相同时,可燃成分比例越大,其燃气轮机理论输出功率越大。