三代压水堆核主泵关键部件制造及工艺研究进展

核主泵作为反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转的设备,其正常运行对于整个核电站的安全至关重要.长期以来,核主泵制造的安全性与可靠性一直是中国核电技术发展的“卡脖子”难题.近年来,得益于国家对核电技术基础研究的大力投入,以及依托重大课题项目的推进,中国三代压水堆核主泵国产化进程在各个方面都取得了重大成果.文中从核主泵制造及工艺的角度,深入剖析叶轮、泵壳、定子、转子、屏蔽套、密封、轴承等关键部件的发展历程,并针对各部件的材料选择、加工、装配工艺、检测方法及技术体系等进行详细分析,总结了中国核主泵的制造进度及难点.最后,结合当前核主泵制造的现状,提出中国核主泵制造发展的相关建议,这对中国核电事业的国产化进程具有重要意义.

电主轴定子电阻混合智能辨识方法

目的研究不同工况下电主轴定子电阻变化规律,找寻有效的定子电阻辨识方法,提高电主轴直接转矩控制(DTC)系统性能和定子电阻辨识精度.方法实验检测电主轴不同工况下定子电阻,分析影响定子电阻的主要因素,将影响定子电阻变化的变量作为辨识系统的输入,建立人工神经元网络(ANN)与案例推理(CBR)联合组成的混合式智能定子电阻辨识的模型.结果单纯地通过人工神经元网络方法对定子电阻进行辨识,辨识的误差可以达到±0.005Ω;利用案例推理技术对神经元网络的辨识结果进行修正后,定子电阻辨识的误差减小到±0.002Ω.结论基于神经元网络及案例推理相结合的定子电阻辨识方法与单纯的神经元网络辨识相比,可将定子电阻辨识精度提高60%,将辨识以后的定子电阻导入到电主轴直接转矩控制系统中,大大地提高了系统的控制性能.

汽轮机横置静叶有限元分析及安全性评估

基于有限元方法分析了汽轮机横置静叶的安全性。为了得到更为精确的仿真计算结果,引入横置静叶-汽缸联合模型进行计算。分析中包含热-流-固耦合分析,并考虑结构高温蠕变-塑变影响,建立了准确、高效的横置静叶安全性分析方法,为后续横置静叶安全性评估提供了有价值的参考。

叠压铆压工装在风机部件制造中的应用

定子铁心和机壳风机零部件的生产必须依托工艺装备的支持。采用三针扭斜式定子铁心叠压工装解决定子冲片(散片)得到正确的定位,压入轴承支架,获得片间紧密且扭斜了一个齿距的定子铁心,避免了传统叠压模出现的铁心锯齿形错位槽口。对于塑料外框与铝合金支架通过空心铆钉铆压紧固的组合式机壳结构,应用浮动定位机壳铆压工装,可获得整体质量好、联接强度及生产效率都高的效果。

谐调螺栓连接对航空发动机静子系统动力学特性影响

在航空发动机的设计阶段或正常工作时,螺栓连接结构的每个螺栓沿着法兰边周向均匀分布,且预紧力相同,因此该螺栓连接结构是周期谐调分布的。为了研究谐调螺栓连接结构对航空发动机静子系统动力学特性的影响,将改进薄层单元法应用到这种结构中,该方法能够考虑螺栓连接周向刚度非均匀分布的特点,并且分块的薄层单元的材料参数可以通过螺栓连接的结构、载荷参数来确定,无需进行试验数据修正。首先,简单阐述了螺栓连接结构改进薄层单元法的基本理论;其次,将方法应用到含有螺栓连接结构的简化机匣中,研究了螺栓预紧力、螺杆直径、螺栓材料参数、螺栓个数对机匣固有特性的影响,并提出了刚度比k和参数χ来说明影响的规律;最后,研究了螺栓预紧力对机匣稳态响应特性的影响规律。结果表明:螺栓预紧力对机匣固有特性影响最大,具体到各阶振动,所有参数均对第1阶横向弯曲振动影响最大,对第3阶振动几乎没影响;随着螺栓预紧力的降低,整个结构稳态响应曲线的同阶峰值点逐渐向左移动,响应幅值逐渐升高,因此对于航空发动静子系统,不能忽略螺栓连接结构的影响。

汽轮机蜗壳进汽低压内缸与横置静叶有限元联合分析及安全性评估

基于有限元方法分析了汽轮机横置静叶-低压内缸结构的强度和安全性。为使仿真计算结果更为精确,引入横置静叶-低压内缸联合模型进行计算。分析中包含热-流-固耦合分析,并考虑缸体结构塑变影响,建立了针对低压内缸的准确、高效的横置静叶安全性分析方法,为后续横置静叶-低压内缸安全性评估提供了有益的参考。

提高三次谐波电压式定子接地保护动作可靠性的措施

通过三次谐波电压式定子接地保护2次误动案例分析,说明发电机的机型、一次设备的参数及一次回路的接线方式对发电机机端及中性点、三次谐波电压的大小和相位均有影响,在三次谐波电压式定子接地保护的设计选型时应予以考虑。提出了提高可靠性的措施:当发电机变压器按扩大单元接线时,或当发电机机端有断路器且断路器断口两侧并有接地电容时,宜采用绝对值比较式原理或采用不同工况下的自适应整定方案。

机匣处理作用下高负荷轴流压气机转/静子匹配设计研究

为了探索机匣处理作用下转/静子的轴向匹配方法以进一步提高压气机级的失速裕度,研究了静子的叶型安装角及"弯"、"掠"规律对压气机性能的影响,针对机匣处理与优化静子的组合结构进行了非定常数值模拟,阐述了该结构的扩稳机理以及压气机新的失速机制。研究结果表明,在机匣处理作用下,静子成为压气机失速的触发因素,通过对静子叶型安装角及"弯"、"掠"规律的优化均可进一步提高压气机级的失速裕度,其中改变静子"弯"型对压气机级失速裕度的改善最大。组合应用机匣处理与尖部反弯根部正弯静子后,压气机效率基本不变,失速裕度提升了80.2%,较单独使用机匣处理提升30.9%。在该组合结构作用下,压气机的失速由静子触发,静子叶根吸力面在激波作用下发生附面层分离,且与轮毂表面附面层相互作用形成角区涡,接近失速边界时,静子叶根形成"前缘溢流,尾缘反流"现象,造成静子通道的大范围堵塞,诱发压气机失速。压气机级的扩稳应充分考虑机匣处理的影响,对静子进行优化设计。

大型风力发电机定子机壳钻孔装备的研制

针对大型风力发电机定子机壳定位孔加工工艺问题,设计了定子机壳钻孔装备。应用三维建模技术,建立了定子机壳模型,分析了其结构特点,设计了立式回转变位工件装卡平台;研究了定位孔分布及加工工艺,设计了三轴卧式钻孔装备;基于结构及受力的研究,分析了对加工精度影响最大的关键结构件及其变形方向;基于有限元方法,对关键件进行了刚度的计算与分析,并设计了升降滑台的锁紧定位装置。研究结果表明:立式回转变位工件装卡平台可实现在一次装卡中完成4个加工面的变位;三轴卧式钻孔装备能完成定子机壳加工面上所有孔的加工。应用结果表明:该钻孔装备可显著提高大型风力发电机定子机壳钻孔加工的效率及精度。

水轮发电机定子绝缘问题分析及处理案例

本文选择黄龙滩水电厂1号发电机为典型案例,介绍了定子绝缘问题的查找和处理方法,结果表明直流漏电流试验能比较直观地反映定子绕组端部的集中性缺陷,绕组两端引线的紧固部件是产生定子绝缘缺陷的高发部位,应当给予重视,该研究结果对其他各电站类似问题有重要的借鉴价值和参考作用。

激光熔覆修复航空发动机风扇机匣TC4钛合金静子叶片

结合航空发动机大型风扇机匣TC4钛合金静子叶片的修复需求,研究了损伤叶片的激光熔覆修复工艺,对熔覆层成分、组织、显微硬度及力学性能进行了分析。试验结果表明,激光熔覆层TC4钛合金的O、N、H元素成分满足标准要求;激光熔覆区为具有魏氏体组织特征的柱状晶,柱状晶内部为细密的马氏体组织,热影响区为柱状晶和双态组织的混合组织,并逐渐过渡到基体的双态组织;激光熔覆层显微硬度平均比母材高15%,过渡平缓;激光熔覆TC4试样的室温拉伸、400℃高温拉伸、热暴露试验的强度结果均高于母材试样,断后延伸率稍低。采用单道多层熔覆工艺对受损叶片进行修复,验收合格后,风扇机匣得到使用。

基于铝与层压硅铁热阻研究的电机定子-外壳界面压强确定方法

电机中由层压硅铁合金制成的定子与铝制散热器外壳之间的压强,会影响二者之间的接触热阻,从而影响电机的散热性能。选择合适的直径差,通过热套配合使定子与外壳之间形成合适的压强,是电机设计中重要的环节。本文通过对不同表面处理的硅铁合金和铝试验样块在不同压力下散热性能的试验,分析了电机中热套配合接触面压强值对电机散热性能的影响。试验结果提供了原表面以及研磨表面两种表面处理的硅铁合金层压面在0~10MPa压强区间内与铝表面之间的热阻系数,以及接触面温度对热阻曲线的影响。随后本文将热阻的试验结果与内部应力和耐受转矩曲线结合,提供了一种在已知散热和转矩需求的电机中确定最优的热套配合压强范围的方法,使得设计既能满足电机性能需求又能避免内部应力过高带来的材料屈服的风险。

聚酰亚胺基树脂构件在航空发动机上的应用

为满足高推重比和低维修成本需要,复合材料广泛应用于航空发动机,聚酰亚胺树脂基复合材料是应用在发动机上较为成熟的复合材料之一。目前,国内航空发动机使用的聚酰亚胺复合材料主要有:石墨填充聚酰亚胺和玻璃纤维增强聚酰亚胺,分别应用于VSV可调静子叶片衬套和大尺寸中介机匣盖板,耐高温和长寿命是聚酰亚胺复合材料的主要发展方向。聚酰亚胺的加工工艺对零件的性能影响较大,根据不同的工作环境,需制定相应的成型工艺。

某型燃气轮机转子与静子相碰故障分析

对于某型气轮机原燃烧室机匣及改进机匣进行了有限元应力分析。计算结果表明,转子与静子相碰主要是由作用于刚度及强度均较弱的原燃烧室机匣上的燃气压力所引起。

机匣处理在无喷嘴径流涡轮叶片抑振中的应用

高周疲劳是无喷嘴径流涡轮叶片损坏的主要原因。大部分有关叶片抑振的研究都侧重于修改叶片与蜗壳几何,然而这些方法具有周期长、通用性差、影响涡轮气动性能等缺陷。本文采用流固耦合数值方法并结合实验验证,研究基于机匣处理的抑振流动控制方法。由广义力方法的基本原理可知,通过引入额外的激振力以抵消蜗壳产生的激振力,从而降低振幅。通过在叶片尾缘附近的机匣壁面上设计轴向沟槽以实现这一目标。首先研究蜗舌与沟槽相对位置对气动激振的影响。结果表明,当沟槽与蜗舌距离最大时,叶片振幅显著降低。广义力和流场分析进一步表明,在该位置处,蜗壳与沟槽的激振效应抵消。接下来研究沟槽尺寸参数对气动激振的影响。结果表明,通过合理调节参数,振幅最多下降了94%。其中两个参数只影响广义力的长度而不改变相位,极大地方便了沟槽的优化设计。本研究可用于指导高性能、高可靠性无喷嘴涡轮的设计。

双转子涡扇发动机碰摩振动特征研究

针对某双转子涡扇发动机转子叶片-机匣碰摩振动问题,建立了新型叶片-机匣碰摩的力学模型。将所提出的碰摩模型应用于某型发动机转子-支承-机匣整机模型中,开展了高压涡轮转子叶片和高压涡轮机匣的碰摩仿真分析。分析结果表明:碰摩导致整机振动值较大幅度的增大,同时伴随着高压转子倍频和高低压组合频振动成分。对某发动机整机试车振动数据分析表明:其振动偏大主要是由于工作过程中转子和静子机匣的热变形不协调导致的高压涡轮转子叶片和高压涡轮机匣的碰摩引起的,主要特征表现为振动总量和高压基频振动的增大,同时伴随明显的高压2倍频振动和高低压组合频振动。仿真分析结果与发动机实测振动数据基本一致。

不同湍流模型对燃气透平静叶及动叶叶顶传热预测精度的研究

本文研究了不同湍流模型对燃气透平静叶、动叶叶顶和机匣传热的预测特性,分析了SSTγ-θ模型在不同湍流强度、湍流尺度和雷诺数下对C3X静叶传热系数的计算精度。结果表明:SSTγ-θ模型对静叶传热系数的预测精度明显优于其它两方程湍流模型;SSTγ-θ模型的计算结果在本文所研究的湍流强度和雷诺数范围内与试验结果能够很好吻合;不同湍流模型计算的叶顶和机匣传热系数分布规律与试验结果相似,SSTγ-θ模型的预测结果在叶顶及机匣的大部分区域与试验结果最为吻合。

多级高负荷风扇处理机匣扩稳与静子匹配研究

以双级高负荷风扇为研究对象,以三维数值模拟为手段,探索一种适合多级高负荷风扇而又不影响其大流量点性能的扩稳方案。最终,对风扇采用周向槽对风扇小流量点进行扩稳,同时调节处理机匣上游静子局部基元使之与处理机匣相匹配,解决了风扇大流量点的堵塞问题。风扇的稳定裕度提高到16.3%,同时风扇大流量点的流量也没有减小,从而兼顾了设计状态的推力水平。

压气机试验件机匣同心偏差传递预测及改进

以压气机试验件机匣同心传递误差为研究对象,采用齐次坐标法及蒙特卡罗法建立了试验件机匣在车床上同心检查堆叠过程的数学模型,提出了提高压气机试验件机匣同心检查合格率的方法。