壓氣機(jī)葉片多工步鍛造成形過(guò)程數(shù)值模擬

r270d1葉片是某燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的第一級(jí)模鍛動(dòng)葉片,所用材料為x5crnicunb16-4鋼。該葉片經(jīng)1035℃×130min風(fēng)冷固溶處理、835℃×130min風(fēng)冷調(diào)整處理和545℃×300min時(shí)效處理后,其力學(xué)性能、斷裂形貌轉(zhuǎn)變溫度和晶間斷裂百分率均達(dá)到了有關(guān)技術(shù)條件的要求。

1.引言我廠某型發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)一級(jí)鋼葉片兩銷孔的加工一直是整個(gè)葉片加工的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)上不僅對(duì)孔的尺寸精度和兩銷孔的位置精度提出了嚴(yán)格的要求,而且考慮到葉片與盤的安裝精度和盤上銷與孔的配合精度,對(duì)兩銷孔的加工表面質(zhì)量也提出了嚴(yán)格的要求,這就給加工帶來(lái)了一定的難度。其中孔表面粗糙度極難保證,該問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好的解決。為此,我們對(duì)銷孔的加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)。2.工藝方法的確定圖1為某型發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)一級(jí)鋼葉片上的兩個(gè)銷孔位置示意圖。要求兩孔中心線對(duì)榫頭中心線的偏移不大于0.05mm,葉身中心線(額定位置)在長(zhǎng)度100mm上的平行度公差為0.03mm。

將一個(gè)kulite動(dòng)態(tài)壓力傳感器埋入軸流壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片50%葉高、25%軸向弦長(zhǎng)位置,對(duì)該點(diǎn)吸力面動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量,并與cfd(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,為今后進(jìn)一步測(cè)量轉(zhuǎn)子表面靜壓分布和動(dòng)態(tài)壓力脈動(dòng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn).試驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)固定在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)軸上隨其一起旋轉(zhuǎn),可以對(duì)壓力信號(hào)直接進(jìn)行采集、放大并存儲(chǔ).結(jié)果表明:①葉片表面靜壓試驗(yàn)測(cè)量值與計(jì)算結(jié)果吻合較好,說(shuō)明測(cè)量結(jié)果是可信的;②可以成功地捕捉到轉(zhuǎn)子葉片表面的非定常壓力脈動(dòng),測(cè)量點(diǎn)非定常壓力脈動(dòng)的周期與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)周期相同.

采用有限元軟件procast模擬tial基合金液在金屬型真空吸鑄成形鑄造工藝中的充型凝固過(guò)程,分析在充型凝固過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的原因,并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鑄件中確實(shí)存在模擬預(yù)測(cè)的缺陷,且缺陷主要集中在葉片隼部,在葉身部位出現(xiàn)少量的縮松缺陷,模擬和實(shí)際相吻合。

以某風(fēng)扇/壓氣機(jī)為研究對(duì)象,采用全三維葉型優(yōu)化方法對(duì)研究對(duì)象在整機(jī)條件下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).對(duì)優(yōu)化前后風(fēng)扇/壓氣機(jī)進(jìn)行全三維數(shù)值模擬并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析研究,結(jié)果表明:優(yōu)化后在不改變風(fēng)扇級(jí)總壓比的情況下設(shè)計(jì)點(diǎn)附近效率提高1.05%;在近設(shè)計(jì)點(diǎn)葉型改進(jìn)后明顯改善了風(fēng)扇和外涵靜子主流道的流場(chǎng)結(jié)構(gòu),根、尖兩個(gè)截面流場(chǎng)顯示采用新葉型后對(duì)內(nèi)、外涵靜子通道內(nèi)流動(dòng)均有不同程度的改善.

為研究潛水?dāng)嚢铏C(jī)性能,應(yīng)用三維造型軟件pro/e建立攪拌機(jī)葉片的三維實(shí)體模型,利用gambit軟件對(duì)污水處理水池進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格劃分,在計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件fluent6.3平臺(tái)上,采用動(dòng)坐標(biāo)系、rngk-ε湍流模型和simple算法,對(duì)潛水?dāng)嚢铏C(jī)攪拌的污水處理池進(jìn)行數(shù)值模擬,計(jì)算全池內(nèi)流體的宏觀流場(chǎng)與各個(gè)截面的速度分布,分析潛水?dāng)嚢铏C(jī)的軸向有效推進(jìn)距離與水體截面有效擾動(dòng)半徑,同時(shí)對(duì)潛水?dāng)嚢铏C(jī)的功率進(jìn)行了研究.計(jì)算結(jié)果表明:潛水?dāng)嚢铏C(jī)能使污水處理池內(nèi)流體形成連續(xù)循環(huán)水流,流體軸向推進(jìn),徑向擴(kuò)散;池內(nèi)流體充分?jǐn)嚢?池內(nèi)流體流速基本都在0.3m/s以上,符合潛水?dāng)嚢铏C(jī)工作要求,故潛水?dāng)嚢铏C(jī)與該污水處理池相匹配;同時(shí)確定該潛水?dāng)嚢铏C(jī)可選取功率為3.0kw的電動(dòng)機(jī).利用此方法,可為潛水?dāng)嚢铏C(jī)的實(shí)際工程應(yīng)用提供一定參考依據(jù).

針對(duì)某渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高空低雷諾數(shù)下的應(yīng)用需求,利用numeca三維數(shù)值模擬軟件對(duì)其多級(jí)高負(fù)荷風(fēng)扇/壓氣機(jī)進(jìn)行地面0km及高空21km工況下各轉(zhuǎn)速的氣動(dòng)性能評(píng)估和流場(chǎng)分析.結(jié)果表明:該4級(jí)風(fēng)扇的三維數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,仿真精度能夠滿足工程精度要求,從0km升至21km,風(fēng)扇進(jìn)口葉弦雷諾數(shù)從106降至105量級(jí),風(fēng)扇流量衰減2%～3%,壓比略有降低,效率衰減3%;在9級(jí)壓氣機(jī)的三維數(shù)值模擬中,考慮了級(jí)間引氣對(duì)氣動(dòng)性能的影響,從0km升至21km,壓氣機(jī)進(jìn)口葉弦雷諾數(shù)同樣從106降至105量級(jí),流量和總壓比略有降低,效率衰減隨轉(zhuǎn)速降低而增大,衰減量達(dá)4%～7%.

某型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行近1000h后,發(fā)生2片低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片脫榫斷裂和同級(jí)多片榫頭裂紋故障。通過(guò)對(duì)斷裂和裂紋葉片外觀觀察、斷口分析、化學(xué)成分分析、硬度檢測(cè)和金相檢驗(yàn)等手段,確認(rèn)了斷裂和裂紋葉片失效模式相同,均屬振動(dòng)疲勞斷裂,盤和葉片配合不良引起微動(dòng)磨損是該級(jí)葉片早期振動(dòng)疲勞斷裂的主要原因。盤、片配合不良主要是由于配合面間無(wú)防磨損涂層,在應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生氧化和磨損引起的;通過(guò)盤和葉片榫齒配合面涂干膜潤(rùn)滑,有效解決了盤片配合面微動(dòng)磨損問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)鋁合金葉片斷裂故障進(jìn)行分析,提出采取噴丸強(qiáng)化+涂漆工藝提高葉片應(yīng)力腐蝕防護(hù)能力。研究了噴丸工藝和涂漆工藝對(duì)殘余壓應(yīng)力的分布、松弛以及葉片的耐腐蝕性能和耐風(fēng)砂性能的等的影響規(guī)律。結(jié)果表明,葉片經(jīng)噴丸和涂漆處理后,耐腐蝕性能和耐風(fēng)砂性能顯著提高,同時(shí)葉片的應(yīng)力狀態(tài)得到了有效改善。對(duì)防護(hù)工藝優(yōu)化后的葉片進(jìn)行裝機(jī)試車考核,考核通過(guò)后在葉片上未發(fā)現(xiàn)裂紋。

基于鋼珠撞擊鈦合金平板葉片進(jìn)氣邊的試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)模擬撞擊過(guò)程與撞擊結(jié)果,確定了仿真所需要的材料參數(shù)與計(jì)算參數(shù)。此后,以某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)一級(jí)轉(zhuǎn)子葉片為研究對(duì)象,采用塑性隨動(dòng)硬化本構(gòu)模型,利用ansys/ls-dyna軟件模擬了飛機(jī)起飛、降落過(guò)程中,葉片最大工作狀態(tài)下,不同速度鋼珠對(duì)葉片進(jìn)氣邊同一部位的撞擊損傷。為定量描述損傷規(guī)律,提出了相對(duì)能量和臨界損傷能量的概念,發(fā)現(xiàn):相對(duì)能量不僅能夠反映外物質(zhì)量(大小)及相對(duì)速度對(duì)葉片損傷的總效果,而且就文中研究的葉片而言,相對(duì)能量與損傷深度及損傷寬度呈指數(shù)關(guān)系,葉片的臨界損傷能量值為6.6j。

對(duì)一單級(jí)跨聲壓氣機(jī)采用了三種彎、掠動(dòng)葉后設(shè)計(jì)工況下的非定常流場(chǎng)分別進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了動(dòng)葉彎、掠對(duì)下游靜葉表面靜壓非定常脈動(dòng)的影響.研究結(jié)果表明:三種彎、掠動(dòng)葉都減輕了靜葉前緣頂部和根部的靜壓脈動(dòng),使靜葉前緣所受到的靜壓擾動(dòng)沿徑向分布更為均勻,尤其是彎掠動(dòng)葉的作用最為明顯;除去葉片前緣區(qū)域,三種彎、掠動(dòng)葉對(duì)下游靜葉的頂部壓力面和吸力面的擾動(dòng)都有所減弱,仍然以彎掠動(dòng)葉的作用最為顯著,而在靜葉的中部和根部前緣區(qū)域之外的表面,動(dòng)葉的彎、掠對(duì)壓力擾動(dòng)的影響不明顯.

工程傳熱學(xué)第八章壓氣機(jī)的壓氣過(guò)程講解

利用fluent軟件對(duì)一軸流式通風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,通過(guò)三種流量工況的計(jì)算表明,隨著流量降低,在葉片的吸力面產(chǎn)生流動(dòng)分離,風(fēng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生流動(dòng)旋渦,減少了風(fēng)機(jī)流道內(nèi)部的氣流通道,這是軸流式風(fēng)機(jī)產(chǎn)生失速和喘振的根本原因。

采用cfd和caa方法對(duì)可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行三維流場(chǎng)和聲場(chǎng)數(shù)值模擬,分析了3種葉片翼型對(duì)風(fēng)機(jī)性能和噪聲的影響,根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果及分析得出結(jié)論。

介紹了一有限元計(jì)算機(jī)模擬分析軟件caps-finel和它的主要功能,并給出了一些在鍛造成形工藝中的具體應(yīng)用例子。

為獲得車用渦輪增壓器離心壓氣機(jī)各元件進(jìn)出口及周向靜壓分布,開(kāi)展了跨音速離心壓氣機(jī)級(jí)間靜壓測(cè)試研究。研究結(jié)果表明:蝸舌結(jié)構(gòu)未造成導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口靜壓分布周向不均勻(導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口周向壓力波動(dòng)在2.5kpa之內(nèi));蝸舌結(jié)構(gòu)導(dǎo)致短葉片輪緣靜壓分布的周向不均勻性;同一轉(zhuǎn)速下,跨音速流動(dòng)最高效率工況周向靜壓分布不均勻;葉輪跨音速時(shí),蝸殼沿著流動(dòng)方向進(jìn)行減速擴(kuò)壓;同一轉(zhuǎn)速下,擴(kuò)壓器靜壓提升變化很小(約在3kpa之內(nèi)),而葉輪靜壓提升變化很大(約13～50kpa),葉輪靜壓提升的改變決定壓比流量特性線的陡峭程度。

為了對(duì)壓氣機(jī)輪盤疲勞壽命評(píng)估和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供相應(yīng)的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù),采用有限元分析軟件ansys,建立了某型發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的二維整體模型,討論了高壓壓氣機(jī)不同部位的邊界條件和旋轉(zhuǎn)盤腔內(nèi)換熱的規(guī)律,對(duì)高壓壓氣機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)從慢車狀態(tài)到最大狀態(tài)下的瞬態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算,并分析了盤的徑向溫差隨時(shí)間變化關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明:各級(jí)盤的徑向溫差產(chǎn)生在輪緣與盤中心孔附近的厚塊之間;在溫度場(chǎng)趨于穩(wěn)定的過(guò)程中,徑向溫差先增大后減小;各級(jí)盤的最大徑向溫差隨轉(zhuǎn)子級(jí)數(shù)增加而增大。

在無(wú)吸氣葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,對(duì)葉柵流場(chǎng)計(jì)算程序中吸氣位置處邊界條件進(jìn)行處理,建立了吸附式風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉型優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)。應(yīng)用該優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)某高亞聲速葉型進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化過(guò)程中葉型參數(shù)化采用初始葉型疊加修改量方法,除將葉型參數(shù)化中的葉型控制參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量外,吸氣位置也作為設(shè)計(jì)變量,吸氣系數(shù)為0.01且保持不變。numeca計(jì)算結(jié)果表明:優(yōu)化葉型的總壓損失系數(shù)為0.0195,擴(kuò)散因子為0.676;與優(yōu)化前相比,優(yōu)化后總壓損失系數(shù)減小了54%,擴(kuò)散因子保持不變。該優(yōu)化葉型壓力面尾部出現(xiàn)拐點(diǎn),拐點(diǎn)前流動(dòng)加速減壓,缺點(diǎn)是減小了葉型尾部負(fù)荷,但也抑制了流動(dòng)分離,減少了損失。

多工位連續(xù)鍛造過(guò)程的有限元模擬

介紹了一有限元計(jì)算機(jī)模擬分析軟件caps-finel和它的主要功能,并給出了一些在鍛造成形工藝中的具體應(yīng)用例子。

壓氣機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)的重要組成部件之一,其進(jìn)口導(dǎo)流葉片(inletguidevane,簡(jiǎn)稱igv)安裝在第1級(jí)動(dòng)葉前,用來(lái)控制進(jìn)入第1級(jí)動(dòng)葉前的氣流方向。介紹了igv的結(jié)構(gòu);簡(jiǎn)述了2種可調(diào)igv的控制方式;分析了可調(diào)igv對(duì)燃?xì)庹魵饴?lián)合循環(huán)性能的影響;列舉了可調(diào)igv技術(shù)的工程應(yīng)用效果。結(jié)果表明,在聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中采用連續(xù)可調(diào)的igv技術(shù),可防止壓氣機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生喘振,還可在部分負(fù)荷時(shí)提高聯(lián)合循環(huán)的總體熱效率。

使用fluent軟件模擬計(jì)算具有長(zhǎng)短葉片葉輪的離心泵的全三維流場(chǎng)。選用多重參考坐標(biāo)系及標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,計(jì)算對(duì)包括導(dǎo)入管、葉輪、泵殼及出水管在內(nèi)的整個(gè)離心泵系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果表明,在大部分長(zhǎng)短葉片的通道內(nèi),射流區(qū)偏向于葉片背面,尾跡區(qū)則位于葉片工作面出口附近。泵葉輪各通道的流量、流速及壓力等流動(dòng)參數(shù)的分布表現(xiàn)出明顯的非對(duì)稱性,流動(dòng)參數(shù)的大小與葉輪、泵殼的相對(duì)位置密切相關(guān)。將泵性能的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值作了對(duì)比,以驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。