某径向扩压器螺座脱落故障分析及改进设计

扩压器是发动机中的重要组件,其常采用真空钎焊方式将零件焊接为组件,存在焊缝裂纹和脱焊问题。本研究以某径向扩压器为研究对象,首先分析了钎焊螺座脱落故障原因,然后提出了整体式径向扩压器改进设计,最后通过仿真和实验方法验证了整体式扩压器的强度、振动疲劳及整机性能。结果表明,螺座外圆和螺座内部的焊接缺陷在发动机工作过程中产生裂纹并扩展,最终导致螺座脱焊;整体式径向扩压器总质量为4.91 kg,较改进前零件质量减轻0.54 kg,并且减少了装配结构零件数量,简化了装配工序;整体式径向扩压器的结构强度有较大提升,不会产生共振疲劳破坏,整机性能与改进前基本相当。本研究提出的整体式径向扩压器结构合理,为高可靠性扩压器设计提供了新思路。

某航空发动机径向扩压器叶片断裂分析

为了确定某航空发动机径向扩压器叶片断裂故障的断裂性质和产生的原因,通过对径向扩压器叶片失效分析进行了初步故障分析,并从径向扩压器的材料、设计、加工及环境影响等方面进行了详细的故障分析。结果表明:径向扩压器叶片断裂性质为高周疲劳断裂,产生高周疲劳的原因为径向扩压器在发动机工作转速范围内存在共振。径向扩压器共振时振动应力的大应力区在叶片前缘叶根处,导致叶片从该处产生裂纹,最终发生高周疲劳断裂。建议优化径向扩压器叶片叶型,避开工作转速范围内的共振,以避免类似故障重复发生。

轴向及径向扩压器对小型高速离心风机气动性能的影响研究

针对家电产品用离心风机的小型化、高速化的技术发展趋势,以设计流量0.013 2kg/s的离心风机为主要研究对象,发展了一种适合于小型高速离心风机叶轮及扩压器的气动设计与分析方法,并重点分析了径向和轴向、有叶和无叶共四种扩压器组合形式对小型高速离心风机性能的影响。结果表明,本文发展的气动设计与分析方法能够有效应用于小型高速离心风机;具有四种扩压器组合形式离心风机在设计流量下的效率均高于60%,满足初步设计要求;带有径向扩压器的离心风机气动性能更佳,带有轴向扩压器的离心风机结构尺寸更紧凑。研究成果对家电产品用小型高速离心风机优化设计及研发具有参考价值。

离心叶轮与径向扩压器非定常干涉效应研究

本文以某离心压气机为研究对象,开展非定常数值模拟,深入探索离心叶轮和径向扩压器之间的非定常干涉效应,以及产生的周向流场畸变在径向扩压器和回流器内的传播特征。研究表明:径向扩压器对离心叶轮的影响主要体现在势作用上,扩压器的势干扰使得叶轮出口静压发生周期性变化,进而引起叶轮后部负荷等也产生周期性变化;在离心叶轮的作用下,扩压器进口气流角分布呈现较强的非定常性,影响范围覆盖了整个扩压器通道;径向扩压器流场中的畸变区域,沿周向朝压气机转动相反的方向旋转。

带轴径向扩压器低压排汽缸几何参数的选择

以大量系列试验数据和数值计算为基础,分析了轴径向扩压器及低压排汽缸各种几何参数对排汽缸气动性能的影响,并在此基础上提出了带轴径向扩压器低压排汽缸几何参数选择的范围。

高进口马赫数径向扩压器三维叶片设计

以某组合压气机的高进口马赫数径向扩压器为研究对象,调整中弧线分布和展向积叠方式,实现了径向扩压器三维叶片设计,提升了组合压气机的气动性能。数值计算表明,与直叶片方案相比,三维叶片方案的堵点流量基本不变、设计点恢复系数提高1.1%,峰值恢复系数提高0.4%;轴流离心组合压气机的峰值效率提升0.2%,喘振裕度由15.8%提升至17.3%。与直叶片方案相比,三维叶片方案更能适应离心叶轮出口流场;根部迎角增大和尖部迎角减小;根部叶盆前缘由于负迎角导致的局部高马赫数区域得到消除,叶盆侧通道内的分离范围明显减小;叶中和叶尖部位的尾迹得到改善;径向扩压器进口马赫数的均匀性得到提高。本文为进一步提高扩压器的性能提供设计参考。

叶片式径向扩压器负荷分布影响

以某典型负荷离心压气机径向扩压器为例,采用数值模拟的方法,在级环境下分析了径向扩压器前加载、后加载以及叶根前加载叶尖后加载三种负荷分布对离心压气机总体性能的影响;并通过对比分析扩压器内二次流等参数,讨论了负荷分布影响的内在机制.对比计算结果表明,叶根前加载叶尖后加载的负荷分布形式能够降低扩压器的流动损失,对离心压气机的总性能更为有利.

小型离心压气机径向扩压器复杂涡系结构分析

对某小型离心压气机进行详细数值模拟,构建径向扩压器复杂涡系结构模型,重点分析设计、堵塞、失速工况下径向扩压器内部复杂涡系结构。研究表明:径向扩压器内部涡系结构主要包括前缘涡、两个通道涡(压力面侧通道涡与吸力面侧通道涡)以及喉部涡;主叶片吸力面的前缘涡是机匣侧低能流体在展向与流向压力梯度作用下形成的,喉部涡是吸力面侧通道涡沿分流叶片前缘的回流与前缘涡构成的;喉部涡在喉部的堆积是导致径向扩压器失速的原因,径向扩压器喉部的激波则是堵塞的原因;随流量的减小,前缘涡的涡核越向相邻主叶片压力面迁移。

高负荷离心压气机扩压器叶片前缘结构分析

为拓宽离心压气机稳定工作范围,以某高负荷离心压气机为研究对象,对径向扩压器叶片前缘进行盘侧开槽处理,借助数值模拟手段,探讨了开槽处理对离心压气机性能和稳定工作范围的影响,并对开槽结构进行了参数化研究,确定了主要开槽参数对离心压气机的影响。数值计算表明,径向扩压器前缘盘侧开槽能够在一定程度上提高离心压气机的稳定工作裕度,但同时伴随着压气机性能的降低。详细对比分析了开槽结构引入前后离心压气机内部流场结构,揭示了径向扩压器叶片前缘开槽提高离心压气机稳定工作裕度机理。

稠度对跨音速叶片扩压器流场影响的数值研究

以某跨音速离心叶轮为匹配对象,设计了6种不同稠度的叶片式径向扩压器,采用数值模拟手段研究了稠度对离心压气机级性能和跨音速扩压器内部气流流动影响机理。结果表明:随着稠度降低,级性能整体呈现出先上升后下降的趋势,存在最佳性能点。设计工况的流场分析显示,增大稠度有利于减小低稠度叶片扩压器的通道扩张角,改善分离情况;较低稠度时继续减小稠度则可推迟叶盆处气流分离,同时叶背易分离,并且减小稠度有利于减弱半无叶区和有叶扩压段内的二次流旋涡。然而,稠度减小会引起扩压器叶片尾部稠度过小,导致叶背尾部气流分离,引起扩压器进出口稠度不匹配的问题。

扩压器叶片可调对离心压气机正转逆流性能的影响

离心压气机正转逆流是综合动力装置在应急动力模式下避免离心压气机温度过高而不得不采取的措施。为了改善正转逆流时离心压气机的功耗,本文提出了角度大幅可调的扩压器叶片组合,并结合三维数值模拟技术,研究了扩压器叶片安装角大幅调节对离心压气机反向流动的影响。分析表明:扩压器叶片安装角调整对扩压器叶片通道和工作叶轮流动通道的影响很大,调整后流动分离区减少、减弱甚至消除了激波,流动更为顺畅;在气源压力和缝隙面积一定时,流量明显增加,但离心压气机的功耗反而变小。同样的反向气流流量下,调整扩压器叶片安装角能显著降低离心压气机的功耗,从而提高综合动力装置的功率输出。

叶片扩压器倒角对压气机性能影响的数值研究

研究了单级离心压气机中径向叶片扩压器倒角对其气动性能的影响.在倒角较小时,压气机单级性能改变不大,随着倒角的增大,堵点流量降低,效率和压比下降.在此基础上,开展了优化径向叶片扩压器倒角从而提升离心压气机气动性能的研究.结果表明:在径向扩压器吸力面采用无倒角或小倒角结构,防止流量堵塞,而在压力面采用沿弦向变半径倒角结构,抑制和消除压力面存在的分离,这种结构可明显提升所研究的离心压气机的气动性能.另外,进一步研究了在轮毂和机匣处分别采用如上倒角结构对气动性能的影响,发现轮毂处变倒角对性能优化起了主要作用.