壓氣機轉子葉片表面動態(tài)壓力測量的探索

壓氣機葉片制造工藝過程剩余應力的檢驗張德林燃氣渦輪發(fā)動機的可靠性和壽命在很大程度上取決于壓氣機葉片的工作可靠性，這是因為壓氣機葉片承受相當大的動載和靜載。在大多數情況下，葉片的耐久性是由彎曲動載決定的，而耐動載能力在很大程度上又取決于葉片表層的性能，...

r270d1葉片是某燃氣輪機壓氣機的第一級模鍛動葉片,所用材料為x5crnicunb16-4鋼。該葉片經1035℃×130min風冷固溶處理、835℃×130min風冷調整處理和545℃×300min時效處理后,其力學性能、斷裂形貌轉變溫度和晶間斷裂百分率均達到了有關技術條件的要求。

利用剛粘塑性有限元法,對某重型燃機壓氣機葉片的多工步鍛造過程進行了三維有限元模擬。通過有限元數值模擬,得到了多工步鍛造過程中坯料的幾何形狀變化、溫度場和應變場的分布規(guī)律以及載荷變化曲線。模擬工藝實驗表明,壓氣機葉片鍛造工藝和模具設計合理,數值模擬結果準確可靠。

1.引言我廠某型發(fā)動機壓氣機一級鋼葉片兩銷孔的加工一直是整個葉片加工的關鍵。在設計上不僅對孔的尺寸精度和兩銷孔的位置精度提出了嚴格的要求,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,對兩銷孔的加工表面質量也提出了嚴格的要求,這就給加工帶來了一定的難度。其中孔表面粗糙度極難保證,該問題一直沒有得到很好的解決。為此,我們對銷孔的加工工藝進行了改進。2.工藝方法的確定圖1為某型發(fā)動機壓氣機一級鋼葉片上的兩個銷孔位置示意圖。要求兩孔中心線對榫頭中心線的偏移不大于0.05mm,葉身中心線(額定位置)在長度100mm上的平行度公差為0.03mm。

psp(pressuresensitiivepaint)測量技術以不改變葉片表面結構及可以進行全域壓力測量的獨特優(yōu)勢而受到廣泛關注,但是受到幾何結構的限制,有關內流場的psp測量實驗難度非常大。本文對issi公司所生產psp測量系統(tǒng)開展了校準試驗,完成了三個來流馬赫數下葉柵葉片吸力面上靜壓分布的測量,并與傳統(tǒng)壓力掃描閥測量結果進行了定量比較。結論如下:(1)校準試驗表明測量系統(tǒng)性能對psp校準曲線有一定影響,為葉柵風洞內壓力測量提供了參考;(2)測量系統(tǒng)大小對內流場測量光路布置影響很大:psp測量系統(tǒng)體積較小,能夠提供更多的光路選擇;(3)三個馬赫數下葉片表面壓力分布表明,壓力分布圖像質量好,基本無噪聲暗點,同時與傳統(tǒng)壓力掃描閥結果定量相比,兩者之間最大測量誤差低于4.4%。

通過對發(fā)動機壓氣機鋁合金葉片斷裂故障進行分析,提出采取噴丸強化+涂漆工藝提高葉片應力腐蝕防護能力。研究了噴丸工藝和涂漆工藝對殘余壓應力的分布、松弛以及葉片的耐腐蝕性能和耐風砂性能的等的影響規(guī)律。結果表明,葉片經噴丸和涂漆處理后,耐腐蝕性能和耐風砂性能顯著提高,同時葉片的應力狀態(tài)得到了有效改善。對防護工藝優(yōu)化后的葉片進行裝機試車考核,考核通過后在葉片上未發(fā)現(xiàn)裂紋。

第41卷第9期 2007年9月 上海交通大學學報 journalofshanghaijiaotonguniversity vol.41no.9 sep.2007 收稿日期:2006-11-22 作者簡介:李楊(1973-),男,沈陽市人,博士生,研究方向:葉輪機械內部流場和氣動聲學,電話(tel.):13817108103; e-mail:mr.leeyang@163.com.歐陽華(聯(lián)系人),男,副教授,電話(tel.):021-64479155;e-mail:oyh@sjtu.edu.cn. 文章編號:1006-2467(2007)09-1522-04 軸流風扇轉子葉片優(yōu)化設計 李楊,歐陽華,杜朝輝 (上海交通大學

軸流風扇轉子葉片優(yōu)化設計

針對一通用型軸流風扇的轉子葉片,以三維粘性流場的數值計算程序為平臺,利用人工神經網絡bp算法和遺傳算法,通過葉片彎掠技術對葉片的周向彎曲角度進行尋優(yōu),以使風扇的性能進一步提高.通過對比優(yōu)化前、后的葉輪發(fā)現(xiàn),優(yōu)化之后的葉片形成明顯的沿周向順葉輪旋轉方向彎曲.試驗結果表明,其全壓效率提高了1.27%,全壓升提高了3.56%,上、下端部的流動損失進一步降低.

為了獲得某型燃氣輪機低壓渦輪壓氣機轉子的動力學特性,并驗證其穩(wěn)定性及可靠性,本文使用samcef/field軟件的轉子動力學分析模塊對該轉子進行了分析計算。根據機組實際運行的條件,計算了該機組轉子的臨界轉速、穩(wěn)態(tài)不平衡響應、葉片丟失瞬態(tài)響應等。計算結果表明,臨界轉速安全系數合理;轉子系統(tǒng)選取的平衡量具有較小的振動幅值;轉子的瞬態(tài)響應結果驗證了結構方案的合理性,轉子系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。得出了此轉子結構方案能保證低壓渦輪壓氣機穩(wěn)定運行的結論。

基于某型船用燃氣輪機低壓壓氣機轉子的實體模型,應用網格劃分軟件hypermesh,通過手動網格劃分建立了壓氣機轉子的有限元模型。利用數值仿真軟件求解了轉子的臨界轉速及轉子第2級、4級、6級分別存在不平衡下的穩(wěn)態(tài)不平衡響應。計算結果表明:轉子具有良好的整體結構剛度,一階臨界轉速安全系數合理。在壓氣機的設計及制造工藝中需要對轉子第4級附近盤鼓的結構強度給予一定重視。

對一單級跨聲壓氣機采用了三種彎、掠動葉后設計工況下的非定常流場分別進行了數值模擬,分析了動葉彎、掠對下游靜葉表面靜壓非定常脈動的影響.研究結果表明:三種彎、掠動葉都減輕了靜葉前緣頂部和根部的靜壓脈動,使靜葉前緣所受到的靜壓擾動沿徑向分布更為均勻,尤其是彎掠動葉的作用最為明顯;除去葉片前緣區(qū)域,三種彎、掠動葉對下游靜葉的頂部壓力面和吸力面的擾動都有所減弱,仍然以彎掠動葉的作用最為顯著,而在靜葉的中部和根部前緣區(qū)域之外的表面,動葉的彎、掠對壓力擾動的影響不明顯.

表面摩擦力是分析和預測風力機葉片氣動特性的重要途徑之一。為了實現(xiàn)風力機葉片全局表面摩擦力測量,獲得流動在葉片上的拓撲結構,理解相關流動機理,引入了熒光油膜測量技術,給出了熒光油膜在表面摩擦力作用下的演化模型,并討論了該演化模型的求解方法。為了驗證該方法在風力機葉片上運用的可行性,設計了一個簡化實驗。實驗中以平板代替具有三維弧面的葉片,并采用不同角度的傾斜射流沖擊給定平板,以獲得不同摩擦場。實驗結果與emsparrow和bjjovell給出的測試數據一致,這意味著基于熒光油膜的全局表面摩擦力測量方法具有測量風力機葉片上全局表面摩擦力的潛力。

以某風扇/壓氣機為研究對象,采用全三維葉型優(yōu)化方法對研究對象在整機條件下進行優(yōu)化設計.對優(yōu)化前后風扇/壓氣機進行全三維數值模擬并對計算結果進行對比分析研究,結果表明:優(yōu)化后在不改變風扇級總壓比的情況下設計點附近效率提高1.05%;在近設計點葉型改進后明顯改善了風扇和外涵靜子主流道的流場結構,根、尖兩個截面流場顯示采用新葉型后對內、外涵靜子通道內流動均有不同程度的改善.

為獲得車用渦輪增壓器離心壓氣機各元件進出口及周向靜壓分布,開展了跨音速離心壓氣機級間靜壓測試研究。研究結果表明:蝸舌結構未造成導風輪進口靜壓分布周向不均勻(導風輪進口周向壓力波動在2.5kpa之內);蝸舌結構導致短葉片輪緣靜壓分布的周向不均勻性;同一轉速下,跨音速流動最高效率工況周向靜壓分布不均勻;葉輪跨音速時,蝸殼沿著流動方向進行減速擴壓;同一轉速下,擴壓器靜壓提升變化很小(約在3kpa之內),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。

論述了在已知葉片軸面截線圖的情況下,采用b樣條插值理論,求出葉片表面控制點,然后利用非均勻有理b樣條方法實現(xiàn)葉片表面的數值化。同時可采用交互方式對葉片表面控制點或其權因子進行修改,構造出逼真的葉片,增強了葉片計算機輔助設計系統(tǒng)的交互設計能力;對改進葉片的設計方法和提高其設計質量具有重要意義。

第41卷第9期 2007年9月 上海交通大學學報 journalofshanghaijiaotonguniversity vol.41no.9 sep.2007 收稿日期:2006-11-22 作者簡介:李楊(1973-),男,沈陽市人,博士生,研究方向:葉輪機械內部流場和氣動聲學,電話(tel.):13817108103; e-mail:mr.leeyang@163.com.歐陽華(聯(lián)系人),男,副教授,電話(tel.):021-64479155;e-mail:oyh@sjtu.edu.cn. 文章編號:1006-2467(2007)09-1522-04 軸流風扇轉子葉片優(yōu)化設計 李楊,歐陽華,杜朝輝 (上海交通大學

本文由薄翼陣風響應理論建立了任意頻率和相位諧振動的二維離心式葉輪葉片上不穩(wěn)定脈動力及力矩的計算模型，利用聲輻射方向可予測離心風機葉輪的輻射聲功率和自由聲場法對離心風機噪聲進行了實測，實測值與予測值吻合較好。

在無吸氣葉型優(yōu)化設計平臺的基礎上,對葉柵流場計算程序中吸氣位置處邊界條件進行處理,建立了吸附式風扇/壓氣機葉型優(yōu)化設計平臺。應用該優(yōu)化設計平臺對某高亞聲速葉型進行了優(yōu)化,優(yōu)化過程中葉型參數化采用初始葉型疊加修改量方法,除將葉型參數化中的葉型控制參數作為設計變量外,吸氣位置也作為設計變量,吸氣系數為0.01且保持不變。numeca計算結果表明:優(yōu)化葉型的總壓損失系數為0.0195,擴散因子為0.676;與優(yōu)化前相比,優(yōu)化后總壓損失系數減小了54%,擴散因子保持不變。該優(yōu)化葉型壓力面尾部出現(xiàn)拐點,拐點前流動加速減壓,缺點是減小了葉型尾部負荷,但也抑制了流動分離,減少了損失。

利用有限元法推導某艦用燃氣輪機高壓渦輪壓氣機轉子的傳遞矩陣,并建立轉子的多體系統(tǒng)傳遞矩陣模型。通過算例證明,該方法計算準確,為用有限元法和多體系統(tǒng)傳遞矩陣法求解燃氣輪機轉子學問題提供了新思路。

結合煉鋼轉爐用風機因爐氣而導致葉片磨蝕較快的實際情況,從改善葉片材料的角度出發(fā),采用溶膠—凝膠法制備sio2涂層用在金屬基體上進行試驗。結果表明:在金屬基體上進行sio2涂層對金屬具有保護作用,可提高金屬在酸性條件下的耐腐蝕性。

采用"槳葉表面預先壓槽,再粘貼片式壓力傳感器并粘膠帶再開測量孔"的方法測量旋翼模型槳葉表面壓力,在8m×6m風洞完成了地面懸停和風洞前飛試驗,研究了槳葉表面壓力測量技術和數據采集處理技術,獲得了槳葉表面特征剖面的壓力分布,建立了實用的旋翼模型槳葉表面壓力測量試驗技術。