摘要：以船用九级轴流压气机为研究背景,探讨减少可转导叶列数的可行性,并提升低工况喘振裕度,通过数值模拟方法研究通流布局优化对压气机低工况稳定性的影响。通过特性分析和详细流场分析表明:一维关键参数选取对最佳可转导叶控制策略影响较大。优化部分级关键参数,不仅减少了可转导叶列数,而且提升了低转速下的喘振裕度,在75%转速下喘振裕度提升了2.27%,在70%转速下喘振裕度提升了3.3%。

摘要：针对动静干涉条件下压气机叶片在离心载荷与气动载荷耦合作用下的疲劳强度问题,本文开展了最高效率和近失速工况下叶片表面非定常气动激励的时域和频域特征研究,提出了气动激励引发叶片耦合振动的疲劳寿命预测方法。结果表明:非定常气动激励引起叶片一阶耦合振动和近失速时多阶高倍频诱导叶片在工作转速裕度内产生高阶谐振。近失速时比最高效率点应力增加2.3%,疲劳寿命降低11.1%,易造成叶片前缘叶根疲劳断裂。研究结果表明:工程设计应采用双向流固耦合方法进行叶片强度校核,以提高压气机的安全性和可靠性。

摘要：船用燃气轮机动力涡轮在大范围变工况下性能衰减严重,为满足动力涡轮宽工况气动设计的技术要求,本文基于某型船用燃气轮机热力循环参数,开展动力涡轮气动设计。通过正交实验法研究了涡轮效率对载荷系数等七个关键设计参数的敏感性;集成NREC软件内部模块,开展了一维优化设计;分别利用自由涡设计方法、可控涡设计与后加载叶型相结合方法进行了三维气动设计与优化。结果表明:涡轮效率对七个设计参数敏感性由高到低依次为平均流量系数、平均载荷系数、稠度、尾缘厚度与喉部宽度比值、反动度、叶顶间隙与叶高比值、展弦比;通过一维与两版三维气动方案结果对比与校核,涡轮在设计与低速工况下都具有良好的气动性能,说明形成的一维优化设计方法行之有效;采用可控涡设计和后加载叶型后,设计工况下总效率提高了0.62%,压比为2和6的低速工况下,总效率分别提高了0.764%和1.979%。可控涡设计相比自由涡设计而言,主要是对动叶降低损失,对径高比为5.1~7.8的涡轮级仍有一定的优化效果,在低速工况更明显。如配合静叶载荷形式的优化,效果更好。

摘要：为避免压气机失速的发生,采用数值仿真方法,对跨音速压气机DMU-37静子扇形叶栅展开研究,分析在叶栅端壁与吸力面同时进行附面层抽吸时对该扇形叶栅性能的影响,同时讨论了改变总抽吸质量流量的影响。结果表明,端壁区域的损失会随着抽吸流量的增加逐渐减小,上、下端壁三维角区回流强度减弱;通流能力随着抽吸流量的增加而逐渐提升,叶栅内主要涡结构逐渐向端壁迁移;随着抽吸流量的增加,流入抽吸腔的流体速度增大,附面层抽吸能力增强,当抽吸流量为进口流量的2%时,总压损失系数较未抽吸时降低49.07%;在固定抽吸流量率条件下,双侧端壁抽吸与吸力面组合抽吸可让叶栅气动参数更加均匀,推迟附面层分离。分析组合式附面层抽吸对扇形叶栅角区与型面分离的控制效果,对组合附面层抽吸机理做进一步探究,可为附面层抽吸在压气机中的应用、吸附式压气机的设计提供理论依据与设计准则。

摘要：国内船用燃气轮机相关标准主要分布在国家标准、船舶行业标准、航空行业标准、机械行业标准中,这些标准对船用燃气轮机的设计、试验和制造有一定的参考借鉴作用,但并不完全适用。到目前为止,国内对船用燃气轮机设计、试验、制造、使用保障、基础共性等领域的标准体系架构研究很少涉及,尚未建立完善的具有船舶行业特色的燃气轮机标准体系。本文调研了国内外燃气轮机相关的标准分布与标准体系框架,基于船用燃气轮机标准体系构建技术,建立了船用燃气轮机标准体系顶层架构与设计、试验、制造、使用保障、基础共性等领域的子框架,为进一步完善船用燃气轮机标准体系框架与明细表提供参考。

摘要：某重点项目的船用燃气轮机领域提出了更高等级功率燃气轮机的要求。为了在研制周期内快速设计一型压气机,以现有机型为母型机进行模化设计,在母型机特性图上合理选择模化点,确定模化比,得到增容后模化机的叶片和几何通流结构,划分网格时,充分考虑叶顶间隙、倒角、引气孔、梳齿密封等,以更接近于工程实际情况,对模化机进行全三维数值模拟计算。结果表明,模化机设计点性能指标达到要求,非设计工况喘振裕度基本与母型机相同,模化后叶顶相对间隙的降低会带来阻塞点流量的升高、失速点流量的降低,导致低转速下喘振裕度的升高和高转速下喘振裕度的降低。总体来说,模化增容设计继承了母型机优良的气动性能,为快速、高效研发新机型提供宝贵经验。

摘要：以功率不低于100 MW的新型布雷顿循环氦气轮机发电系统为研究对象,通过敏感性分析确定了涡轮入口温度、部件效率、压比、堆芯入口温度等主要参数对性能的影响,并开展了总体性能计算、总体结构设计和模化部件试验验证。结果表明:设计的发电系统输出电功率119 MW、发电效率高达47.54%,循环经济性好;最大直径仅5.7 m,相比于传统动力形式的换热设备,结构更紧凑。

摘要：为提高设计效率并快速得到适于工程应用的高压压气机转子结构,以改型设计方法为基础对某高压压气机转子结构进行了详细设计,同时对结构改进方法进行了一定的探索。采用叶—盘耦合系统循环对称结构算法及整体转子系统二维轴对称结构算法进行强度设计及改进,前轴颈最大应力下降最多达26%;其次进行支承结构设计,计算校核母型机轴承承载能力。结果表明:轴向力安全裕度最小为28%,轴承寿命大于100 000 h;给出2种调整鼠笼厚度的估算方法用以指导三维有限元计算,同时计算得到前支承刚度;通过二维有限元分析模型计算转子的临界转速,仅将后轴承支承位置沿压气机轴线向后移动7.5 mm,全运行工况转速与第2阶临界转速的安全裕度由18.5%提高到21.2%。

摘要：为完成某型燃气轮机压气机新设计转子叶片高周疲劳储备分析,采用基于叶尖定时法的激光非接触测量方法对该级转子叶片进行了振动应力测试,并结合理论计算和转子叶片高周疲劳极限试验,获得每一只叶片的高周振动疲劳强度储备,创新性地一次性完成了某级压气机新设计转子叶片振动疲劳性能的全面评估。研究表明:理论计算得到的叶片1阶弯曲共振转速为4 393 r/min,实测叶片在机组全部运行工况下的共振转速区间为4 276~4 435 r/min,叶片振动应力范围为54~123 MPa;试验实测得到的置信度满足95%及误差限度5%下叶片中值疲劳极限为730 MPa,推算得到99.99%高存活率下叶片高周疲劳极限约为660 MPa;结合叶片静强度分析结果、叶片材料的抗拉强度值、叶片振动应力值和99.99%高存活率下叶片的疲劳极限值进行计算,其高周振动疲劳强度最低储备为4.61,共振转速区间处于机组运行的过渡工况,满足设计要求。

摘要：为确定某燃气轮机涡轮盘的破裂转速,设计并开展了轮盘破裂转速试验,得到了其真实破裂转速,并与多种数值预测方法预测的轮盘破裂转速进行对比。结果表明:对于某型燃气轮机高温涡轮盘而言,最大应力法对破裂转速的预测精度最高,与试验转速相比,精度误差为0.9%,可以预测裂纹的起始开裂位置以及轮盘的破裂模式;极限应变法与残余变形法预测的破裂转速的精度相当,与试验转速相比,精度误差分别为4.8%和6.2%,由于有限元方法会同时计算应变和应力,因此建议优先选用应力准则预测;平均周向应力法计算相比较简便,计算时间短,但是精度较差,精度约为12.3%,可以用于粗略估计破裂转速。