PDM二期工程在中国燃气涡轮研究院的应用

一期工程的成功实施,使我院相关业务得到了很快的发展,有力地保障了科研生产工作的顺利进行。为了进一步推进数字化设计和数据管理平台建设,促进设计管理水平的不断提高,我院决定开展PDM二期工程实施,在一期的基础上进行系统深化的应用并将实施范围扩展到江油院区。

某型航空涡轮发动机一级涡轮盘裂纹故障分析

航空涡轮发动机的一级涡轮盘是航空发动机中的关键部件。由于发动机涡轮盘转子转速高、温度高,工作环境恶劣,作用在发动机涡轮盘上的涡轮叶片产生的离心力反作用于连接的榫槽,在各种多变载荷、循环载荷作用下,使得涡轮盘容易产生疲劳断裂。通过对某型航空涡轮发动机一级涡轮盘槽底裂纹产生的原理进行分析,结合真实数据和故障造成的影响,提出相应的预防措施来提高航空涡轮发动机的使用性能、可靠性、安全性与经济性。

某发动机低压涡轮盘技术寿命研究

本文对某发动机低压涡轮盘进行了技术寿命研究。对盘进行了应力计算 ,寿命分析 ,确定了考核部位。对试验设备、试验件及试验参数进行了介绍。给出了 2个试验件的试验结果 ,并根据有关规范给出了轮盘的标准循环数和平均飞行小时数。试验研究为轮盘定寿、延寿提供了试验依据。

涡轮叶片表面气膜冷却效率的实验研究

采用放大的叶片模型,利用大尺寸低速线性叶栅风洞进行实验,测量了涡轮导向叶片表面不同位置单排气膜孔的气膜冷却效率,研究了孔排位置、吹风比及来流雷诺数的影响。风洞实验段由3个叶片组成,其中中间的叶片为试验叶片,由优质木材制成。试验叶片表面上开有15排气膜孔,其中吸力面3排,前缘区6排,压力面6排。实验的参数变化范围是:基于叶片弦长的来流雷诺数250000～450000,吹风比0 5～2 5。结果表明,由于气膜孔排位置的不同,其下游冷却效率受来流雷诺数及吹风比影响的变化趋势也有所不同。

气膜孔喷气对涡轮气动性能影响的实验研究

为了认识气膜孔喷气对涡轮叶栅气动性能和流场结构的影响,应用涡轮平面叶栅风洞,实验测量和分析了在叶片表面不同位置气膜孔喷气情况下涡轮叶栅流场与性能,实验中气膜孔气流采用与涡轮叶栅相同的空气介质。实验结果表明,前缘气膜孔喷气使得涡轮叶栅损失随喷气流量增大而单调增大;但是,叶片压力面和吸力面气膜孔喷气对涡轮叶栅损失影响规律是复杂的,由于叶片表面不同位置流动特点的不同,在叶片表面不同位置的气膜孔喷气对涡轮叶栅流动损失和流动结构等的影响也是不相同的。

某Ⅰ级涡轮盘低循环疲劳寿命试验研究

为了确定某Ⅰ级涡轮盘的技术寿命，根据该盘的标准循环载荷谱，对该盘进行了应力分析，确定在标准循环时该盘中心孔与径向销孔相交处为考核部位。为模拟标准循环时该盘在其考核部位的应力谱，专门设计了该Ⅰ级涡轮盘的试验转子及试验参数，在轮盘低循环疲劳试验器上，对该Ⅰ级涡轮盘的一个旧盘进行了高温低循环疲劳试验。试验结果表明：该旧盘低循环疲劳试验至第６０４７ 次循环时，有５ 个销孔考核部位出现了裂纹。断口分析表明：该旧盘剩余的试验低循环疲劳失效寿命为６０４７

涡轮导向叶片表面气膜孔流量系数的实验研究

对表面布置有多排气膜孔的涡轮导向叶片进行了流量系数实验研究,在不同吹风比和雷诺数下测得了流量系数值。并分析了各种因素对流量系数的影响程度。结果表明:在不同位置气膜孔流量系数分布规律有较大区别,孔排位置一定时,流量系数主要由吹风比决定。该实验结果对涡轮叶片表面气膜冷却的设计研究有重要意义。

涡轮工作叶片型面气膜孔流量系数的实验研究

对涡轮工作叶片表面不同位置气膜孔的流量系数进行了系统的测量,在不同吹风比和雷诺数下测得了流量系数值,并分析了各种因素对流量系数的影响程度。结果表明在不同位置气膜孔流量系数分布规律有较大区别,孔排位置一定时,流量系数主要由吹风比决定。该实验结果对涡轮工作叶片表面气膜冷却的设计研究有重要意义。

跨声速涡轮导叶吸力面换热特性数值研究

为了了解涡轮导叶吸力面在跨声速条件下的换热特性,采用数值模拟的方法,分析了出口马赫数对平面叶栅内流场与换热特性的影响,以及气膜出流对吸力面气膜冷却特性的影响。结果表明,跨声速条件下,斜激波导致的逆压梯度导致了吸力面层流边界层分离和转捩;亚声速条件下,吹风比从0.5增大至1.5时,转捩位置前移了约0.1倍弦长;跨声速条件的转捩位置随吹风比增大未发生变化,但是边界层分离现象被抑制,分离泡的尺寸明显变小。在吸力面小吹风比更容易获得更高的冷却效率;边界层的分离导致冷效率分布不同于亚声速条件,在分离区冷却效率迅速降低,在吹风比0.75时降低约50%。

考虑冷气掺混的涡轮气动性能数值研究

采用数值求解雷诺平均N-S方程的方法,数值模拟了带冷气掺混的涡轮内部全三维黏性流场,研究了冷气掺混对涡轮流动损失和气动性能的影响。数值计算结果表明,对于具有单排孔冷气入射的气膜冷却情况,当入射角是30°时,随着冷气流量增加,流动损失减小；而对于多排气膜孔冷气入射,各排气膜孔冷气之间的干扰是引起流动损失的主要原因,对不同位置冷气流量的优化选择,可以明显减小前后排冷气的掺混损失。为了降低冷气掺混的流动损失,基于数值实验的结果,本文首次引入了叶片表面气膜孔沿径向交错排列结构。

涡轮工作叶片表面气膜冷却效率的实验研究

在大尺寸低速线性叶栅风洞上进行实验,采用放大的叶片模型,测量了涡轮工作叶片表面不同位置单排气膜孔的气膜冷却效率,研究了孔排位置、吹风比及来流雷诺数的影响。试验叶片表面上开有8排气膜孔,其中吸力面2排,前缘区3排,压力面3排。实验的参数变化范围是:基于叶片弦长的来流雷诺数250000～450000,吹风比0 5～2 5。结果表明,由于气膜孔排位置的不同,其下游冷却效率受来流雷诺数及吹风比影响的变化趋势也有所不同,孔排位置一定时,冷却效率主要由吹风比决定。该实验结果对涡轮叶片型面气膜冷却的实际工程设计研究有重要意义。

燃气涡轮起动机高空台高空起动试验研究

介绍了某型燃气涡轮起动机在高空台进行高空起动试验的安装方式、试验条件和试验方法,并对高空起动试验结果进行了详细分析。研究表明,通过增加起动加速供油量与起动电机功率,可有效扩展燃气涡轮起动机的高空起动包线,且起动机的冷机时间对其起动特性有着显著影响。同时,在此类起动机高空台试验中,应对滑油管道提供相应的保温措施,以保证起动机在低温环境下的冷机过程中,滑油温度不至于过低而影响起动。

1+1对转涡轮气动设计技术研究

分析了对转涡轮方案的影响因素,推导了带导叶对转涡轮基元级速度三角形参数与涡轮效率和出功比的关系,进行了速度三角形的分析,得到了带导叶对转涡轮速度三角形的设计规律。为验证此规律,选取了基元级基本参数,在此基础上,进行了考虑冷却的1+1对转涡轮气动方案的设计;并利用三维数值模拟手段对所设计的气动方案进行了验证。结果表明,所完成的涡轮气动方案能够满足设计要求,且选取的速度三角形基本参数与数值模拟结果较为接近。

复合式气冷涡轮导叶综合冷效试验研究

介绍了复合式气冷涡轮导叶的冷却效果试验研究。试验结果表明,导叶在宽广的冷气流量比范围内,具有良好的冷却特性,经模化分析,在发动机状态下,叶片中截面相对冷却效果为0.69,达到了设计指标。

高压涡轮导向器扇形叶栅试验研究

本文介绍了国内首次在平面叶栅风洞上进行的涡轮导向器扇形叶栅的试验方法和试验结果。扇形段由五个真实的高压涡轮导向叶片组成。试验中通过调整扇形段出口凸块的高度,可以获得满足要求的径向压力梯度。试验结果表明:该涡轮导向器扇形段叶栅在M2h≤1．05时,叶中截面处在带冷气和不带冷气时出口气流参数周向分布较均匀,周期性较好;在设计状态下,带冷气和不带冷气时靠近叶中的几个截面的出口气流参数沿径向的分布变化很小。

双层涡轮叶片异形冷却单元内换热特性实验研究

基于实际加工成型的双层涡轮导向器叶片内部特征,模化出操场形和椭圆形截面冷却结构。针对其内部应用的冲击/气膜复合冷却形式,实验研究了冲击靶面的换热特性,重点分析了通道截面形状不同时,进口Re数、气膜出流以及冲击孔和气膜孔的相对位置对冲击靶面换热特性的影响。研究中发现通道内部局部Nu数呈中心对称的波浪形分布,并且气膜孔壁面上游的换热效果整体低于下游,只有在靠近气膜孔中心局部区域的换热系数较高。随着进气Re数增加,换热效果逐步增强。实验数据表明,截面形状不同的冷却通道的换热特性规律不同。对于操场跑道形冷却通道,冲击孔和气膜孔顺排时冷却效果较好;而椭圆形冷却通道中,冲击孔和气膜孔错排时冷却效果较好。

某型发动机第Ⅰ级涡轮盘低循环疲劳试验研究

为了通过地坑式旋转疲劳试验器确定某型发动机第Ⅰ级涡轮盘的技术寿命 ,根据给定的该涡轮盘的标准循环载荷谱 ,对该涡轮盘进行了应力分析 ,确定了在标准循环时该盘中心孔与径向销孔相交处是危险区域 (简称为考核部位 )为模拟标准循环时盘在该考核部位的应力谱 ,专门设计了该Ⅰ级涡轮盘的试验转子及试验参数 ,在轮盘低循环疲劳试验器上进行了高温低循环疲劳试验。试验结果表明 :低循环疲劳试验至第 70 87次循环时 ,在该盘预计的考核部位出现了长 2 6mm的裂纹。断口分析表明 :可以定该盘试验低循环疲劳失效寿命为 70 87周 ,试验低循环疲劳裂纹起始寿命为 3493周 ,试验低循环疲劳裂纹扩展寿命为 35

叶尖间隙对涡轮气动性能影响的试验研究

叶尖间隙对涡轮气动性能有较大影响,控制叶尖间隙可以提高涡轮的气动性能。通过在中国燃气涡轮研究院涡轮综合试验器上进行的两次变叶尖间隙对涡轮性能影响的试验研究,找出了叶尖间隙对涡轮气动性能影响的部分规律,对涡轮叶尖间隙的设计具有一定的参考价值。

世界航空发动机高压涡轮导向器研究综述

针对航空发动机涡轮气冷导向叶片的结构特征,结合国内外相关工作的研究状况,本文从多方面对高压涡轮气冷导向叶片结构设计与制造技术所取得的研究成果进行了总结和分析,重点介绍了高压涡轮气冷导向叶片的结构特点与制造工艺等。

中国在燃气涡轮发动机燃烧和冷却技术方面的部分进展

介绍了中国 90年代实施的一项高性能燃气涡轮动力技术研究计划中有关燃烧技术。