某钛合金宽弦空心风扇叶片共振特性仿真分析

宽弦空心风扇叶片特有的空腔及加强筋结构,在大幅减轻叶片重量,降低整机载荷的同时,也更易使叶片在高速旋转过程中产生共振现象。为有效规避共振引起的叶片疲劳断裂、振动失效等问题,一般需要对叶片在不同转速下的共振特性进行系统分析。为此,采用有限元方法对某型号航空发动机钛合金宽弦空心风扇叶片在不同转速下的强度和模态进行了仿真分析,并借助Campbell共振图进一步对其频率裕度进行了校核。研究结果表明:靠近叶片前缘的加强筋最易受共振影响而发生振动形变,转速在2900r/min-3800r/min区间时叶片具有良好的频率裕度。

风电叶片内窥机器人结构设计与运动仿真

针对风电叶片前缘空间不规则、直径变化范围大的特点,文中制订了内窥机器人设计要求,提出以履带式行走机构和剪叉式变径机构为基础的设计方案,分别建立两种不同的内窥机器人三维模型,详细介绍了两种内窥机器人结构及各部件功能。机器人主要由行走模块、变径模块和支撑模块构成,具有大范围变径、小范围随形支撑和差速转向能力。机器人本体配有可移动电源并可进行无线控制,搭载检测设备可以对前缘空间进行检测。最终对机器人变径机构进行运动仿真,结果表明:机器人工作直径为395~1492 mm,满足设计要求。

宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学(SPH)算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明:空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。

离心泵宽高效水力设计方法的研究及应用

为了达到离心泵宽高效,以实现泵设备节能增效的目的。本文通过对离心泵宽高效机理的分析,揭示了离心泵宽高效的基本规律。提出了泵设计中采用叶片分区设计的方法,即叶片包角范围内共分三个区,即非控制区、过渡区和控制区。具体地讲首先设计泵叶片进口角-出口角的角度分布线,同时应用微积分方程求解方格网中的保角变换线,进而产生宽高效的离心泵叶轮型线。试验结果表明此叶轮设计方法达到了离心泵宽高效的节能特性,电动机的配套功率或输入功率变小。离心泵宽高效机理和试验都证明了离心泵叶轮的叶片进口角至出口角分布线的形状是决定离心泵宽高效的关键因素。

高压涡轮非对称叶冠表面热负荷特性研究

高压涡轮带冠叶片工作于高温、高压和高转速的恶劣环境中,导致叶冠容易发生掉块现象,这严重威胁到燃气涡轮发动机的安全运行。因此,有必要研究不同参数对涡轮叶冠表面热负荷变化的影响以及作用机制,该文着重分析不同叶冠结构、宽变工况对叶冠表面热负荷变化的影响,同时,根据叶冠表面壁面热流密度的分布和变化规律,对叶冠结构形状进行改进,最终达到降低叶冠表面热负荷的目的。研究结果表明:由于篦齿的密封作用,叶冠后缘容腔内的泄漏流流动比叶冠前缘稳定,导致叶冠后缘的壁面热流密度分布比前缘更加规律。宽变工况条件下,主要通过影响叶冠前缘的壁面热流密度分布进而改变叶冠表面的热负荷。最后发现对叶冠后缘切削10%的面积,可以降低叶冠表面热负荷高达19.2%,这为今后新型涡轮带冠叶片设计提供参考。

基于轴承跨距限制的高中压通流宽负荷提效技术研究及应用

从通流型式的选择、高效叶型的选型、回热系统的优化、叶型端壁的优化、通流汽封技术、精细化通流能力选型设计优化以及回热系统设计原则分析等几方面对基于轴承跨距限制的高中压通流宽负荷提效技术进行研究。基于轴承跨距限制的高中压通流宽负荷提效技术可迅速推广到同类型机组的升级改造应用当中,推动了国内1000MW等级汽轮机的优化升级进程。

多功能大型宽叶搅拌桨

介绍MAXBLEND(MB)、FULLZONE(FZ)、SANMELER(SM)3种多功能大型宽叶搅拌桨的结构形式、在槽内产生的流动状态、混合特性、功率特性,以及液液系、固液系、气液系的分散特性。这些搅拌桨适用粘度10-3—100Pa·s,具有低能耗高效率的特点,在槽内产生的轴向的径向速度分布比较均匀,沿槽内壁轴向的传热系数也比较均匀,传热系数较高;在聚合、晶析操作中,有利于防止结垢,并且容易控制粒径的分布。

宽弦空心风扇叶片动力响应特性研究

宽弦空心风扇叶片是未来风扇叶片的发展趋势.本文采用ANSYS软件利用数值模拟方法,通过对叶片的模态特性和脉冲激励下的响应特性研究得到了叶片的基本变形以及动态响应变形情况.结论为该风扇叶片振动时以弯曲变形为主,工作转速在6000r/min以内,弯曲振动变形规律以及叶片空心加芯板的结构决定了叶片应力集中发生在内含芯板的叶盆中心处.另外,在叶片高速旋转时的离心作用使得叶根处也成为应力集中区域.

新型大双叶片搅拌器功率与混合特性的数值模拟

针对过程工业体系特性复杂多变的特点,开发了新型大双叶片宽适应性搅拌器,并建立了描述其流动、混合过程的综合数学模型,模拟分析了搅拌釜内的功率特性、流场特性和混合特性。模拟结果表明:新型大双叶片搅拌器所形成流场中存在着上部叶片区域循环流、下部叶片区域循环流以及纵贯全釜的整体循环流;随体系黏度增加,新型大双叶片搅拌器所产生流场的轴向速度、径向速度和切向速度均波动趋缓,且仍保持良好的功率与混合特性,对流态和黏度具有宽适应性;对新型大双叶片搅拌器而言,近液面加料方式不利于整体混合,适宜的加料点应在上下叶片之间,以缩短混合时间;在消耗相同单位体积功率的前提下,新型大双叶片搅拌器较同尺寸规格的FZ搅拌器的混合效率更高,具有高效节能的竞争优势。模拟结果对改进和优化新型大双叶片搅拌器的结构与运行具有参考价值。

宽弦空心风扇叶片流固耦合作用下的疲劳分析

宽弦空心风扇叶片是航空发动机采用的新技术之一。采用间接耦合和直接耦合两种计算方法,对宽弦空心风扇叶片在空气场作用下的结构响应进行了数值模拟和疲劳寿命预测,对比分析了两种方法对叶片寿命的预测结果。结果表明,与间接耦合相比较,直接耦合计算得到的叶片最大应力高出不足10%,两种方法对叶片寿命的预测结果相差很小。在应力放大因子为2的情况下,对比两种耦合方法,叶片的疲劳寿命使用系数几乎为零;在应力放大因子的为3的情况下,同间接耦合相比较,直接耦合随着使用周期的增加,叶片疲劳寿命使用系数也不断增加。

航空发动机用关键钛合金部件先进设计及制造技术

钛合金具有优异的各项性能,在航空发动机的关键部件中得到了重要应用。通过介绍世界知名飞机发动机制造公司的钛合金宽弦风扇叶片设计及制造技术、钛合金整体叶盘和叶环设计及制造技术以及钛合金机匣精密成型设计及制造技术的发展现状,指出钛合金宽弦风扇及整体叶盘、整体叶环制备技术和钛合金机匣精密成型技术是我国新型高性能航空发动机开发所必需掌握的关键技术,应当尽早突破。

新型大双叶片搅拌器的实验研究与结构优化

针对过程工业体系复杂多变的特点，开发了新型大双叶片宽适应性搅拌器，且通过实验建立了不同结构参数下的单位体积功率与混合时间数的关系曲线，确定了新型大双叶片搅拌器的优化结构，并与目前工业上应用较广的双螺带搅拌器和FZ搅拌器进行了对比。实验结果表明，新型大双叶片搅拌器的混合时间数随单位体积功率的增加而下降，但下降幅度在高黏体系中会变小；在消耗相同单位体积功率的前提下，当新型大双叶片搅拌器的结构为上下叶片全开栅格、互成45°夹角、轴向间距比0．09、离底距离比O．19～0．24时，其混合时间数较小，混合速率较快；在达到相同混合效果的前提下，新型大双叶片搅拌器较同规格的双螺带搅拌器和FZ搅拌器的功率消耗更少，节能效果明显。此外，新型大双叶片搅拌器开设栅格必须兼顾强度的要求。

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。

某型航空发动机宽弦风扇叶片强度分析

针对某型航空发动机,考虑到离心力和气动力共同作用的影响,对该型发动机风扇叶片进行了有限元建模和强度分析,其中对气动力的加载进行了适当的简化。计算结果表明,该型叶片具有较高的静强度储备;应力集中区域在风扇叶片叶盆靠近叶根的区域,是叶片的几何形状以及离心力和气动力共同作用的结果。

2/3层板结构空心风扇叶片设计与对比分析

针对空心结构风扇叶片设计技术在航空发动机上的应用,分析了2/3层板空心叶片结构特点,提出了1种基于气动数据源的空心叶片结构设计方法,并以某风扇叶片为例开展了2种结构空心叶片设计,有限元对比分析结果表明:2种结构空心叶片在静强度、振动特性方面各有优势,但2层板结构空心叶片可设计性更优,应用前景更好。

高效宽负荷叶型气动性能研究

针对叶片根中顶3个截面不同的安装角,设计了相应的高效宽负荷叶型,并采用数值模拟的方法,分析了叶型对负荷的适应性,重点分析了对攻角和马赫数的适应性。数值计算表明,以变工况性能较好的高效后加载叶型为母型开发的高效宽负荷叶型,可以实现机组变负荷运行时保持较高通流效率的目标,攻角变化范围为±30°、马赫数变化范围为0.2~0.6时叶型损失变化不超过0.5%。

双“S”形叶轮浆料泵的设计与试验

通过对IC型浆料泵的改造,提出了双“S”形叶轮浆料泵的设计方法.分析了双“S”形叶轮浆料泵中悬浮杂物的通过机理,认为长纤维进入叶轮后将沿着“S”形叶片背面流出叶轮,得出由长短叶片通过过渡圆弧连接而成的“S”形叶片有利于长纤维物料通过的结论.分析了叶轮和蜗壳各几何参数对该泵的通过性能和效率的影响,并提出水力设计方法.试验结果表明,双“S”形叶轮浆料泵有效减少了悬浮杂物在叶片入口处的缠结,解决了流道易堵塞等问题,且性能及效率较同类产品均有一定程度的提高,其中实际扬程提高0.6-1.1 m,汽蚀余量降低0.2-0.5 m,而使用电机功率更是降低了0.42-1.03 kW,在效率上则提高了3%-6%.

大涵道比宽弦风扇叶片连接结构设计及分析研究

在分析民机大涵道比风扇叶片设计特点及发展趋势的基础上,重点介绍了高负荷高切线速度宽弦风扇转子叶片连接形式的特点,给出不同的风扇叶片连接结构设计方案,并对其优缺点进行了对比分析。

宽弦风扇叶片空腔结构多目标轻量化设计

航空发动机结构重量直接影响其工作效率与服役成本。本文以发动机宽弦风扇叶片为研究对象,基于拓扑优化技术给出了获得宽弦风扇叶片轻量化启发式设计的结构优化设计方法。研究中考虑了离心力工况与鸟撞工况。由于鸟撞工况具有随机性,本文采用加权求和的方式实现了不同位置鸟撞工况下风扇结构性能的统一评价和设计,有效降低了优化问题的复杂性。首先以结构的最小柔顺性为目标函数,以设计域内单元人工密度为设计变量,以设计域的材料体积为约束函数,对风扇叶片的空心结构开展基于拓扑优化的轻量化设计。进一步,将结构基频引入拓扑优化目标函数中,开展了同时考虑结构刚度性能与动力频率特性的多目标拓扑优化设计。数值算例结果显示,多目标拓扑优化给出了较为清晰的空心叶片内部材料分布方式。该结果可为风扇叶片轻量化设计提供启发,促进航空发动机的性能提升。

广域测量系统中刀片式构架相量数据集中器的设计与实现

基于同步相量测量技术的广域测量系统(WAMS)为电力系统各领域的研究和开发提供了全新的数据支持平台。相量数据集中器(PDC)是WAMS中连接同步相量测量单元(PMU)和测量主站的关键环节,目前多数解决方案是采用工控机来实现。实际情况表明,基于工控机的PDC在可靠性和可扩展性方面存在明显不足。采用刀片式构架理念设计的新型PDC极大地提高了其在可靠性和可扩展性方面的表现,特别是对基于IEC 61850标准过程层总线的智能变电站有很好的适应性,实际运行验证了所提出的解决方案有效、实用。