激波诱导可调向心涡轮叶片高周疲劳失效

对一种存在高周疲劳失效现象的导流叶片可调向心涡轮进行三维定常流场的数值模拟,并与试验结果进行对比,验证数值计算结果的有效性.通过三维非定常流场计算,确定激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流所导致的转子叶片表面的压力波动特性.通过插值方法把非定常压力场加载到有限元计算的节点上,对涡轮转子叶片进行模态分析及静态应力分析,得到涡轮转子叶片应力水平及对称循环应力.分析表明,在导流叶片尾缘激波的诱导下,涡轮转子叶片前缘受到波动较大的压力场作用,并与叶片发生谐振,引发涡轮转子叶片的高周疲劳失效的可能性增大.

蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮性能的影响

基于蜗壳周向流动不均匀的特性,建立增压器涡轮级全周计算模型,并与试验数据进行对比,验证数值计算结果的有效性.在此基础上,根据试验数据确定边界条件进行三维黏性数值计算,重点探讨蜗壳周向流动非均匀性对可调向心涡轮内部流场的影响.计算结果表明:该增压器蜗壳周向流动的非均匀性导致导叶和叶轮内部的流场分布出现周向不均匀的特性,即导叶入口气流角周向分布变化较大,叶轮各叶片负荷和各通道流量均呈现周向分布不均匀的特点.个别叶片负荷突变,有可能诱发叶片振动,降低涡轮使用寿命.

导叶间隙和开度变化对转子叶片振动特性的影响

针对车用涡轮增压器涡轮在运行过程中的振动问题,以某可调向心涡轮为对象,研究了导叶间隙、开度的变化对转子叶片振动特性的影响。结果表明:随着导叶开度减小,转子叶片振动响应加剧,动应力增大。导叶间隙的增大会加剧转子振动,增大振动应力。由转速引起的应力刚化对固有频率的影响较大,固有频率随转速增大而增大。涡轮在一、二阶固有频率附近发生谐振,一阶谐振位于叶片尾缘,二阶谐振位于叶片前缘。振动过程中各叶片的响应特性不同,各叶片响应值按正弦曲线分布。

可调导叶向心涡轮转子叶片压力波动激励机制

论文以实际应用中出现破裂的向心涡轮为研究对象,研究导流叶片尾缘激波、导流叶片叶尖间隙泄漏流动以及导流叶片尾迹对转子叶片表面压力波动的干涉作用,定性确定这三种因素在转子叶片表面压力波动中所占比重大小,发现激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动所诱导的转子叶片压力波动位置。结果表明,激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动是导致转子叶片表面压力波动的主要因素;受向心涡轮叶轮进口形状的影响,激波只是和转子叶片前缘附近的吸力面发生作用,导流叶片开度减小,激波强度增大,转子叶片压力波动幅值明显增大;导流叶片叶尖和叶根间隙泄漏流动会导致转子叶片吸力面叶尖和叶根的压力波动明显增大,是转子叶片前缘叶尖发生高周疲劳的主要原因.