俄制核电末级叶片围带磨损原因分析及间隙修复

采用试验手段和有限元方法对某核电汽轮机末级叶片围带磨损原因进行了分析,并基于叶片围带在不同间隙下的安全性和经济性分析,确定了叶片安全运行时的围带间隙范围,给出了叶片围带间隙的修复方法和实施工艺流程,为后续末级叶片检修提供了重要的理论依据。

带锯齿形叶冠叶片冷热态尺寸换算方法

介绍涡轮叶片叶身与叶冠的冷热态尺寸换算原理。以优化设计方式建立带锯齿形叶冠叶片的冷热态尺寸换算方法,并以某型带冠涡轮叶片为例,完成带冠涡轮叶片从热态尺寸到冷态尺寸的换算。结果表明:所建立的带锯齿形叶冠叶片冷热态尺寸换算方法精确可靠,为其他典型涡轮部件的冷热态尺寸换算提供了参考。

带凸肩叶片非旋转状态减振特性试验

设计了一套能够准确施加凸肩接触面正压力的非旋转状态带凸肩叶片减振特性试验系统,并对该系统的设计要求、正压力的加载方案以及试验误差进行了说明.利用该试验系统对不同激振力、不同初始正压力、不同凸肩接触角度和不同凸肩位置下叶片的一阶弯曲振动特性进行了测试,分析了凸肩接触面正压力、凸肩接触角度及凸肩位置等重要参数对凸肩结构减振效果的影响规律.试验结果显示,对一定的激振力存在一个最优的接触面初始正压力使得凸肩减振效果最好;凸肩接触角度和位置使凸肩接触面相对运动越大,凸肩的减振效果越好.

变转速工业汽轮机叶片叶冠设计研究

以某型变转速工业汽轮机低压级叶片为研究对象,对叶冠进行结构设计。根据叶冠的特点建立了参数化模型,以啮合角和冠形角为设计变量,确定了叶冠局部等效应力最小和叶冠质量最轻为目标函数。通过采用基于Kriging响应面的遗传算法优化出2组尺寸方案。对比了采用的2组方案,叶片在工作转速范围内叶冠的接触状态和接触应力对叶冠阻尼效果的影响。同时对2组方案叶片进行谐响应分析,得到叶身振动应力分布。综上筛选出方案1为最优方案,其相较原始模型,叶冠最大局部应力降低25.1%,质量增加2.2%,改善了70%转速下叶冠接触状态,且叶身振动应力降低6.6%。该研究结果可以指导变转速工业汽轮机叶片的叶冠设计。

自带冠叶片碰撞减振研究

建立自带冠叶片碰撞减振的力学模型和数学模型,用理论方法和试验方法研究碰撞减振效果与叶片结构参数之间的关系.研究结果表明,自带冠叶片碰撞减振具有很好的减振效果,其动应力水平与叶片负荷的关系很小,适合于中短叶片.并提出自带冠叶片的设计方法和可靠性准则,考虑非线性的影响.

汽轮机自带冠叶片碰撞减振的研究现状与发展

自带冠叶片冠间接触碰撞减振结构具有减振、方便安装与检修、制造精度要求低等优点,已广泛用于汽轮机设计制造并在多台汽轮机上安全运行多年,但目前对这种结构的减振机理和减振效果的研究却很不全面。结合国内外碰撞振动理论的研究成果,从自带冠叶片的碰撞振动特性、动力学模型、数值方法和实验研究等方面来介绍该领域的研究现状,着重阐述对该领域相关发展方向的一些看法,最后展望该领域以后需深入研究的几个关键问题。

等强度低损失阻尼凸肩的设计与应用

针对航空发动机叶片阻尼凸肩的工作特点,建立一种具有等强度、流线型凸肩型面的凸肩结构设计方法,并将该方法成功的应用于某高转速风扇叶片阻尼凸肩的结构设计中.应用结果表明,其设计方法工程实用性强,设计的凸肩结构具有重量轻、凸肩流道光滑、气流损失小、可靠性高等特点.

基于谐波平衡法的带冠叶片接触碰撞减振特性研究

通过谐波平衡法建立了具有间隙的冠间接触碰撞的等效弹簧-干摩擦阻尼力学模型,得到表征汽轮机带冠叶片主要危险振型的三自由度集总参数模型,应用龙格-库塔法求解自带冠叶片的振动响应,并分析了冠间间隙、冠间接触角和冠间法向接触刚度对碰撞减振效果的影响.结果表明:汽轮机带冠叶片因冠间接触碰撞而具有很好的减振效果,但出现了多频谱成分和共振频率右移等现象;随着冠间间隙的减小,带冠叶片冠间碰撞减振效果变好,冠间接触碰撞对一阶振动的减振效果好于对二阶振动的减振效果;较大的冠间接触角对冠间接触碰撞在切向振动上的减振效果较好;较大的冠间法向接触刚度可使叶片冠间接触碰撞达到很好的减振效果.

组合凸肩叶片的固有特性分析

提供一种计算组合凸肩叶片固有特性的方法。用薄板-弹簧系统模拟组合凸肩叶片,建立互相耦合的一组单叶片振动微分方程,并将其转换到模态坐标上,其中,未知的弹簧刚度(凸肩作用刚度)可由试验获得。求解方程组的特征值问题即可获得组合叶片系统的固有频率和振型。计算结果表明,使用的方法能较好的处理组合凸肩叶片的固有特性问题。

涡轮叶片叶冠的预扭设计分析

对在工作状态下的某型航空发动机叶冠不同预扭角的低压涡轮叶片应力进行了计算分析,给出了装配状态下叶冠阻尼面应力状态的计算分析方法。

凸肩叶片的非线性振动特性与运动分岔

以凸肩叶片作为研究模型,建立了考虑凸肩摩擦力,几何大变形与阻尼的非线性振动方程.采用Galerkin法对振动方程离散化,应用平均法对离散后模态方程组的非线性响应进行解析分析,得到了非线性幅频特性曲线,与数值解比较验证了解析解,并讨论了系统周期解的稳定性.用非线性振动理论详细研究了平均方程组的运动分岔现象,揭示了平均方程组周期解的变化过程及其具有的非线性动力学性质.解析结果表明,凸肩之间的摩擦对系统第二阶非线性振动特性影响很大.由于凸肩之间摩擦力方向的不断改变,系统第二阶非线性幅频特性曲线不连续,出现两个共振频域.随着时间的推移,系统振动的幅值会以T/4为周期在两个频域的幅频曲线上来回跳动,这会使叶片的振动响应大幅降低.

凸肩叶片的振动响应

使用弹性薄板理论建立带凸肩三叶片相互耦合的振动微分方程,经模态正交获得相互耦合的叶片振动响应方程,并使用Runge-Kutta法进行数值分析.凸肩叶片的振动响应主要取决于整体的固有频率、激振频率、激振力大小等因素,凸肩使各叶片相互作用,叶片整体的刚度增大.结果表明,叶片的固有频率由于受凸肩的作用而增大,叶片的振动响应呈拍状,包含相邻叶片的影响,凸肩可降低叶片的振动响应.受凸肩的影响,叶片整体的固有频率随着相互作用的叶片数增多而增大,凸肩叶片整体共振时的响应降低,叶片使用的安全性提高.

叶冠涂层材料接触刚度和微动磨损实验

采用能够测量由接触表面微动所导致迟滞现象的实验装置,对带有涂层材料的不同接触方式的实验件进行了接触刚度和微动磨损测试.通过接触刚度测试,研究了激振力幅值、激振频率和接触正压力对接触刚度的影响;通过微动磨损分析,研究接触方式和载荷条件接触表面形态的改变,以及工作时间对接触刚度的影响.通过分析和总结实验结果,阐述了干摩擦阻尼结构微动磨损的防护措施,为提高航空发动机结构部件的可靠性提供一定的理论依据和技术支持.

高涡叶片叶冠堆焊耐磨层热影响区裂纹故障分析

某现役批产发动机工厂试车后,渗透检验发现多件高涡叶片位于叶冠堆焊耐磨层热影响区存在超标裂纹显示;同时工艺在生产中也出现了大批因同样裂纹超标而报废的高涡叶片。通过对故障叶片进行金相组织检查、扫描电镜断口分析,确定了故障性质为焊接热影响区液化裂纹,并为解决这一严重制约工艺生产的技术瓶颈,开展了一系列工艺试验和验证分析工作。经优化铸造工艺、调整焊接工艺、增加水冷夹具,并重新疏理了焊接检验方法和缺陷判定标准,最终解决了制约高涡叶片生产试车的技术难题,经后续生产的2 000余件高涡叶片耐磨层一次焊接合格率提升至95%以上,并连续跟踪高涡叶片外场使用情况未发现任何耐磨层质量问题。

汽轮机带冠叶片阻尼振动特性的有限元分析

根据汽轮机叶片外形特点,在3D建模软件Solidworks中建立Z型叶冠单叶、成组叶片及整圈叶片的实体模型,通过ALGOR软件的机械运动仿真(MES)功能,计算带冠叶片组在不同冠间间隙、不同激励频率和幅值下的碰摩减振规律特性,并对所得结果进行分析。结果表明:通过冠间相互碰摩可有效减小叶片振动,当冠间间隙介于0.2 mm到0.5 mm之间时,碰摩减振效果最好;外部激振力对旋转产生的动应力影响较小,在特定的间隙值下,随激振力的变化叶片应力峰值变化较小。这些结论对汽轮机末级叶片的设计有重要的指导意义。

涡轮叶片锯齿冠结构设计的实践与思考

涡轮叶片锯齿冠的设计对于保证发动机的可靠性、寿命和安全至关重要。简要介绍了锯齿冠结构设计的指导思想、技术要求、依据和程序;重点分析了中国自行研制的某型高性能加力式双转子涡轮喷气发动机低压涡轮锯齿冠结构设计的特点,并进行了试车考核,收到了良好效果。

基于ANSYS/LS-DYNA的带冠叶片碰撞振动特性的有限元分析

利用Ansys软件建立了带冠叶片组的三维有限元计算模型,并结合LS-DYNA软件进行了显式动力学碰撞分析,研究了碰撞阻尼减振效果与冠间间隙、激振力相位差和激振力幅值等振动系统参数之间的对应关系.结果表明:带锯齿型冠叶片间的碰撞阻尼可以有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果;有限元分析结果与相关的试验研究结果一致,证明所采用的有限元分析模型及方法是可行的.

汽轮机带冠叶片振动特性研究进展

带冠叶片技术是汽轮机的一项新颖技术,通过对带冠叶片各项研究工作的分析和整理,全面介绍了汽轮机带冠叶片的结构型式、有限元模化方法、动态特性分析以及相关的试验研究工作,并提出了需要进一步开展研究的问题。

凸肩结构对叶片的干摩擦减振研究——理论方法

提出了一套求解带凸肩结构叶片非线性响应的时频转换方法。该方法应用数值轨迹跟踪法计算凸肩复杂接触面内的非线性摩擦力,并将其与频域内的谐波平衡法、动柔度法相结合求解带凸肩结构叶片的非线性响应,方法能够考虑叶片高阶振型以及响应高次谐波的影响,为带凸肩叶片的设计及故障诊断奠定了理论基础。

带冠涡轮叶片的接触分析

以航空发动机动力涡轮一级带锯齿形叶冠的转子叶片为例,用有限元接触分析方法对装配和工作状态下的叶冠紧度和叶冠接触力、叶身应力进行了计算和分析,着重考察了工作载荷(温度和离心力)对叶冠接触力的影响。分析结果表明,叶冠的紧度由预扭角和工作载荷决定,离心力对紧度的变化起主要作用。