轴流叶片单边贯穿型裂纹应力强度因子的计算方法

叶片是轴流式压缩机等透平机械的主要转动部件,在交变荷载作用下易发生疲劳断裂破坏。合理分析叶片裂纹的应力强度因子,对评估其断裂力学特性具有实际意义和应用价值。本文基于平板应力强度因子理论解,采用扩展有限元法计算含单边贯穿型裂纹的轴流叶片的I型应力强度因子,对轴流叶片的裂纹形状因子进行了修正。考虑了裂纹位置和板厚对轴流叶片应力强度因子的影响,采用多项式拟合,提出叶片应力强度因子的半解析解公式。通过与实际轴流叶片仿真分析结果对比,进一步修正半解析解公式,提出用于快速评估含单边裂纹的压缩机叶片断裂力学特性的半解析解。本文提出的计算方法有效提升了实际轴流叶片应力强度因子的分析精度和效率。

不同转速下载荷对轴流压气机叶片变形的影响

以NASA Rotor 37转子为研究对象,综合考虑轴流压气机在不同转速下运转时载荷对叶片变形的影响。研究结果表明:在100%设计转速时,气动载荷对叶片变形的影响最大,但受转速的限制,随着转速的降低,在70%设计转速时,气动载荷对叶片变形基本无影响;热载荷对叶片应力的影响较大,但作用在叶片上的位置存在局部性;离心载荷对叶片前缘的变形及应力起主导作用;在离心载荷作用下,叶片各阶频率均有所增加,其中一阶频率增加最大,在63%、98%设计转速左右存在共振点。

基于CFD分析的轴流式转轮叶片刚强度分析

本文采用雷诺时均的N-S方程和k-ε紊流模型,采用有限体积法和非结构化网格,对转轮区域内的流体运动进行数值模拟,获取叶片表面的受力信息,得到反映真实情况的叶片表面应力分布;将此应力分布加载至刚强度分析的叶片模型表面,采用有限元方法应力计算,实现了轴流式水轮机转轮叶片的刚强度分析。结果表明,在三个计算工况点中,算例中叶片的应力和变形最大值出现在最大水头额定出力工况。

轴流式叶片的流固耦合振动特性分析

采用流固耦合技术,求解流体与固体的耦合方程,对轴流式叶片进行了振动特性分析,分别计算了叶片在空气中和水中的固有频率;并比较了轴流式叶片在空气中与水中固有频率的变化,分析了叶片在水中的振型。结果表明,叶片在水中的各阶固有频率较其在空气中均有所降低,且其降低程度具有非线性的特点。通过对轴流式叶片在水中八阶模态图的分析,表明了轴流式叶片外部靠近出水边的地方较为敏感。

全调节轴流泵叶片的受力特性

对全调节轴流泵装置三维非定常湍流流场进行数值模拟,计算了不同运行工况下水流对叶片的作用力.在此基础上,采用有限元分析的方法对叶片在不同工况下的应力、应变分布情况进行计算,并对全调节叶片进行调节时所需克服的水力矩、离心力矩和摩擦力矩等阻力矩进行了分析计算.

单级大小叶片轴流压气机流动分析

采用三维数值模拟手段,对低速大小叶片轴流压气机内的流动进行了分析。结果表明压气机内存在强烈的非定常流动;小叶片将大叶片通道分成的两个通道具有不同的流量和负荷,通道之间的负荷分配对于流动的非定常性会产生较大影响;小叶片的存在重新建立了大叶片通道内的压力平衡,起到了控制大叶片表面的流动和压力分布的效果。

沿海地区轴流风机叶片耐蚀性涂层的应用性研究

为保证沿海地区轴流风机叶片的长期安全可靠性运行,本文将两种高分子涂层作为轴流压缩机叶片试验涂层,分别采用盐雾腐蚀试验箱、万能拉伸试验机和冲蚀试验机对其耐腐蚀性、粘接强度、耐冲蚀性能进行了试验测定。同时,为保证叶片频率富裕量,还制备了成品叶片涂层样件,并采用动态信号分析仪对涂层喷涂前后叶片的频率进行了测试,考察了涂层对叶片固有频率的影响,为叶片设计提供了分析依据,进一步提高了轴流叶片的安全可靠性。通过对比发现,确定高分子树脂—橡胶聚合物涂层具有优良的综合性能,可作为沿海地区轴流叶片防腐蚀涂层。

基于NURBS的三维轴流压气机叶片的几何型面优化研究

应用NURBS建立了三维轴流压气机叶片的几何型面优化模型,将叶片的气动性能参数与NURBS形状控制权因子关联,形成一套优化判断准则。通过对某型轴流压气机静子叶片优化设计的实例验证,对比研究了优化前后叶片气动性能的差异,证实了该方法可以灵活快速地优化叶片的几何型面,以满足气动性能的需求,具有较好的工程应用价值。

基于减容增效的超低比转速轴流式叶片水力设计

为解决轴流定桨式机组枯水期小流量下不能发电的难题,在分析其原因的基础上提出减容增效实施策略;研究了进出口轴向流速及环量沿半径分布规律;解决了计算机辅助水力设计关键技术难题,包括翼型展开图向计算流面圆柱面转化技术及曲线智能延伸技术;用自行开发的CAD软件为一实际机组设计轴流式叶片,在流量从4.5m3/s减至1.5m3/s时,机组效率从改造前的低于30.1%增大至82.7%,机组能够正常发电,且叶片汽蚀性能优于原转轮汽蚀性能。

燃煤锅炉轴流式引风机叶片耐磨涂层的应用研究

针对燃煤锅炉轴流式引风机叶片的磨损机理,设计并制备了Ni60及NiWC35喷熔层、3Cr13火焰喷涂层、LX88A电弧喷涂层、微米结构及纳米结构WC-12Co超音速火焰(HVOF)喷涂层。研究分析了不同喷涂层的组织结构、硬度及抗冲蚀磨损性能,探讨了HVOF喷涂的纳米结构WC-12Co涂层的抗冲蚀磨损机理。研究表明:HVOF喷涂的纳米结构WC-12Co涂层与普通微米结构的WC-12Co涂层相比组织结构更致密,显微硬度提高50%左右,在所有的试验涂层中具有最优良的抗冲蚀磨损性能,其耐磨性比微米WC-12Co涂层提高1倍左右,可望在轴流式引风机上得到广泛的应用。

轴流风机薄壁叶片的砂型铸造工艺模拟与实践

通常采用金属型铸造或精密铸造工艺生产轴流风机薄壁叶片成本高、周期长。某些轴流风机叶片与水轮机轴流叶片特征比较相似,因此在水轮机轴流叶片成熟生产经验的基础上,探索采用砂型铸造工艺生产轴流风机薄壁叶片的工艺方法,并取得了成功。

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明:该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.

带有缺陷的轴流水轮机叶片的动力特性分析

流体交变载荷产生的动应力是水轮机叶片产生裂纹的重要因素,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行.本文通过加载交变动应力的瞬态强度分析,研究了缺陷叶片的动应力幅值及缺陷位置处的应力集中现象,量化出缺陷叶片在缺陷处的应力集中数值.本文在对比正常叶片和缺陷叶片之间存在的固有频率差异前提下,通过CFD数值计算和FEM强度分析,获得了两种叶片出现最大动应力时刻的危险点,并对比了它们动应力幅值差异.

轴流式三元叶片的计算机辅助成型研究

对轴流式三元叶片成型的关键技术进行了研究 ,给出了一种从有限个锥形截面出发 ,利用计算机技术描述叶片空间形状、展开叶片以及生成简便压模型线的方法。

单板式轴流通风机叶片断裂原因及改进方法

单板式轴流通风机叶片断裂,通常影响地铁通风机的安全。本文通过三坐标激光扫描仪对实际制作的叶轮进行测绘再反向建模的方法,对叶轮进行改进。研究结果表明,经超速试验后的叶轮没有发生明显变形。这说明改进后的叶轮具有足够的强度和刚度,不会出现叶片的变形或开裂。因此,改进方案可行。

基于Geomagic Design X的轴流式风机叶片逆向建模

以轴流式风机叶片为例,详细阐述了逆向建模的思路和流程,并利用逆向工程软件Geomagic Design X对点云数据进行处理,得到了高质量的三维模型,并通过Live Transfer技术将模型导入到Solidworks软件中。该方法既可获得高质量的三维模型,还可缩短产品开发周期,具有较好的应用价值。

轴流压缩机动叶片断裂失效分析

研究和分析轴流压缩机动叶片断裂的原因.动叶片裂纹萌生主要在材料的缺陷处(夹杂物),断裂是由于工作中存在较大的交变应力,这可能来源于动叶片的某种振动.动叶片服役过程中曾受到过短时过载现象.叶片表面存在腐蚀现象,但腐蚀坑和坑内细心的裂纹不是引起疲劳裂纹萌生的主要因素.

多级轴流叶片除雾器阻力与分离性能研究

轴流叶片除雾器是海洋船舶机舱进气系统的核心部件,用于去除海面空气中的高浓度盐雾气溶胶,防止对下游设备造成腐蚀。鉴于常规除雾器对雾滴和空气的总体分离机制存在固有局限,提出合理增加轴流叶片级数的改进设想。采用计算流体力学(CFD)理论和方法,对单级、两级和三级叶片除雾器内的气液两相流场进行数值模拟,重点考察进气流速范围1~7m/s、雾滴粒径10~100μm时,叶片级数对阻力和分离效率特性的影响。研究发现:1)叶片下游未被分离的雾滴主要集中于近壁面的薄层区域内,通过串联叶片可进一步挤压高浓度区范围,促进二次分离;2)增加叶片级数具有压力缓释作用,使得下游的流动能耗减小,额外阻力增幅微弱;3)相比传统的单级叶片,使用两级叶片足以将除雾效率有效而经济地提升至接近100%。

轴流压缩机动叶片固有频率测试方法研究

基于某轴流压缩机动叶片,在精确建立其几何模型的基础上,通过有限元计算提取了前5阶固有频率计算值,然后通过不同的试验测试方法,对叶片固有频率进行测试得到前5阶固有频率实测值,并将理论计算结果及不同测试方法得到的实测结果进行了对比。

考虑流固耦合的轴流式叶片强度分析

以轴流式水轮机全流道三维湍流数值计算结果为基础,分析水轮机的压力脉动;采用弹性力学非稳态有限元法分析轴流式叶片的强度;利用弱耦合技术,对固体域和流体域进行顺序迭代,并进行了水轮机的流固耦合分析.结果表明,在水压力作用下,叶片变形的最大位移发生在叶片出水边靠近叶片外缘处,最大应力出现在叶片上端面和法兰相接处,叶片变形对压力脉动的幅值影响明显.