我国第一台系列化增压器离心压气机的试验研究

中国科学院力学研究所与六机部467厂等单位协作进行的我国第一个系列化离心压气机(CZ-355型)的研制工作已经取得了初步成果。根据在力学所“850千瓦离心压气机试验台”上的试验结果,机组性能已达到原设计指标。一些单位已将此机型模化用于生产实际。这一机型的研制成功将为我国船用涡轮增压器系列化工作的发展奠定良好的基础,为我国造船工业的发展发挥重要的作用。      

书讯

本集的重点是高负荷和跨音速,主要着眼于航空发动机的气动设计、计算与试验研究资料,并兼顾船用、工业用燃气轮机和增压器废气涡轮等各方面,注意了国外在这些方面的水平和动态。内容包括:先进涡轮气动设计、研究现状和发展趋势(2篇);涡轮级的基本分析(2篇);高负荷、跨音速涡轮的气动理论(11篇);涡轮叶栅的造型      

高压比单级涡轮增压器

评述了高压比下运行的离心式压气机以及轴流式和向心式涡轮能达到的性能。提供了对于运行压比超过4.0:1,总膨胀比3.7:1的涡轮增压器离心式压气机和单级轴流涡轮的性能。强调了在高压比下压气机运行范围的重要问题并详述了对达到广泛范围所加的限制。评述了与现代离心式压气机和轴流式涡轮的设计逐步增载到运行压比5.0:1有关的问题。本述评包含把向心式涡轮引入非汽车涡轮增压器范围的现实性。      

自己设计研制涡轮增压器

涡轮增压器是现代柴油机的一个重要组成部分。对于高原汽车、拖拉机、渔轮、内燃机车、内河船舶,甚至万吨巨轮、舰艇等一切以柴油机为动力的运输机械,它都可以提高柴油机的功率,有时还能降低油料消耗。涡轮增压器由燃气涡轮和离心式压气机两个部件组成。它利用柴油机排出的高温废气经过燃气涡轮膨胀作功,使涡轮转动,带动离心式压气机把空气压缩,提高空气的压      

涡轮模化试验数据的整理与模型级的推广

本文根据涡轮模化试验数据的综合整理与推广应用的要求,提出了包括导叶动叶出口喉部面积比在内的数据整理用准则;藉此可以简便地将单级涡轮模化试验结果有效地推广到不同子午面通道几何形状的应用场合。介绍了应用这些准则使R-250燃气轮机叶片成功地模化作为80系列和其他增压器涡轮叶片的例子。最后对工质绝热指数K的模化修正问题作了讨论。      

浅析光弹性法在增压器叶片强度分析上的应用

为了研究某型号涡轮增压器的涡轮叶片工作时受载荷情况,采用模型技术制造的环氧树脂叶片来取代真实叶片,并安装到涡轮上.采用合适的加载方式,使得叶片能模拟工作时的状态.环氧树脂的特性是可以将载荷以条纹的形式固化在其中.当载荷卸去后,获得的光弹性模型可切片以进行光弹性应力分析,获得模型内部应力,从而可方便的对涡轮叶片的强度进行全面研究.     

径流式涡轮叶片的振动分析

本文将[1]中计算转动叶片动频和离心应力的方法推广应用于径流式增压器涡轮叶片的振动分析。对方法和程序作了一些改进,以适应径流式涡轮叶片的结构特点。文章给出了较完整的理论分析和程序框图,并列出了某些实物的计算结果和测试结果,两者相当符合。     

高速涡轮增压器轴承-转子系统不平衡响应及稳定性分析

汽车涡轮增压器广泛采用浮环轴承支承的小型轻质转子系统,以实现100 000~300 000 r/min的工作转速,提高发动机功率和动力性能,并降低燃油消耗和排放. 在此超高速工况下,动压油膜的强非线性作用和转子固有的不平衡效应使该系统呈现出复杂的动力学现象,其中油膜涡动、振荡、跳跃、倍周期分岔和混沌等非线性动力学行为对增压器的健康运转意义重大,因而备受关注. 本文作者从摩擦学动力学耦合的角度出发,基于流体动压轴承润滑理论和有限差分法计算非稳态油膜压力,结合达朗贝尔原理和传递矩阵法建立了转子离散化动力学方程,提出了一种由双油膜浮环支承的涡轮增压器转子系统动力学模型,并从转子轨迹、轴承偏心率、频谱响应、庞加莱映射和分岔特性等方面比较分析,描述了该非线性轴承-转子系统的不平衡效应及油膜失稳特征. 结果表明:转子一般在相对低速下作稳定的单周期不平衡振动,在高转速下其被油膜失稳引起的次同步涡动所抑制,但不平衡量的增加可阻碍转子以拟周期运动通向混沌运动的路径;适当不平衡补偿下,由于内、外油膜间交互的非线性刚度和阻尼作用,在油膜失稳区间之间的中高速区会出现适合增压器健康运转的稳定区间.      

废气涡轮增压器涡轮盘的弹塑性有限元分析

本文用弹塑性有限元分析的增置刚度法对废气涡轮增压器涡轮盘作了强度及变形分析。在分析过程中,材料是否进入塑性状态是根据试验所得应力-应变曲线来判定的;在每一步计算时,作者用已算得的等效应力,在实验应力-应变曲线上插值计算相应的等效应变,以校正变刚度法的偏离误差。变形的计算结果与试验测量值接近。     

压气机超速制造时弹塑性接触的数值模拟

“叶轮超速工艺“是叶轮制造中的一种重要方法.以某柴油机涡轮增压器的压气机为例,采用有限元参数二次规划法结合多重子结构技术分析模拟超速预加载制造时叶轮、轴套与轴之间接触应力的相应分布规律.针对不同的超速转速进行了大量计算,获得了超速转速与接触应力;超速转速与压气机内孔最大残余变形量;超速转速与轴套壁厚之间的关系.结果表明本文所采用的分析方法是可行的,弹塑性接触分析结果可作为叶轮设计及加工工艺的参考.     

低压涡轮内部流动及其气动设计研究进展

随着高空无人飞行器研究的不断升温, 高空低雷诺数条件下动力装置的研究越来越受到人们的重视.结合近年来国内外相关领域的研究工作, 对低雷诺数低压涡轮内部复杂流动机理的研究进展进行了介绍, 包括低雷诺数情况下低压涡轮内部非定常流动的特点, 叶片边界层分离及转捩现象机理, 上游周期性尾迹与下游叶片边界层相互作用机理等. 在此基础上给出了适合低雷诺数条件的低压涡轮气动设计方法:尾迹通过与边界层的相互作用, 能够抑制分离, 进而减小叶型损失, 在气动设计中有效引入非定常效应可以大幅度提高低压涡轮的气动负荷或降低气动损失, 最终达到提高性能的目的;数值及实验结果验证了这种设计方法的有效性.      

镀MoS_2的波箔轴承之试验分析

本文是在挠性动压气体轴承——波箔轴承的平箔上涂敷MoS_2后的实况试验分析。结果表明该类轴承具有气相与固相润滑特性,其效率高、寿命长、承载能力大,同时还保持着气体轴承固有的特性,是一项极为成功的新技术,为动压气体轴承的发展新方向。 作者将这类气—固润滑轴承在气流纺中频电机、废气涡轮增压器上进行了应用试验,并对其性能进行了评价,认为这一工艺措施值得推广。     

涡轮叶片的持久寿命预测模型

镍基高温合金用于制造发动机的高压涡轮叶片.为了提高涡轮叶片持久寿命设计参数选取和设计方法的可靠性,从涡轮叶片代表性部位取材并设计、加工试验试件,进行持久寿命试验.试验过程中记录试件的变形量,进而推算出其蟠变应变,然后利用修正θ-Project Concept法来建立其持久寿命预测方程,并对其进行验证.     

大跨度组合吊桥优化设计——改进的序列线性规划方法

本文采用序列线性规划(SLP)方法,并把Griffth和Stewart提出的限步法(move limit)加以改进,对军用大跨度组合吊桥进行优化设计,在实际工程中均取得较好的工程质量和经济效益,并为今后军用组合吊桥系列化设计提供了相应的设计参数和工具。     

基于MEA-BP神经网络的涡轮盘低循环疲劳寿命预测与概率评估

作为航空发动机的关键部件,涡轮盘在高温、高转速的严酷条件下工作．低循环疲劳作为涡轮盘的主要失效模式,对其失效寿命和可靠性有重要影响．涡轮盘的结构复杂性,使得基于仿真数据的疲劳寿命预测和概率评估的难度显著增加,直接使用蒙特·卡罗方法(Monte Carlo Method, MCM)的计算量非常大,而传统响应面法(Response Surface Method, RSM)精度达不到计算要求．鉴于思维进化算法(Mind Evolutionary Algorithm, MEA)优化反向传播(Back Propagation, BP)神经网络的方法具有很强的非线性逼近能力,本文探索MEA-BP神经网络和MCM抽样相结合的方法,开展涡轮盘的低循环疲劳寿命预测与概率评估．与MCM、RSM、BP神经网络法进行对比,验证MEA-BP神经网络的优越性．结果表明,MEA-BP神经网络不但可以满足精度要求,而且可以显著提高计算效率．通过灵敏度分析,得出了影响寿命的主要因素,为涡轮盘可靠性设计提供有效依据．     

基于近似技术的涡轮叶片气动优化设计

根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S方程和湍流模型进行三维流场分析计算,以K-S函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,建立了一种基于近似技术的涡轮叶片的气动优化方法。将气动效率和总压比作为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化。算例表明本文提出的涡轮叶片优化设计方法是有效的。     

钻井液流体特性对井下涡轮性能的影响

涡轮结构广泛应用于钻井工具,在对其进行仿真分析研究过程中通常采用清水作为介质,但该方法并不能比较确切地反映涡轮结构在井下实际的工作特征。针对该问题,本文建立了某型涡轮三维模型,采用Turbo Grid软件确定合理的网格参数,并进行了网格划分。采用Herschel-Bulkley钻井液流变模型研究了钻井液流体参数对涡轮结构的输出扭矩和效率的影响。基于响应面法,采用Box-Behnken设计方法得到了钻井液流体参数与涡轮性能指标的关系。结果表明,相较于稠度指数和流变指数而言,钻井液的密度和动切力对涡轮结构的输出扭矩和效率影响显著。因此,在探讨钻井液流变参数对涡轮性能影响时,应该优先考虑钻井液的密度和动切力特性。     

流体粘度对涡轮流量计性能影响的研究

本文运用粘性流体力学原理对现有涡轮流量计理论模型进行了改进。根据新模型计算的流量计特性曲线与变粘度实验结果更为吻合,从而为工业生产中涡轮流量计测量结果的粘度修正问题提供了实用解决的方法。利用本文的研究结果还可预测仪表几何参数与来流速度分布对涡轮流量计性能的影响,作为改进仪表设计的理论依据。     

燃气涡轮发动机关键部件疲劳小裂纹研究进展

疲劳小裂纹扩展作为疲劳开裂过程中的关键阶段之一,显著影响着材料和结构的疲劳断裂过程.因具有速率波动和扩展路径偏转等特点,小裂纹效应给材料和结构疲劳寿命预测结果带来了不确定性,从而影响燃气涡轮发动机等机械结构的服役安全.本文围绕燃气涡轮发动机关键部件材料的疲劳小裂纹扩展问题,首先总结了当前疲劳小裂纹的扩展规律及其对疲劳寿命的影响规律;其次,针对先进燃气涡轮发动机关键部件常用的多晶合金和单晶合金,揭示了疲劳小裂纹的萌生和扩展机理;再次,对疲劳小裂纹扩展模型进行了总结,且指出了各模型的优缺点;从次,重点针对先进燃气涡轮发动机热端部件的工作环境,综述了热腐蚀/氧化介质中的疲劳小裂纹扩展行为和模型;最后,对当前疲劳小裂纹相关研究进行了总结,且结合燃气涡轮发动机领域提出了未来的研究趋势与方向.本文以期为先进燃气涡轮发动机关键部件的设计、安全评估和寿命预测提供理论知识和科学方法.     

航空高速涡轮制冷机用气体轴承的研制

本文介绍了高参数航空涡轮制冷机用高速气体轴承研制中的部分工作。在论述工作环境条件苛刻的这类制冷机中用气体轴承替代滚动轴承的必要性、可行性和特殊性的基础上,叙述了研制这类气体轴承时在设计、选材、加工和调试等方面完成的多项特殊试验以及气体轴承改装产品的航空环境适应性试验和应用概况。