燃气轮机高压涡轮叶顶间隙变化规律的有限元分析

高压涡轮叶顶间隙会直接影响到燃气轮机的功率、效率、油耗和寿命。利用有限元等软件,建立了叶片、轮盘和机匣外环的实物模型;通过热结构耦合分析,计算得到各自在温度场和离心力场作用下的径向位移,进而得到叶顶间隙变化规律,并进行了分析。计算结果表明:温度场变化是引起叶片和轮盘径向变形的主要因素;离心力对轮盘径向变形的作用比对叶片径向变形的作用要显著得多;热和离心力变化是间隙变化的两个主要因素;叶片、轮盘和机匣的热响应不一致以及离心力对转子的拉伸作用导致其径向膨胀变形不匹配,进而引起间隙变化;快速增减速度对间隙的影响最为明显。     

船用燃气轮机盘-叶耦合系统固有振动特性研究

随着船用燃气轮机的转子轮盘不断向轻、薄的方向优化,只考虑根部固支下叶片的振动已不再能满足安全需求,将轮盘—叶片作为一个耦合系统来研究其振动特性是十分必要的。而且转子在高温高转速下工作,为了准确求解耦合系统的振动特性,不可忽视温度、转速对振动的影响。文章建立了船用燃气轮机转子盘—叶模型,应用有限元程序和循环对称结构算法,从实际工况角度出发,计算不同旋转、不同温度及其变化率下耦合系统的固有振动特性。归纳出温度、转速与盘—叶耦合系统固有振动特性间的关系,为预防船用燃气轮机转子出现耦合共振危险及可靠性计算提供了数值依据。     

压气机拉杆瞬态应力与紧力分析

为研究压气机转子冷态启动过程中拉杆预紧力的变化规律和拉杆应力的分布规律,建立转子的1/24循环对称有限元模型。考虑拉杆凸台与拉杆孔的接触非线性、轮盘和拉杆的材料非线性以及几何非线性,对转子进行瞬态热固耦合分析,得到拉杆预紧力、拉杆应力在离心力、热载荷作用下的变化规律。结果表明：在离心力作用下,拉杆预紧力减小,拉杆的径向形变使拉杆应力较高;在热载荷作用下,拉杆和转子的温度分布、材料属性的不同使拉杆预紧力呈先增大后减小的变化规律。     

压气机转子叶片静气动弹性分析

为研究压气机转子叶片弹性变形对气动特性和结构性能影响,采用商业软件Nuimeca和Ansys用流固耦合的数值计算方法,研究跨声速转子叶片在考虑气动载荷和离心载荷共同作用下的静气动弹性变形,分析不同材料属性对叶片静气动特性的影响.结果表明考虑叶片变形后的气动特性曲线往右边移动,更加贴近实验数据.由于气动载荷和离心载荷的作...     

Alford力作用下计及叶片振动的转子-轴承系统动力学特性分析

为了分析非线性耦合因素与叶片振动对转子-轴承系统动力学特性影响,文章将叶片模化为悬臂梁结构并利用假设模态法离散简化,建立了阿尔福德(Alford)力作用下计及叶片弯曲振动的系统动力学模型。采用Runge-Kutta法对非线性振动微分方程进行数值求解,通过系统响应的分岔图、时间历程图与频谱图、轴心轨迹图、Poincaré映射图和相图研究了叶片弯曲变形以及Alford力对系统的非线性动力学行为的影响。结果表明:叶片振动使系统的不稳定区域提前,转子发生混沌运动的转速范围增大;叶尖气隙引起的Alford力使系统的运动状态变得更为复杂,油膜非线性更加明显。     

船用废气涡轮增压器压气机内部流场数值研究

利用三维数值模拟技术对某型船用柴油机废气涡轮增压器压气机内部流场进行了数值分析,得到了额定转速下压气机内部流道气体流动情况。分析了压气机转子流道流场和径向扩压器流道流场,得到了主要气动参数分布。数值分析表明,在额定工况下离心叶轮内靠近叶轮出口处以及径向扩压器流道内流体均存在跨音速流动区域,同时在扩压器叶片吸力面下游位置存在低速涡流区域;压气机转子流道和扩压器流道的相互干扰及叶顶间隙的存在是导致压气机内部出现流动分离的主要原因。     

泵喷推进器在敞水与艇后的激励力计算分析

分别建立某型号泵喷推进器与SUBOFF潜艇模型,基于雷诺平均数值方法及快速傅里叶变换方法,计算潜艇-泵喷推进器耦合模型压强分布并对比不同来流状态下叶片激励力,计算结果表明,相比敞水状态,艇后不均匀来流增强定子叶片与转子叶片干涉作用,从而显著增加定子叶片和转子叶片激励力,说明在泵喷推进器设计时需要考虑定子叶片和转子叶片动静干涉对叶频激励力的影响,有必要将定子叶片与转子叶片作为整体进行匹配设计。     

鱼雷发动机三组元比例控制器数值模拟

利用计算流体力学软件Pumplinx模拟鱼雷发动机中三组元比例控制器的内部流场,分析计算中不同压差情况下对比例控制器性能的影响,以及叶片与定子间间隙大小对于比例控制器性能的影响,同时对不同叶片数目下性能进行对比。计算结果表明:由于比例控制器为被动旋转马达结构,其转速和流量均随时间呈周期性脉动变化,随着工作压差增大,转速脉动幅度基本保持不变,而流量和扭矩脉动幅值增加;随着间隙增大,泄漏量增大,但流量、扭矩、转速脉动幅值大幅降低,出口流量较为平稳;叶片数目增多后比例控制器转速降低、排量降低。由计算结果推断出目前比例控制器的最优叶片数目为4。本文可为进一步研究比例控制器精度问题提供参考。     

某型燃气轮机低压涡轮压气机转子动力学分析

为了获得某型燃气轮机低压涡轮压气机转子的动力学特性,并验证其稳定性及可靠性,本文使用SAMCEF/Field软件的转子动力学分析模块对该转子进行了分析计算。根据机组实际运行的条件,计算了该机组转子的临界转速、稳态不平衡响应、叶片丢失瞬态响应等。计算结果表明,临界转速安全系数合理;转子系统选取的平衡量具有较小的振动幅值;转子的瞬态响应结果验证了结构方案的合理性,转子系统具有较好的稳定性。得出了此转子结构方案能保证低压涡轮压气机稳定运行的结论。     

弹性环-鱼雷涡轮转子动力学特性分析

针对燃气涡轮机弹性支承中的弹性环径向刚度问题,开展弹性环刚度分析方法的研究,研究弹性环的凸台数目、凸台宽度以及凸台厚度对其刚度的影响规律。利用Riccati传递矩阵法计算得到某悬臂转子系统的临界转速,分析了该转子系统的临界转速随弹性支承刚度的变化规律,进而得到弹性环参数变化对临界转速的影响规律,可以为弹性环的动力学设计提供一定的依据和参考价值。     

近海风机叶片动力特性分析

The topic of offshore wind energy is attracting more and more attention as the energy crisis heightens.The blades are the key components of offshore wind turbines,and their dynamic characteristics directly determine the effectiveness of offshore wind turbines.With different rotating speeds and blade length,the rotating blades generate various centrifugal stiffening effects.To directly analyze the centrifugal stiffening effect of blades,the Rayleigh energy method (REM) was used to derive the natural frequency equation of the blade,including the centrifugal stiffening effect and the axial force calculation formula.The axial force planes and the first to third order natural frequency planes which vary with the rotating speed and length were calculated in three-dimensional coordinates.The centrifugal stiffening coefficient was introduced to quantitatively study the relationship between the centrifugal stiffening degree and the rotating speed,and then the fundamental frequency correction formula was built based on the rotating speed and the blade length.The analysis results show that the calculation results of the fundamental frequency correction formula agree with the theoretical calculation results.The error of calculation results between them is less than 0.5%.     

水下潜器系统导管螺旋桨水动力特性及周围流场分布预报与分析

运用计算流体力学方法对水下潜器系统中导管螺旋桨在水下潜器转艏运动中螺旋桨周围的水动力现象进行观察,对在这样的工况下导管螺旋桨周围流场特征、进速、诱导速度、推力沿盘面和桨叶径向的分布,以及螺旋桨所发出的推力与螺旋桨周围流场之间的关系进行观察。计算结果表明:在一定的螺旋桨转速条件下,进速越小,螺旋桨所发出的推力也越大;由于导管出口处激发出的梢泄涡作用,导致盘面后叶梢附近轴向诱导速度降低、压力增大,该处叶面与叶背之间的压差也随之增大;螺旋桨的推力沿桨叶径向的分布呈现出半径越大,所产生的推力也越大的特点。     

船用离心风机叶片开槽对气流流动特性的影响

提出船用离心风机叶片开槽处理技术,以改善叶轮通道气体流场。利用商用CFD软件,分别对某型离心风机原始叶轮和开槽叶片叶轮进行三维数值模拟,并详细对比分析了2种叶轮模拟结果。结果表明:开槽处理可抑制射流-尾迹现象进而减小由此引起的叶片尾缘漩涡,并减弱通道内漩涡,从而提高通道内流场稳定性,增加通道流通面积,并且在一定范围内提高叶轮性能。     

一种离心泵压力脉动衰减器的优化设计与试验研究

针对离心泵压力脉动频频率范围宽的问题,设计出一种可以同时衰减离心泵轴频脉动和叶频脉动的衰减器.该衰减器由蓄能器组和亥姆霍兹衰减器组成,根据其工作原理,对蓄能器容积、蓄能器充气压力、蓄能器阻尼孔和亥姆霍兹衰减器阻尼孔等参数进行优化设计,并对研制出的样机进行试验研究.试验结果表明,离心泵压力脉动衰减器对轴频脉动和叶频脉动均有较好的衰减器效果,离心泵在工作压力范围内,出口管路压力脉动均可衰减5 dB以上.     

风机塔架与叶片相互作用的数值模拟(英文)

Numerical simulations of wind turbine blade-tower interaction by using the open source OpenFOAM tools coupled with arbitrary mesh interface(AMI) method were presented.The governing equations were the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) which were solved by the pimpleDyMFoam solver,and the AMI method was employed to handle mesh movements.The National Renewable Energy Laboratory(NREL) phase VI wind turbine in upwind configuration was selected for numerical tests with different incoming wind speeds(5,10,15,and 25 m/s) at a fixed blade pitch and constant rotational speed.Detailed numerical results of vortex structure,time histories of thrust,and pressure distribution on the blade and tower were presented.The findings show that the wind turbine tower has little effect on the whole aerodynamic performance of an upwind wind turbine,while the rotating rotor will induce an obvious cyclic drop in the front pressure of the tower.Also,strong interaction of blade tip vortices with separation from the tower was observed.     

基于正交试验的喷水推进器参数优化设计

采用正交实验法对喷水推进器进行参数优化设计,以推力作为评价指标,基于信噪比的概念,分析了转子叶片数、定子叶片数以及定子安装角度对喷水推进器参数的影响。结果表明：定子叶片数在影响因素中的贡献度较低,转子叶片数与定子安装角度有着较强的交互作用,且呈负相关关系,当转子叶片数较多时,流体轴向速度较大,因此定子安装角度不宜过大。通过正交实验与非线性理论模型的构建,基于自适应粒子群算法寻优,得出最佳化参数组合为转子叶片4片、定子叶片数为5片以及定子安装角度为10度,优化结果经类比实验性能测试,效果较佳。     

复合材料螺旋桨尾流场的数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨的变形对桨后尾流场分布的影响,利用商业软件FLUENT和ANSYS有限元建立了一种流固耦合方法,基于此方法分析了桨叶变形对螺旋桨压力分布以及尾流场分布的影响。研究结果表明,变形后桨叶两侧压差增大;在螺旋桨尾流场中,变形对各速度分量周向分布的影响随半径增大而增大;在0.9R(R为螺旋桨半径)处,切向速度在变形后减小约30%,轴向诱导速度减小约20%,径向速度增值在0.1m/s内。变形后轴向速度低速度区域增大,径向速度正速度区域增大,叶根处切向速度增大,叶稍处切向速度减小。     

Study of the helicopter blade running elevation measurement system

Helicopter blade running elevation measurement is an important measure target in helicopter blade dynamic balance experimentation. The elevation influences the helicopter＇ s security and other performance capabilities. In testing, however, it has been difficult to measure the elevation when the rotor reaches high speeds. To get a simple, fast and highly accurate measurement system, photo electricity technology was applied to measuring the blade running elevation. Discussed is the measurement principle of blade running elevation, tire design of the measurement system and analysis of the measurement precision.