径流涡轮叶尖间隙对叶片振动的影响研究

由于对高效、高响应性涡轮增压器的大量需求,径流涡轮叶片的高周疲劳已成为涡轮增压器损坏的最常见原因。叶尖间隙是主导叶尖泄漏涡演化的关键参数,并影响叶片表面的气动激振力,其对叶片振动的影响不可忽略。本文采用单向流固耦合数值方法,研究无叶径流涡轮叶尖间隙对叶片振动的影响。结果表明,叶片振幅随间隙增大成“V形”变化趋势。广义能量分析表明,“V形”趋势由压力谐波分量的幅值在叶片表面的分布所决定。流场分析进一步表明,压力谐波分量的幅值在叶片压力面和吸力面的分布均受叶尖泄漏涡影响,但两者的机理不同。

机匣处理在无喷嘴径流涡轮叶片抑振中的应用

高周疲劳是无喷嘴径流涡轮叶片损坏的主要原因。大部分有关叶片抑振的研究都侧重于修改叶片与蜗壳几何,然而这些方法具有周期长、通用性差、影响涡轮气动性能等缺陷。本文采用流固耦合数值方法并结合实验验证,研究基于机匣处理的抑振流动控制方法。由广义力方法的基本原理可知,通过引入额外的激振力以抵消蜗壳产生的激振力,从而降低振幅。通过在叶片尾缘附近的机匣壁面上设计轴向沟槽以实现这一目标。首先研究蜗舌与沟槽相对位置对气动激振的影响。结果表明,当沟槽与蜗舌距离最大时,叶片振幅显著降低。广义力和流场分析进一步表明,在该位置处,蜗壳与沟槽的激振效应抵消。接下来研究沟槽尺寸参数对气动激振的影响。结果表明,通过合理调节参数,振幅最多下降了94%。其中两个参数只影响广义力的长度而不改变相位,极大地方便了沟槽的优化设计。本研究可用于指导高性能、高可靠性无喷嘴涡轮的设计。