重型燃气轮机透平叶片热障涂层的高温氧化寿命预测

采用大气等离子喷涂技术在DZ411合金基体上制备ZrO_(2)-8Y_(2)O_(3)(质量分数/%)热障涂层,研究了热障涂层的高温氧化性能和氧化后的截面微观形貌,建立了高温氧化寿命预测模型并进行了试验验证。结果表明:在940,1030℃下氧化时,热障涂层的氧化质量增加Δm和热生长氧化物层厚度均呈抛物线增长规律;热障涂层在1030℃下的Δm增大速率较940℃下高;建立的热障涂层高温氧化寿命预测模型预测的热生长氧化物层厚度值与试验结果相比在±2倍的分散带内,说明建立的寿命模型及分析方法能较好地预测热障涂层的高温氧化寿命。

基于小波变换的透平叶片DR变能量成像研究

平板探测器数字射线检测(DR)与传统胶片照相相比,具有更高的动态范围,但对于蒸汽、燃气轮机叶片等厚度变换大的工件,采用常规工艺成像质量较差。在获取系列管电压DR图像的基础之上,采用一定的图像融合手段可将图像中的有效结构信息提取出来并融合到一张图像上实施评定。采用小波变换算法,实现射线变能量图像的融合,成功把透平叶片不同电压下的DR图像有效融合。结果表明,运用了变能量成像的方法来改良对叶片的DR数字射线检测,可以得到更加直观的图像,有效提升了透平叶片的检测效率。

燃气轮机透平叶片冷却通道传热特性研究进展

燃气轮机透平叶片冷却通道的设计及开发对燃气轮机效率、运行安全性等具有重要意义,透平叶片冷却通道的传热特性研究是透平叶片中的重要领域。文中首先总结了透平叶片中典型U型通道中扰流冷却的研究现状:在U型通道中布置肋片、针状翅片、球窝/球凸及组合传热结构是重要的冷却方式,研究已深入至多种组合传热结构及旋转通道传热的层面;其次总结了冷却通道与气膜孔结构耦合传热的研究现状,气膜孔的布置改变了冷却通道内的原流场结构及传热特性,布置肋片、球窝等强化传热结构并与气膜孔相耦合时的流动及传热特性是目前研究的重点;最后总结了内部冷却与外部冷却相耦合时的传热特性,如叶片尾缘劈缝叶背面区域的气膜冷却与对流传热共同作用,指出该耦合传热过程是透平叶片中的重要现象。通过对透平叶片冷却通道传热特性的研究综述,指出在组合传热结构与气膜孔等相互耦合时的冷却通道传热特性还有较多的研究内容需要扩充,同时考虑适用于冷却通道的低阻高效强化传热结构也是目前关注的一大重点。

汽封泄漏流动对透平叶片级通道主流影响的数值研究

本文采用作者发展的叶轮机械通用计算程序ＧＡＰ１０程序对带汽封结构反动式透平叶片级流场进行三维数值模拟，分析了汽封泄漏流动进入叶栅通道后动叶片通道的流场结构，并讨论了泄漏流动对通道二次流动发展方式的影响。

一种基于激光传感器快速检测透平叶片的方法

以标准球作为测量基准,以线扫描激光传感器作为测量手段获取透平叶片的全数据测量点云.测量设备采用四坐标测量机搭载激光线扫描传感器的方式,以保证叶片的测量效率,并兼顾测量机的控制准确度.通过测量机获得透平叶片的点云数据,并对获得的截面点云数据进行误差补偿、去噪、简化等预处理操作,利用非均匀有理B样条曲线拟合算法得到叶片特征曲线.实验结果证明该方法可以有效地提高叶片前后缘的重构准确度,并为叶片的三维建模提供更为准确的原始数据.

透平叶片双工质冷却流量和流向的优化配置

采用SST转捩模型求解了三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程,对具有多个光滑内冷通道的试验叶片进行了气热耦合的数值计算,同时研究了蒸汽、空气冷却工质的流量大小和流向分配对叶片表面温度分布和冷却效率的影响.结果表明:SST转捩湍流模型能够较好地预测叶栅内的传热特性;增加冷却工质的流量,叶片温度明显降低且表面温度分布更加均匀,当冷却工质流量比从0.018 74提高到0.093 71时最大温差下降了约30K,叶片表面的平均冷却效率最大可提升17%,叶片达到最大冷却效果的冷却流量比的最佳值为0.074 97;改变叶片的第2、第4通道的冷却工质流向,可以改善叶片中弦区域沿展向的温度梯度,第5通道采用双向进气的配置方案可以很好地降低叶片尾缘区域的温度梯度,从而改善叶片整体温度的分布.

低压透平叶片表面合成射流非定常流动控制机理研究

基于Langtry-Menter转捩模型的SST湍流模型,通过求解三维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程,数值研究了低雷诺数下合成射流涡发生器对Pak-B低压透平叶片吸力面流动分离的影响,揭示了低压透平叶片表面合成射流非定常流动的控制机理.结果表明,引入合成射流涡发生器能够抑制甚至消除低雷诺数下叶片吸力面上的流动分离.在雷诺数为25 000、自由流湍流强度为0.08%下,提高射流控制频率有助于增强合成射流涡发生器对低压透平叶片表面流动分离的控制效果,减少流动损失.当控制频率为10Hz时,叶栅出口的相对总压损失系数为0.42;当控制频率增加到20Hz时,相对总压损失系数仅下降到0.41.这表明,当合成射流控制频率大于10Hz时,继续增加控制频率来减少叶片表面流动损失的效果是不明显的.

低展弦比透平叶片弯曲方法研究

低展弦比透平叶片弯曲方法研究王仲奇，韩万今，徐文远（哈尔滨工业大学哈尔滨１５０００１）关键词：低展弦比，透平叶片，弯曲方法。ＳＴＵＤＹＯＦＣＵＲＶＥＤＭＥＴＨＯＤＯＦＴＵＲＢＩＮＥＢＬＡＤＥＷＩＴＨＬＯＷＡＳＰＥＣＴＲＡＴＩＯ￥ＷａｎｇＺｈｏｎｇｑｉ...

燃气轮机透平叶片几何形状重构技术研究

基于逆向工程,采用NURBS(非均匀有理B样条)理论对透平叶片数据点阵进行整体插值,实现对透平叶片几何形状的重构;然后采用NURBS小波分解的光顺算法,对重构的自由曲面进行整体光顺。实践表明,经过重构和小波光顺后,有效地构造出透平叶片曲面并去除了曲面坏点,改善曲面的品质,达到预定目的。

有限元法在透平叶片振动研究中的应用

以透平叶片振动分析理论为基础,对实验室的等截面直叶片分别通过理论法和有限元法求解其前7阶的切向弯曲自振频率并加以比较。利用有限元法对叶片及顶部围带相互连接的叶片组在不同转速下进行模态分析,得到叶片及叶片组动力刚化效应振动模态数值分析结果,并对结果进行了分析比较。对于顶部围带不连接的叶片组,利用有限元法通过构造弹簧模型来处理顶部围带的接触问题,所得结果真实反映了汽轮机运行过程中围带的碰撞和叶片的振动情况。

带微孔的透平叶片的光学测绘方法

提出了一种获得透平叶片及其微孔CAD模型的光学测绘方法。首先,采用小视场的数字结构光三维扫描仪分块测量并拼接获得叶片点云;然后,在微孔中插入直径合适的高精度圆柱量规,测得量规点云,拼接到叶片轮廓上;最后,分别拟合叶片点云和量规点云为NURBS曲面和圆柱体曲面。圆柱体轴线与NURBS曲面交点即为微孔位置,圆柱体轴线方向即为微孔的法线方向。该方法采用传递测量对象的方式,测量芯棒而不是直接测量微孔;通过增加点云的采样密度,提高重建模型的精度和可靠性。测绘结果表明,叶片和量规的曲面模型的残差均为0.104mm。

燃气轮机透平叶片数字射线检测分区及透照参数确定方法

针对传统叶片数字检测方法中存在的分区不合理、检测效率低、容易漏检等问题,提出了一种新的叶片数字射线检测分区及透照参数确定方法。在叶片设计模型未知的情况下,采用近似算法获得叶片在平板探测器上的投影面积与转台转动角度的变化关系,以叶片投影面积最大时的方向作为透照方向,结合检测设备的几何参数以及焦距对透照图像质量的影响,确定了焦距。通过分析不同曝光量下平板探测器的响应情况,获取了平板探测器的线性响应灰度区间。以控制各分区透照图像的灰度值在平板探测器的线性响应灰度区间内为原则,实现了叶片的分区。所提方法可有效避免传统方法中存在的分区不合理、检测效率低、容易漏检等问题。通过实验对传统方法和所提方法进行了比较,结果表明:传统方法中分区1和分区4的部分区域灰度值过高,分区4和分区5的部分区域灰度值过低,可能造成缺陷的漏检,而所提方法不存在此问题;所提方法获得的透照图像中除分区4外,其他各分区的检测灵敏度均高于传统方法。

气固两相透平叶片冲蚀特性的气动试验研究

在自行研制风洞中先后对应用较广的MCrAlY叶片涂层和2Cr12Mo-5叶片合金、钢丸表面强化试件在不同气流速度、颗粒冲角、颗粒性状、颗粒粒度的条件下进行了气动冲蚀试验。试验结果表明,无论是涂层还是合金,冲蚀率均随冲蚀颗粒的累积质量呈线性变化;由对比可知,其它条件相同的情况下,涂层在广泛的冲角范围内较合金的冲蚀率更小,表面的"烧结"特征,能减小叶片的冲蚀率;表面呈多棱的石英砂颗粒对试件的冲蚀程度强于带突圆球状的催化剂颗粒;在该试验范围内,相同材质的颗粒,粒度愈大,对试件的冲蚀率愈大;钢丸表面强化工艺兼有防冲蚀的能力。试验结果将为优化叶片选材、简化叶片维修技术、降低叶片维修成本提供有益的参考。

燃气轮机透平叶片截面形状重构技术研究

基于逆向工程,采用NURBS(非均匀有理B样条)理论对透平叶片截面数据点阵进行整体插值,实现对透平叶片截面形状的重构;然后采用NURBS小波分解的光顺算法,对重构的自由曲线进行整体光顺。实践表明,经过重构和小波光顺后,有效地构造出透平叶片截面线,并去除了曲线上的坏点,改善了截面线的品质,达到了预定目的。

低压透平叶片流动分离主动控制的数值研究

基于Langtry-Menter转捩模型的Menter SST两方程模型,通过数值求解了三维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程,研究了雷诺数(Re)和来流湍流强度(IFSTI)对Pak-B低压透平叶片吸力面流动分离的影响.计算结果表明:该湍流模型能够较好地预测低压透平叶栅内流动特性,并能有效捕捉到叶片吸力面上流动分离和再附位置;随着Re和IFSTI的增大,叶片吸力面流动分离均有大幅度的减少.在Re和IFSTI较低的条件下,数值分析了涡流发生器(VGJ)对低压透平叶片表面流动分离的控制效果,结果表明:VGJ的引入能够有效抑制甚至消除低Re条件下叶片吸力面上的流动分离,减小总压损失和尾迹宽度.在VGJ流动控制中,存在着最佳吹气比,由此可获得最佳的流动控制效果.吹气比太小,不能有效抑制流动分离;吹气比太大,射流与主流掺混加剧,流动损失增加.当VGJ吹气比为2时,流动控制效果最佳,相对于无VGJ控制时的总压损失减少了45%.

透平叶片疲劳强度可靠性设计的研究

本文提出了透平叶片疲劳强度的可靠性设计方法。该方法把透平叶片的静应力、动应力和叶片疲劳强度处理为随机变量 ,使用疲劳应力分布和疲劳强度分布的干涉模型 ,在设计阶段确定透平叶片的可靠度。

透平叶片尾切对叶型损失和流量系数影响的实验研究

通过对运行透平机组叶栅的模型实验数据的分析，探讨了采用叶片轴向尾切在提高机组出力时最佳尾切尺寸的问题，实验表明，叶片尾切在增加叶栅喉宽提高流量的同时，增大了叶型损失并降低了流量系数，得出尾切尺寸的大小取决于流量系数与喉宽的来积的结论，同时还应考虑尾流宽度对下游叶栅的非定常影响。

透平叶片在气热固耦合场下的热变形分析

叶片尺寸对涡轮机的工作效率影响很大,为了研究透平叶片在复杂工况下的热变形,建立了气-热-固耦合模型。通过改变冷却工质比,获得一系列的三维温度场和热变形分布。结果表明:叶片的热变形整体表现为从压力面向吸力面弯曲,纵向热膨胀显著,横向的变形较小,最大变形位于叶顶前缘。随着叶片表面温度降低,热变形对温度敏感度变差。在高温段可用纵向变形来近似代替叶片总变形。该模型可预测叶片热变形,为叶片尺寸设计和型面尺寸校正提供参考数据。

向心透平叶片角动量分布的优化

以 n条子午流线 ,给出满足约束条件的各自角动量分布的若干不同组合构成初始复合形 ,做复合形每一顶点处该向心透平叶轮 S2 流面与跨叶片面势流场分析 ,并以二元紊流边界层动量厚度计算经三元修正 ,分析叶轮效率 ,最终使复合形法成功应用于向心透平叶片角动量分布的优化。该方法也适用于离心叶轮中叶片加载量的优化。

透平叶片的气动优化设计系统

发展了一个叶轮机械叶片全三维粘性杂交问题的气动优化设计系统。该系统包括分析技术与组合优化技术的耦合:前者基于高精度、鲁棒型的数值分析方法,已成功地用于蒸汽透平叶片的流动分析,并经详细考核已将其纳入到了实际的叶片气动设计体系;后者基于优秀的iSIGHT商用优化平台,通过对多种优化方法的集成从而发展了组合的叶片全三维气动优化策略。数值结果与试验数据的比较表明了这一气动优化设计系统真正纳入到工业设计体系是完全可能的。