基于非线性谐波法的多级轴流压缩机叶顶间隙流动分析

为了探究叶顶间隙对多级轴流压缩机的内部流动和气动性能的影响,对某12级多级轴流压缩机进行研究。首先,基于数值模拟预测出叶顶间隙为近零间隙(C_(n0))、设计间隙(C_(d))、1.5倍设计间隙(1.5C_(d))、2倍设计间隙(2C_(d))的压缩机性能曲线;然后,在此基础上采用非线性谐波法(NLH)对不同间隙模型进行非定常数值模拟计算;最后,对模拟结果的内部流场状况进行分析。研究结果表明:叶顶间隙大小不仅影响压缩机的流量特性曲线,而且在某个间隙时压缩机的性能最佳,同时在稳定的工作范围内存在一个最佳间隙,即失速裕度最佳值。通过对压缩机叶顶区域流场的分析,从非定常流场的角度阐明了叶顶泄漏流形成的涡对压缩机性能影响的原因,在近零间隙模型中,叶顶间隙涡不明显,由间隙过小导致堵塞引起叶片吸力面出现较大范围的高速流动区域。当叶尖间隙在最优值左右时,叶尖泄漏流动抑制了流动分离。而随着叶顶间隙的不断增大,叶顶间隙引起涡的尺度和强度也相应增大,使压缩机性能降低。

双吸离心泵变频调速过程中叶轮的径向力特性

为研究离心泵在变频调节过程中叶轮的受力特性,以某一单级双吸泵离心泵为研究对象,对其在“线性”及“非线性”2种变转速调节规律下泵内流场进行数值模拟,分析变转速过程中叶轮所受径向力及其流道内压力变化.结果表明:不同的变转速过程,转速变化率对径向力变化出现差异起主导作用;2种变转速过程中径向力在圆周方向的矢量分布呈现略微差异,非线性变化时各方向受力更加均匀,更利于设备稳定运行;相比不同时刻所对应的定转速工况,变速工况下径向力均偏大,在0.11 s时刻最为明显,且非线性变化过程径向力值增幅更大,达到534 N;在变频调节过程中,径向力的脉动频率以低频为主;相比于其他部位,叶轮出口的压力变化较明显,引起叶轮出口受力变化,是影响径向力大小的直接因素.

基于水波算法的供水泵站多目标优化运行研究

为解决供水泵站水泵偏工况运行、机组频繁启停等问题,以并联泵组为研究对象,建立调度周期内运行费用、机组启停总次数与调度人员启停任务次数的多目标函数,及水泵调速比、流量偏离度、供水需求为约束条件的泵站运行优化数学模型。运用多目标水波算法,生成Pareto解集,并基于CRITIC法进行多属性决策研究,求解泵站多目标优化与决策问题。工程算例表明,该方法能很好地解决供水泵站并联机组的多目标综合优化问题,并通过决策方法为调度人员提供综合性能较好的调度方案,相比于以最小运行费用的单目标仅高出0.6%,但减少了16次机组启停次数、4次启停任务次数。研究结果在兼顾运行成本的同时有效提升泵站运行安全性及稳定性,并可延长水泵运行寿命,为泵站优化问题提供参考方案。

梳齿角对“迷宫+蜂窝”复合密封泄漏及动力特性的影响

近年来,一类在传统迷宫密封梳齿间增添蜂窝的复合密封结构逐步应用于叶片式压缩机等高速透平机械。为探究梳齿角对复合密封的泄漏及动力特性的影响,结合某叶片式压缩机优化设计实际需求,建立了静子齿复合密封(TOS CS)、转子齿复合密封(TOR CS)两种复合密封的三维模型,采用数值模拟方法分析在半频涡动下梳齿角对两种复合密封的泄漏及动力特性的影响。结果表明:TOR CS的泄漏量随着梳齿角的增大而减小,而TOS CS存在一个临界角度θ_(cr),梳齿角低于θ_(cr)时,泄漏量随着梳齿角的增大而减小,梳齿角高于θ_(cr)时,泄漏量随着梳齿角的增大而增大。两种复合密封的泄漏量随压缩机的压比的增大而升高,压比的增大对小梳齿角TOS CS、大梳齿角TOR CS泄漏量影响较大。在半频涡动下,相同梳齿角的TOS CS有效阻尼比TOR CS高56.4%~61.2%,随着梳齿角的增大,TOS CS与TOR CS直接刚度、交叉刚度降低,直接阻尼增大,TOS CS与TOR CS的有效阻尼分别提升了89.5%、83.2%,转子稳定性可得到提升。研究结论为高转速透平机械的复合密封结构优化设计提供了有力支撑。

涡轮叶片逆向建模与特征参数提取

为了在已有涡轮叶片实物基础上进行再创新设计,采用激光扫描仪对涡轮叶片进行数字化扫描,提出了在三维测量得到涡轮叶片点云数据的基础上,准确进行逆向建模、反求几何参数和提取气动特征参数的逆向设计方法.根据涡轮叶片的几何参数反求和提取气动特征参数要求,基于获取涡轮叶片的截面点云图,用五次多项式曲线拟合叶盆和叶背,并用圆弧逼近叶形前后缘.基于该方法,采用Matlab软件对涡轮截面线点云进行拟合,反求得到了叶身型线方程,拟合偏差控制在[-0.01 mm,0.01 mm]之内,能够获得准确的叶片截面型线和气动特征参数.

基于数值试验的水轮机改造新方法

传统的水轮机改造方法是针对水电站水轮机中拟改造的过流部件和实际运行条件,采用类似新电站设计的多方案设计和模型试验进行性能对比来论证改造方案和验证设计.在水轮机改造过程中,因受到了已有流道的限制,其过流部件与新建电站的设计思路有很大的差异.根据水轮机改造中过流部件设计的特点,基于数字化设计与试验的思想,对全流道进行联合的三维粘性流动数值模拟.在数值模拟的基础上进行性能预测,以数值试验取代模型性能试验,提出一套基于数值试验的水轮机改造技术,并简介该技术在水电站水轮机改造中的实际应用情况.

水电机组推力轴承镜板泵及油循环冷却系统的水力优化设计

针对水电机组推力轴承镜板泵流体动力设计过程中孔的布置形式以及集油槽的断面形状、面积和出口管路直径等几何参数优化问题,提出适合镜板泵流道设计的镜板泵性能预测及优化设计方法。通过不同几何参数组合,采用基于多工况数值模拟的性能预测方法来分析镜板泵的主要过流部件的关键尺寸、形状等对其性能的影响,并在此基础上提出一种基于整个循环系统协同的镜板泵水力优化设计方法,可提高自循环系统设计中流体动力系统的性能及可靠性。对比试验表明,在原试验循环系统参数不变的条件下,某大型水电机组推力轴承镜板泵在优化设计后平均扬程提高4 m,平均效率提高5.5%,且H-Q曲线能更好保证变工况运行时系统的稳定性。

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明:该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.

基于虚拟产品开发技术的叶轮优化设计

叶轮是透平机械的核心部件,其研制过程复杂、周期长,基于实物模型试验为主的传统研制方式成本太高。为此,提出采用虚拟产品开发(VPD)技术,将水轮机叶轮的CAD/CFD/CAE/CAM并行集成,在叶轮叶片设计引入DFM,以虚拟制造(VM)重构水轮机叶轮研制过程的设计方法。该方法使水轮机转轮从“设计-模型试验-修改设计”迭代过程改变成“设计-计算仿真试验(CFD)-修改设计”迭代过程,以CFD数值试验取代了模型试验,有必要时最终设计方案才进行模型试验验证。并详细讨论了基于VM的水轮机叶轮研制流程、基于VM的叶轮建模、叶轮内部的三维流场数值仿真和基于VPD的叶片优化设计。

离心泵的空化流数值模拟与空化余量预测

空化余量是泵非常重要的性能指标之一,目前主要依靠试验来确定。如何在离心泵设计过程中较为准确地预测出必须的空化余量对优化设计和提高运行稳定性等方面十分重要。针对离心泵运行过程中发生空化时的流动特点,基于Rayleigh-Plesset方程来描述空泡生长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用混合空化两相流模型和三维全流道两相流流动数值模拟技术,探索通过数值试验来预测空化余量的方法。对一低比转速离心泵进行全流道空化流数值模拟,通过改变NPSHa来模拟试验工况,数值模拟预测出各模拟试验工况下的扬程、叶片表面压力分布、叶片表面空化发生区域以及流道内空泡体积率分布,从而预测该泵的NPSHr,其预测结果与试验值的误差小于10%。

基于性能预测的主油泵优化设计

主油泵是汽轮机组的供油系统中重要设备之一。对这类主油泵研制若采用传统以模型试验为主的研究开发过程,不仅成本高和周期长,而且对其流体动力性能的优化并不十分有效。本文介绍采用以全流道三维粘性流场数值模拟为基础进行性能预测的优化设计方法,通过数值试验取代传统模型试验来实现主油泵的优化设计技术。通过对引进的600MW汽轮机组配套的主油泵进行全流道三维流场数值模拟及性能预测,并与试验结果进行对比分析,验证了基于多工况流场数值模拟的性能预测技术的可靠性。结合国内大型汽轮机组配套的主油泵优化和自主创新工程需要,以某300MW汽轮机组配套的主油泵改造为具体对象进行优化设计,使其性能得到了很大的提高,进一步证明文中提出方法的可行性和可靠性。

CAD/CAM在水轮机叶片热模压成型工艺中的应用

介绍采用UG CAD/CAM及其强大的二次开发平台，解决混流式水轮机叶片热模压成型工艺中急需解决的叶片展开、压模设计及数控加工等关键技术问题。研究开发了叶片曲面的三维几何造型、密化计算处理、建立束展开的数学模型、及其带工程约束的几何近似展开方法及算法。并基于UG CAD/CAM用GRIP语言开发了解决这类技术问题相应的软件。该软件已实际用于叶片的制造，证明方法和软件都是可行的，具有良好的技术和经济性。

基于性能预测的水轮机水力优化设计

本文分析水轮机各过流部件内的三维流动特点及现行的水力设计方法存在的问题 ,提出了在采用传统的过流部件水力设计进行流道初步设计后 ,考虑各过流部件耦合作用关系 ,对整个流道进行三维粘性流动计算分析及性能预测 ,以流场数值模拟取代模型试验 ,修改完善设计的水力优化设计思想和方法。以某混流式水轮机设计为例 ,给出性能预测和部分优化设计结果 ,证明文中提出的思想和方法是切实可行的。

大型X型混流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术

大型X型混流式水轮机叶片的五轴联动数控加工技术包括叶片数控加工主要工艺过程中，叶片毛坯三维型面测量、计算机辅助自动余量分布计算、叶片加工定位基准与夹具设计、加工区域划分和加工刀具选择，以及叶片精加工后的型面检测等技术。还包括叶片计算机仿真加工过程中，有关五轴刀位计算及刀具干涉检查计算、切削图形仿真及干涉检查、机床仿真及碰撞检查，以及后置处理和加工程序生成等技术。这些技术已成功用于三峡电站Φ3. 3m转轮叶片数控加工。

大型雕塑曲面零件数控加工编程的关键技术

多轴联动数控加工编程是大型雕塑曲面零件加工的最重要任务之一。本文介绍五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到的刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。针对这些技术进行研究开发 ,实现了大型水轮机叶片的五轴联动数控加工 ,并成为叶片加工的编程工具。

大型水轮机叶片制造技术的新进展

转轮叶片制造技术是水轮机制造业的关键技术之一。近十几年来,水轮机迅速朝着巨型化方向发展,一些先进设计制造技术在水轮机行业中逐步得到开发并推广应用,在大型水轮机叶片制造技术方面取得较大的新进展。本文简要介绍从材料、毛坯、加工成型、质量控制等大型水轮机叶片制造过程中主要的技术进步。

虚拟制造技术在水轮机转轮设计制造中的应用

转轮是水轮机中的核心部件 ,不仅其研制过程非常复杂和周期很长 ,而且传统基于实物模型试验为主的研制方式成本太高。本文采用虚拟制造的理论和技术 ,重构传统的水轮机转轮研制过程 ,采用仿真设计和加工手段 ,改造传统的设计制造方式 ,并重点介绍虚拟制造在转轮设计与制造中的应用。

先进制造技术在发电设备制造业中的应用探讨

先进制造技术是指在当今技术条件下能显著提高企业的设计、加工、检测、物料储运、营销和生产管理等方面能力的设备、计算机软硬件和管理方法。根据先进制造技术的发展趋势、探讨其在我国发电设备制造业中的应用、存在的问题及对策 。

数控加工自动编程技术的发展

数控加工自动编程经历了第一代ATP编程、第二代图形编程和第三代基于特征的CAM编程。其发展方向是CAD/CAM编程系统的柔性化、可视化、优化、自动化和智能化,以及计算机仿真和虚拟加工技术。我国目前数控加工自动编程大多采用基于工作站的CAD/CAM系统和基于微机的CAM系统。国内有影响的编程系统有北航海尔的CAMX和华中科大的InteCAM。

水轮机叶片的五轴数控加工工艺规划及轨迹优化

针对大型水轮机叶片的五轴联动数控加工要求,制定出适合国内技术条件的工艺规划。提出在计算叶片五轴联动加工刀位时采用等残余高度刀位规划,并考虑三维非线性误差来计算走刀步长的刀位轨迹生成策略。为了避免刀具后跟角干涉的要求,提出根据叶片的曲面性态分析来确定叶片五轴联动加工中的刀轴控制和刀位轨迹优化计算方法。将该方法与CAM软件结合,用于大型混流式和轴流式叶片数控加工,结果表明:该方法既能严格控制加工误差,又要能提高加工效率。