零质量射流下波浪前缘叶片气动性能数值研究

针对垂直轴风机叶片大攻角工况下因流动分离导致的失速及颤振抖振问题,引入零质量射流激励对波浪型前缘叶片进行流动分离控制.采用大涡模拟方法建立了波浪前缘叶片绕流数值模型,探究了主/被动耦合控制下叶片升阻力特性及其流动分离机理,分析了射流参数(射流位置、动量系数)对波浪前缘叶片气动性能及失速特性的影响机制,研究发现:受控前后大攻角下波浪型前缘能诱导产生较小尺度流向涡,降低后方大分离涡尺度,波浪前缘与零质量射流耦合控制对于大攻角下流动分离抑制较单一控制更优;零质量射流吹气时使前缘流向涡有更高的动能抵抗逆压梯度从而延迟流动分离,吸气时会吸走流向涡的低动量流体,抑制流向涡发展成大分离涡;射流布置在距基准前缘0.033c处,即位于前缘流向涡最前端,能最大程度地参与前缘流向涡的生成,升阻比的提升效果最好;且升阻比提升量随着动量系数增大而增大,但控制经济性在动量系数0.018时最优,研究结果为垂直轴风力机失速控制提供了有益参考.

航发叶片类零件振动回转抛磨的磨损行为分析

振动抛磨已应用于航空发动机叶片抛光,该工艺仍存在加工效率低、均匀一致性差的问题。针对这些问题,基于离散元法和滚磨光整加工理论,提出了航空发动机叶片类零件振动回转抛磨工艺方案。采用EDEM模拟分析了工件表面磨损深度随时间的变化规律,并探究了工件埋入深度、滚筒大小(直径、长度)对加工效果的影响。结果表明:相对于传统的振动抛磨,振动回转抛磨能改变工件在颗粒介质流场中的空间位置,有利于提高工件表面加工一致性;当工件在回转过程中的空间位置沿径向变化较小时,即工件位于滚筒轴心位置,工件的加工效果较好;通过改变滚筒大小,可以改善工件的加工效果,综合考虑工件表面加工效率及均匀一致性,根据仿真结果选取滚筒大小最佳参数范围:滚筒直径:(90~100)mm,滚筒长度:(80~100)mm。

直升机小速度前飞状态下的振动机理研究

针对直升机在小速度前飞状态下振动偏大问题展开机理研究。采用自由尾迹模型计算小速度前飞状态下的旋翼桨涡干扰气动特征;推导了桨叶4自由度桨叶挥舞动力学结构有限元模型,以进行模态分析和结构参数影响分析;采用预定气动载荷法,建立桨叶挥舞动力学模型,分析桨叶结构动响应/载荷特征。研究结果表明,小速度状态下,气动载荷中桨涡干扰所致的频率为五倍旋翼转速的谐波成分是其振动问题的“外部”气动力源头;旋翼展向上根部大分布质量引起的惯性载荷是其振动问题的“内部”根源;两者的综合作用使得通过频率的旋翼动载荷高于基准旋翼,引起机体的异常振动。

叶片质量不平衡下风机基础的疲劳性能

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片—塔筒—基础一体化有限元模型,计算了结构自振特性和基本运行载荷与附加载荷共同作用下的载荷响应。结果表明:风机叶片质量不平衡程度加深会导致基础结构的应力集中现象,加剧应力幅增加,进而影响结构的疲劳性能与寿命;结构中混凝土的受力特性受影响较大,钢筋笼次之,基础环最小。

跨音速流动中涡轮动叶叶顶的气膜冷却特性分析

为了掌握跨音速流动中涡轮动叶叶顶气膜冷却特性,采用压敏漆测试技术来研究叶顶间隙高度和质量流量比对叶顶气膜冷却特性的影响规律。研究结果表明:在小质量流量比条件下,增加叶顶间隙高度能够有效改善叶顶中弦区域的气膜覆盖,然而当质量流量较大时,叶顶间隙高度变化对叶顶中弦区域的气膜冷却效率分布影响并不明显;在小叶顶间隙高度条件下,随着质量流量比增加,叶顶中弦区域冷气覆盖效果逐渐变差,在大叶顶间隙高度条件下,仅当质量流量比从0.1%+0.05%增加到0.14%+0.07%时,叶顶中弦区域的冷气覆盖效果才有所改善。

反动式工业汽轮机超高转速大流量低压级组优化

杭汽轮引进的西门子反动式工业汽轮机低压扭叶级组在转速和热力性能方面已经无法满足现有市场的需求。针对上述问题,采用优化算法对该系列叶型进行优化,同时,引入了斜T型叶根和枞树型叶根,改进了T型末叶根骑缝螺杆锁紧结构,提高了叶片和转子的材料等级,此外,还通过分析已运行的同类型低压级组的运行数据,推算出优化后级组的最大许用质量流量。综上,优化后的级组子午面尺寸未发生改变,总总效率较优化前最高提高了2.5%,最高连续转速提高了20%,且通流能力保持不变。

基于随机森林模型的叶片质量不平衡故障诊断

风力发电机叶片出现质量不平衡时若照常工作,不仅会影响经济效益,严重时还会直接损坏叶片等设备,引发安全事故。为此,使用RFECV特征筛选算法进行特征值提取,之后采用随机森林模型进行训练与预测。实验结果显示,将RFECV特征筛选算法应用于随机森林模型,可实现叶片质量不平衡故障诊断并提高模型泛化能力。利用新方法进行叶片质量不平衡故障诊断,可为风机长期稳定运行在正常工况做出贡献。

基于RF-GRNN复合方法的压气机转静叶排间流量研究

在压气机运转的实际流动过程中,由于叶片尾迹存在而导致的流量堵塞情况不可忽视。引入非稳态流量系数这一概念,并提出应用RF-GRNN(随机森林-广义回归神经网络)复合代理模型对因尾迹导致的下游流量堵塞情况以及转静叶排间流量进行预测的方法。通过Sobol′敏感性分析法对第一级转子叶片几何参数及转静叶排轴向间距进行了敏感性分析并筛选出敏感参数,采用拉丁超立方抽样法建立起压气机模型数据库。对数据库进行一系列非定常全周数值模拟,并计算得出样本对应的非稳态流量系数。为了实现模型的小样本、高性能预测,引入随机森林(Random Forest)回归算法进行误差校正,训练适用于小样本数据的RF-GRNN复合模型并进行流量预测。结果表明,相比于传统GRNN模型,RF-GRNN复合模型的预测精度获得了显著提升。此复合模型可根据第一级转子叶片最大相对厚度及转静叶排轴向间距两个几何参数来预测下游的流量堵塞情况及转静叶排间流量,在小样本的前提下达到了较高的预测精度,有助于实际工程应用与叶片设计。

叶片质量不平衡对基础环式风机基础服役性能影响研究

风力发电机叶片长期暴露于恶劣的高空环境,极易产生质量不平衡故障,对风力机的稳定可靠运行影响极大。传统的叶片质量不平衡研究主要集中于对风力发电机组功率和塔筒的分析。基础环式基础广泛应用于风力发电机,在循环荷载作用下易发生损伤破坏。因此,基于叶素动量等理论建立考虑叶片质量不平衡故障的基础环式风机基础服役性能评估模型,模型利用解析方法计算质量失衡叶片对基础造成的附加荷载,结合平衡条件和连续性条件,选用大型有限元软件ABAQUS模拟分析叶片质量不平衡故障对风力机基础应力、疲劳寿命以及侧壁混凝土裂缝发展规律的影响。结果发现:质量失衡叶片在水平方向对风力机基础疲劳寿命的影响最大,叶片质量失衡故障会加快基础混凝土损伤过程,增加基础环的水平度,进而降低风力机基础整体服役的可靠性。此外,建议风力机发生较小叶片质量失衡损伤时通过降低转速维持风力机运行,并定期监测叶片质量失衡比。

跨声速流中圆锥孔在涡轮动叶叶顶上的气膜冷却特性实验研究

采用实验方法研究了跨声速流中圆锥孔在涡轮动叶叶顶上的气膜冷却特性。通过压敏漆测试技术系统全面分析了质量流量比和密度比对带圆锥孔凹槽叶顶上气膜冷却效率分布的影响规律。基于轴向弦长的叶栅通道入口雷诺数为3.68×10^(5),叶栅通道出口马赫数为1.05。质量流量比为0.1%+0.05%,0.14%+0.07%和0.21%+0.105%。密度比为1,1.5和2。结果表明:质量流量比越小,叶顶上圆锥孔的导流作用越强,冷气在叶顶上的覆盖面积增加。质量流量比过大时冷气集中成束从圆锥孔射出,冷气在叶顶上扩散性较差。随着密度比增加,叶顶上的气膜冷却效果逐渐改善,特别是大质量流量比条件下。

真空热解在回收风电叶片中的研究

研究了风电叶片粉碎料的真空热解工艺。研究结果表明,在试验条件下,叶片中的树脂组分充分热解,冷凝后形成热解油、热解气与剩余固体,热解温度为热解反应的主要影响因素,真空度对产物的气液形态影响明显,热解油为多种有机化合物组成的混合物。通过叶片热解产物及热解工艺的分析,认为真空热解在风电叶片的回收处理中可起到有效处置作用,出产多种有价值的回收产物,且该工艺具备工业化条件与基础,可有效推动并维护风电产业绿色循环发展。

基于坐标变换的双馈风力发电机组叶片质量不平衡故障诊断

首先分析了叶片质量不平衡故障时双馈风力发电机组的电气特性,提出了基于dq坐标变换规则的定、转子电流特性分析法;然后采用希尔伯特解调法对电流信号进行处理,突出了电流的故障频率;最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,并在双馈风力发电机组实验平台上进行了验证。结果表明,叶片质量不平衡故障时,发电机定、转子电流中都包含故障频率——叶片转频,该方法在叶片不平衡故障的识别中是有效的,具有一定的工程应用价值。

风力机叶片结构参数敏感性分析及优化设计

以某1.5 MW风力机叶片为实例,建立叶片有限元模型,并对叶片关键结构参数进行敏感性分析。结果表明,铺层角度对叶片结构特性影响最大,主梁帽宽度及铺层厚度的影响次之,主梁帽铺层位置以及腹板布置位置的影响最小。在敏感性分析的基础上,建立以叶片质量最轻为目标函数,以主梁帽宽度、铺层数、铺层位置以及腹板布置位置为设计变量,以叶片的强度、刚度与振动性能为约束条件的优化设计数学模型,采用遗传算法与有限元法相结合的方法对叶片结构进行优化设计研究。与原设计方案相比,优化设计方案的叶片质量减轻9.8%,结构应变分布更为合理,且不会发生共振,表明优化方法合理有效。

叶轮质量不平衡故障下双馈风力发电机特性分析

针对双馈风力发电机组叶轮质量不平衡故障展开研究,综合考虑机组最大风能追踪控制策略(MPPT)以及转子侧矢量控制策略,分析叶轮质量不平衡故障对双馈风力发电机电气特性的影响,推导转子电流的解析表达式,并得出定子电流和功率的变化特性。然后在Matlab/Simulink平台进行仿真,并通过实验进行验证。仿真和实验表明,叶轮质量不平衡故障时双馈风力发电机功率发生波动,频率为叶轮转频及其倍频;定、转子电流中除基波外还包含调制谐波,调制频率为叶轮转频及其倍频。

考虑气动弹性的风力机叶片外形优化设计

针对气动弹性对风力机性能的影响,引入叶片受载时的扭转角,建立了考虑气动弹性的风力机空气动力学模型。在此基础上,提出了以额定风速下风能利用系数为目标的优化模型,优化模型中将叶片的弦长和扭角分布作为设计变量,并考虑了气动弹性对风力机叶片性能的影响,以850 k W风力机叶片作为参考叶片,运用改进的遗传算法对其进行优化设计,结果表明:相比参考叶片,优化后的叶片的最大风能利用系数得到提高,同时,在叶片质量减小的前提下,风力机的输出功率得到提高,最高达23 k W。该设计方法为设计出高性能低成本的风力机叶片提供了理论依据。

风机叶片气固耦合特性研究

针对风机叶片外形复杂的特点,假设结构浸入无限大的气流场中,可运用虚质量法。对风机叶片和周围空气选用相同的三维等参单元进行离散,应用Galerkin法计算气体内任意点压强,气体通过质量矩阵直接与结构耦合,推导出风机叶片与周围气体耦合微分方程模型。运用威尔逊-θ法求解耦合微分方程,得到考虑周围空气作用时风机叶片的模态,并用试验测试风机叶片在空气中的模态,比较两种方法得到的模态。利用模态分析理论对风机叶片颤振、噪声辐射特点等进行分析,研究风机叶片与周围媒质耦合对叶片颤振、声辐射的影响。

悬臂转子系统振动特性分析

推导建立了考虑转轮叶片作用的悬臂转子系统动力学方程。对运动微分方程进行数值积分,分析了质量偏心、转轮叶片质量及轴承之间的距离等对悬臂转子系统振动特性的影响。数值分析结果表明,随着圆盘2质量偏心的不断增加,转子系统的径向位移近似线性增大;当转轮叶片质量、轴承之间的距离等取不同值时,转子系统径向位移的变化情况较为复杂。圆盘1的径向位移值可能会大于、等于或小于圆盘2的径向位移值。

利用Euler梁模型计算汽轮机叶片静频和动频的传递矩阵法

根据在定常轴向力作用下 ,均匀梁的横向振动方程 ,推导了其固有振动特性计算的连续质量传递矩阵模型。通过对模型的修正 ,获得了在分布轴向力作用下梁振动计算的传递矩阵模型 ,并使用该模型计算了在不同分布轴向力作用下悬臂梁的固有频率以及 432型叶片的静频和动频 ,结果表明此方法不仅能精确地计算在分布轴向力作用下梁结构的振动特性 ,还能比较准确地计算叶片的静态和动态振动特性。

风机叶片旋转疲劳加载系统研究

设计了偏心旋转质量块疲劳加载系统,对风机叶片疲劳加载试验传动系统中关键参数进行了分析及匹配优化,使得系统传动效果最优化。采用激光传感器测距,虚拟仪器开发软件实现信号的采集读取、分析运算、显示存储及通信控制,PLC执行相关程序算法对频率搜索跟踪、输出控制,完成叶片疲劳加载测试过程。试验结果表明:疲劳加载系统具有足够的安全性和可靠性,达到了较好的控制效果,降低了设备成本,为风电叶片检测与分析提供一种的实用手段。

基于CFD技术的双吸式离心泵转轮副叶片优化

应用Fluent软件,基于RNG k-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,分析了不同长度、不同相对位置的副叶片对口环保护和水泵效率的影响.结果表明:选择的模型可准确地模拟双吸式离心泵内部流场和口环部位泥沙质量浓度,口环附近流速较低,对泥沙颗粒的挟带能力较弱,造成口环附近泥沙质量浓度远远高于水中平均泥沙质量浓度,导致了口环处快速磨损;缩短副叶片长度,能有效减小水泵装置效率的降幅,副叶片长度为1/4叶片长度时,靠近口环区域水流的相对速度的径向分量比较小,副叶片不能有效减小泥沙对口环的磨损;副叶片数由4减为3时,水流的挟沙能力得以保持,对口环的保护效果仍然明显,同时还能有效减小水泵装置效率的降幅;通过对比分析,方案7中的副叶片既能减小泥沙对口环的磨损,还能有效地减小由于副叶片的存在导致的圆盘摩擦损失,因此,选择方案7为最终优选方案.