Fatigue Reliability of Blade Root of Turbocharger Turbine for Vehicle Application

The blade root fatigue is one of important failure modes of turbocharger turbine for vehicle application,and the reliability and life of turbine with blade root fatigue failure mode are studied.Firstly,the stress characteristics of turbine are analyzed,and based on the operating profile of turbocharger corresponding to the endurance test of engine,the stress spectrum of turbine with blade root fatigue failure mode is studied with the simulation method.Then,with the number of endurance test profile cycle as the life parameter,the reliability model and failure rate model of turbine with blade root fatigue failure mode are derived respectively. Finally,the rules that the reliability and failure rate of turbine with the blade root fatigue failure mode changes as life parameters are studied,and the life probabilistic characteristics of turbine are also studied.

汽轮机枞树形叶根铣刀的加工工艺分析

枞树形叶根铣刀是汽轮机行业加工叶片叶根及轮毂的重要工具,由于其截面形状复杂,传统的加工工艺存在工艺复杂、效率低和精度难以保证等缺点。为解决上述工艺难题,本文提出一种五轴车铣复合加工中心开粗及五轴工具磨床精加工的工艺策略。首先,以某枞树形叶根铣刀为例,研究了其结构特点,确定五轴车铣复合加工中心开粗及五轴工具磨床精加工的工艺路线,分别编制工艺技术文件;其次,采用ESPRIT TNG车铣复合编程软件编制粗加工刀路轨迹,采用NUMROTO软件编制精加工刀路轨迹;最后,将刀路轨迹转换为数控代码分别进行仿真模拟加工,将仿真无误的数控代码和磨削代码分别导入五轴车铣复合加工中心和五轴工具磨床中完成实操加工。通过对加工过的刀具成品进行刀具形线、角度和外观检测,各项技术指标均满足设计要求,且加工效率提升了约24.4%,从而验证了该工艺方案的有效性。

在役燃机压气机叶根相控阵超声检测技术

为解决在役燃机压气机叶根裂纹缺陷检测难题,以9E型压气机叶根为例,采用CIVA软件建模分析了叶根相控阵超声检测特点和可行性,针对特定自聚焦线阵探头确定了叶根检测工艺参数,并在带有自然裂纹缺陷和人工刻槽缺陷的专用对比试块上进行了验证。经仿真和试验室验证发现,高度4mm以上的裂纹缺陷具有较好的检出率。在技术推广过程中发现一起在役机组压气机叶根裂纹缺陷,拆解后进行了磁粉探伤验证。经过数值仿真、试验室验证和工程应用,验证了相控阵超声检测技术可以满足在役压气机叶根缺陷检测需求。

一种新型罗茨真空泵转子型线研究与应用

提出了一种罗茨真空泵三叶直线圆弧型转子型线设计方法,给出了型线方程和针对ZJ-5000型罗茨真空泵转子型线的主要结构参数;对新型罗茨真空泵进行有限元分析,研究了其在不同进气压力下的抽气速率;基于该转子型线进行了实际产品生产,并与双叶转子罗茨泵的抽速和其他性能指标进行了对比。结果表明:新设计的三叶直线圆弧型转子型线具有容积效率高、曲线光滑过度、加工方便、定位准确、工作噪声低的特点,相对于两叶转子,其强度增强,能够承受更大的压差载荷,与传统三叶转子相比抽气效率得到了提高。

某40 MW汽轮机组末级长扭叶片枞树型叶根设计

介绍了某40 MW汽轮机组末级长扭叶片的两种枞树型叶根结构,比较了两种叶根结构采用传统算法时的应力情况,评估了枞树型叶根优化的可行性,并建立了长扭叶片的有限元分析模型。通过对长扭叶片与轮槽进行有限元计算,分析了汽轮机末级长扭叶片枞树型叶根过渡段轴向长度及轮缘处叶根轴向斜角在不同取值时叶根的最大等效应力,确定了枞树型叶根的几何参数,同时为保证叶片和机组的安全可靠性,建立了长扭叶片的模态分析模型,分别计算了叶片在4 900 r/min和5 000 r/min时的前3阶的固有频率,确定其动频振动特性,避免共振的发生,最终达到了优化汽轮机组末级长扭叶片枞树型叶根结构的目的。同时建立的长扭叶片有限元分析模型为今后同类叶片设计问题提供了理论支持和解决方案。

螺旋槽式枞树型叶根铣刀的毛坯预制工艺研究

枞树型叶根铣刀是加工汽轮机叶片叶根的重要工具,相比传统的直槽铣刀具,螺旋槽式枞树型叶根铣刀具有切削快、效率高、寿命长等优点,能减少刀具切削力和振动,提高枞树型叶根表面的加工质量。本文重点研究了螺旋槽式枞树型叶根铣刀的毛坯预制工艺,将NUMROTOPLUS、PRO/E、VERICUT三种软件结合创建刀具三维模型并预制成品毛坯,运用ANSYS软件对模型进行仿真,验证刀具芯厚、前角等参数的合理性;使用NUMROTO软件对刀具进行精加工路径规划与仿真模拟验证;采用SAACKE UWIF五轴工具磨床完成刀具的精加工,并对刀具进行检测,结果显示该工艺方案切实可行。

Polishing of Titanium Alloy Blade Root with Elastic Magnetic Toolic Tool

Removal of milling marks at the root fillet of titanium alloy blade is a tough work because of the interference between the polishing tool and the workpiece.A polishing method based on elastic magnetic tool was proposed.The software ANSYS Maxwell was used to simulate the effect of different pole orientation arrangements on the magnetic field distribution.A comparison of polishing effect was made between elastic and inelastic magnetic pole carriers.The processing parameters of the elastic magnetic tool polishing for the blade root were optimized by orthogonal experiment(Taguchi)method.Results show that compared with the inelastic magnetic polishing tool,the elastic magnetic polishing tool with polyurethane as the pole carrier can effectively improve the surface quality of the polished workpiece.Under the optimal processing parameters(rotational speed=900 r/min,feeding rate=6 mm/min,machining gap=1.5 mm and abrasive size=10‒14μm),the original milling marks at the blade root are effectively removed and the average surface roughness Ra is dropped from 0.95μm to 0.12μm,which verifies the feasibility of the elastic magnetic polishing tool in the surface finishing of the titanium alloy blade root.

某汽轮机弱刚性枞树形叶根大叶片质量改进研究

弱刚性枞树形叶根大叶片在转子装配时,经常发生围带、凸台等位置装配间隙超差。由于末级叶片具有尺寸长、重量大、刚性弱等特点,加工过程中会产生较大变形,保证最终的装配质量是一项非常大的挑战。文章主要以东汽自主设计的某弱刚性枞树形叶根大叶片为改进研究对象,采用精益方法,探索出该类型叶片更为合理可靠的加工方法,以提升产品质量。

镶片式叶根精铣刀结构设计及制造工艺分析

针对传统整体式叶根精铣刀加工成本高、效率低的问题,提出一种镶片式结构的叶根精铣刀设计。根据某叶根型线对镶片式叶根精铣刀进行结构设计,利用ANSYS软件进行刀具的静态受力分析,得出成型后角对刀具结构的影响关系并进行结构优化;利用NUMROTO plus软件编制刀具精加工工艺流程及编程处理;采用SAACKE UWIF五轴刀具磨床进行加工实验验证。试验件经检测,满足刀具设计的精度要求,验证了该结构刀具的可行性,通过对比实验,验证了该刀具可以降低生产成本。

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。

不同独立变桨控制策略对风电机组部件载荷及变桨轴承寿命的影响研究

独立变桨控制(IPC)策略能够有效降低风轮的不平衡载荷,不同的IPC策略会直接影响风电机组的载荷及变桨轴承寿命。以降低风电机组运行过程中的不平衡载荷和成本,提升其竞争力为目的,基于叶根载荷测量方法设计了IPC策略控制器,以某兆瓦级风电机组为例,设计了不同开启条件的IPC策略,对不同IPC策略在风电机组运行过程中的降载效果进行了分析,研究了其对风电机组整机部件载荷及变桨轴承寿命的影响,并与统一变桨控制(CPC)策略进行对比,验证了IPC策略的可行性及实用性。研究结果表明:1) IPC策略对极端湍流风工况、极端风剪切工况下的叶根合弯矩、轮毂合弯矩有明显的降载效果。2) IPC策略对风电机组疲劳载荷有明显的降载效果,尤其对旋转轮毂坐标系下轮毂沿y轴力矩(My)的等效疲劳载荷的降载效果最为显著。3) IPC策略对变桨轴承寿命有非常明显的影响,影响程度与IPC动作的开启条件有关,越早开启IPC策略,对风电机组疲劳载荷的降载效果越明显,但越不利于变桨轴承寿命。

关于切槽加工出现表面质量的问题研究

切槽刀片在机械工业切削加工中扮演着重要角色,然而,其加工后表面质量不理想的问题一直是制约生产效率的关键因素。通过对切槽刀刀刃形状对切削过程中表面质量不理想问题进行深入分析,并提出解决方案,定位问题根源,系统地探究了改善切槽刀片加工表面质量的技术途径。通过翔实的实验设计、数据采集与分析,验证了解决方案的可行性,为优化切槽刀片加工工艺提供了实质性的技术支持。

基于NX的转子T型叶根槽加工程序平台开发

目前的工艺技术下,转子T型叶根槽车削工艺较为复杂。利用NX二次开发技术,研究了T型叶根槽的模块化编程方法,开发了叶根槽加工程序平台。根据基于拓扑学的曲线编码规则,对叶根槽结构进行了曲线编码,实现了T型叶根槽结构的自动识别。按工步自动导入定制化的加工模板后,批量生成了车削刀轨。通过工步顺序对车削刀轨进行排序,最终实现了叶根槽加工程序的自动生成。该平台可以减少复杂的人工重复操作,提升数控程序编制效率。研究成果可为类似典型结构专用程序的开发提供参考。

基于selffer net构建的人工智能模型在风机叶根螺栓失效预测场景下的应用

针对风机叶根螺栓失效问题,文章提出了一种基于selffer net构建的叠加树人工智能模型。该模型集成了回溯训练层,叠加树模型,遮蔽特征模型,以及LightGBM模型,实现了对风机叶根螺栓失效概率的预测。经过实验验证,该模型在预测风机叶根螺栓失效概率方面具有较高的准确性和稳定性,为风机叶根螺栓失效预测场景提供了有效的解决方案。

基于Stacking预测模型的变桨功率优化策略研究

通过对如何提高风力发电机组的安全运行稳定性和发电量的深入研究,提出了一种基于Stacking预测模型的变桨功率优化算法,既可提高风电机组的发电功率,又减小叶根挥舞弯矩,降低对叶片、风轮、低速轴等部件的损害,提高其运行稳定性。以某一日风电机组功率为例开展变桨功率优化结果表明,发电量提高了2.18%,且3个叶片叶根挥舞弯矩也明显降低。该方法可用于风电场的功率优化和变桨控制。

不同强度湍流风对风力机气动载荷的影响

湍流强度是影响风力机载荷的重要因素之一。基于OpenFAST软件对NREL-5MW风力机进行了不同强度湍流风为入流条件下的数值计算,利用Turbsim软件生成的5%、10%、15%和20%这4种湍流强度的湍流风作为入流条件,探究了不同湍流强度对风力机叶根处的剪切力和弯矩的影响,并分析了不同湍流强度下风力机叶片整体的载荷分布情况。结果表明:随着湍流强度的增加,风力机的气动载荷和气动功率波动幅值相应出现规律性的增加,但大体变化趋势不变。10%、15%和20%湍流强度下的气动功率标准差比5%湍流强度下的分别高出87%、163%和243%,摆振弯矩标准差比5%湍流强度下的分别高出30%、64%和95%;叶片上的弯矩载荷从叶根向叶尖方向逐渐减小,且随着湍流强度的增加,叶片上的弯矩标准差值也随之增加,在叶根处差别最大,从叶根向叶尖方向逐渐减小,到叶尖处完全重合。且10%、15%和20%湍流强度下的叶根处第一个节点位置的挥舞弯矩比5%湍流强度下的摆振弯矩分别高出44.94%、93.1%和137%。湍流强度的增加对叶片的摆振弯矩影响最大。

叶根圆弧对航空燃油离心泵空化性能的影响

针对某航空燃油离心泵在运行过程中由于空化导致叶片根部发生空蚀破坏的问题,设计了一种叶根圆弧结构形式,研究了其在不同空化数下的空泡分布特性和空泡的非定常变化规律,并分析了燃油泵叶轮流道和隔舌位置的压力脉动特性。研究表明:在0.8Q_(d),1.0Q_(d),1.2Q_(d)流量工况下,燃油泵临界空化数分别比原方案减小了4.4%,6.0%,1.8%;在相同空化数下,改进方案叶片表面压力载荷有所下降,其中在1.2Q_(d)流量工况下,低压区占比最多下降7%;改进方案叶片根部空泡体积也有所减小,在1.2Q_(d)流量工况下,空泡减少量最多可达51%;燃油泵内部多数监测点的压力脉动幅值下降较大,最高可达38.35%。研究结果显示了叶根圆弧结构可以显著提升燃油泵的空化性能,为高性能燃油泵的优化设计提供了一定的借鉴。

汽轮机叶片菌型叶根相控阵超声纵波检测

菌型叶根是汽轮机叶片叶根主要形式之一,其缺陷易发于第一齿的弧面位置。针对该位置缺陷的检测,A型超声检测难以区分结构信号与缺陷信号、相控阵超声横波扇形扫查存在耦合不良与移动不便的问题,因此提出相控阵纵波扇形扫查方案。通过仿真软件对模拟缺陷进行检测,根据检测的分辨力和缺陷回波幅值确定相控阵超声纵波检测探头的最优参数;采用最优参数对叶根不同尺寸模拟缺陷进行检测,验证检测方案的精度。对叶根的人工缺陷进行了实验验证,并对服役中的菌型叶片叶根进行了检测,发现了缺陷并通过其它检测方法进行了验证,为菌型叶根的缺陷检测提供了新的检测方案。

基于Informer的风电机组叶根载荷预测

为了保障风电机组的安全经济运行,需要对风机关键部位的实时载荷进行监测和预测。因此,提出了一种基于Informer模型的风机叶根实时载荷预测方法。首先使用OpenFAST软件对风机进行仿真计算,然后利用仿真数据搭建Informer预测模型对风机叶根实时载荷进行预测,最后给出了模型预测数据与实际数据的曲线并对预测结果进行了评估,证明了该方法的可行性。通过与LSTM和GRU两种常规模型的预测结果进行对比,证明了Informer模型有更优的预测性能。

基于气弹试验15MW超长柔性叶片颤振临界风速预测的叶根反力法

颤振是风力机叶片超大化发展必须解决的首要难题,气弹模型测振风洞试验是其最有效的预测方法之一,但传统方法无法精确解决模型相似比和测量精度的难题。本文提出一种基于主梁刚度等效原则的超长柔性叶片气动/刚度映射一体化三维完全气弹模型设计方法,采用高速摄像技术和高频六分量天平进行全风向角同步测振和测力风洞试验;系统研究了NREL‑15 MW超长柔性叶片的非线性动态响应频谱特性,对比分析了基于叶尖位移与叶根反力的风力机叶片颤振性能和临界失稳状态,发现了采用叶根反力来预测颤振性能的可行性,提出了超长柔性叶片颤振失稳预测的叶根反力法。研究表明:本文提出的气弹模型设计和实验方法能精确有效地模拟风力机叶片动力性能与颤振行为,试验发现超长柔性叶片在桨距角为93°~96°和284°~287°区间内发生颤振,颤振区间内颤振临界风速随桨距角的增大呈现先减小后增大的趋势,在桨距角为94°时达到最小,其风洞临界风速为5.4 m/s;叶根反力与叶尖位移存在一致发散性和强相关性,提出的叶根反力颤振指标δ≥2%时,风力机叶片进入颤振临界状态。