某型发动机试车规程及性能确定方法的改进

一、问题的提出 原来某型发动机的工厂试车要求在磨合运转后,于规定的物理转速（n=11560转/分）下测取发动机涡轮后T_9温度;在给定的换算转速（n_(np)=11560转/分）下测取发动机的换算性能参数,如推力、燃油消耗率、涡轮后T_4温度等。同样,检验试车也要求在物理转速下检查其它有关参数,在换算转速下测取发动机的换算性能参数。这就要求试车工序分成两步进行。工厂试车运转程序例见表1。     

单晶涡轮叶片热机械疲劳试验技术

针对单晶空心气冷涡轮转子叶片的热机械疲劳(TMF)试验要求,建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统,包括加载、加热、气冷、水冷和控制等5个子系统.试验结果表明:该系统能够同时模拟服役条件下单晶涡轮叶片考核截面的应力场、温度场、气冷过程以及应力/温度谱等.利用该试验系统进行了单晶涡轮叶片考核截面的热机械疲劳试验,试验结果再现了涡轮叶片在服役状态下的失效模式.基于上述试验结果可以进行涡轮叶片的寿命预测和失效分析.      

涡轮气动设计对空气涡轮起动机自由运转转速的影响分析

为控制空气涡轮起动机自由运转,减少自由运转转速过高对空气涡轮起动机结构重量及安全运行带来的不利影响,开展了涡轮气动设计对空气涡轮起动机自由运转转速的影响分析,提出通过控制来流攻角降低自由运转转速的气动设计方法,识别了影响来流攻角的四个主要因素：叶片构造角、反力度、载荷系数和流量系数。结果表明：来流攻角对自由运转转速具有非常明显的影响,通过选择合适的气动参数,可有效提高峰值功率转速下的负攻角,增强大转速状态下的转子攻角损失,进而降低涡轮自由运转转速。进一步,整机试验结果证明,采用本文提出的设计方法,优化后的涡轮在峰值功率基本不变的前提下,峰值功率转速降低17.8%,自由运转转速可降低近20%。     

涡轮叶片热／机械复合疲劳试验方法研究

针对提高涡轮叶片TMF试验技术,介绍了在应用高频电感应加热设备基础上,进行高频电感应加热器设计、热/机械复合疲劳试验装置设计、测试方法和热/机械复合疲劳试验的方法;提出了制造工艺和试验方法对涡轮工作叶片热/机械疲劳寿命的影响与相应的修正措施。     

高压涡轮罩环安装形变对排气温度裕度的影响

为研究高压涡轮防护罩环(HPTS)安装后产生的同心度偏移和形变对航空发动机排气温度裕度(EGTM)的影响,根据发动机HPTS安装后的偏移及形变参数,结合高压涡轮单元体相关几何结构,运用支持向量机(SVM)建立了发动机维修后试车的EGTM预测模型。依托所建模型分析了冷态下HPTS不同安装形变偏向对EGTM的影响,并结合试验中HPTS热态下的磨削情况讨论了其影响产生的原因。研究方法可为发动机试车前HPTS的安装和调整提供指导建议。     

小型冲击式涡轮泵气动效率试验方法研究

小型冲击式涡轮泵产品高度集成,涡轮与泵叶轮同轴超高速运转,为涡轮气动效率的测试与获取带来难度。提出一种测试涡轮气动效率的试验方法,通过测量轴扭矩这一关键数据,得到轴系运转的机械功率,进而获取涡轮气动效率的准试验数据。具体测量过程中,将涡轮泵中负载端(泵)与输出功率端(涡轮)进行分体,实现了小型超高速涡轮运转状态下输出扭矩的测量。本研究丰富了涡轮泵产品的研制与试验手段,可为同类产品的研发提供借鉴。     

叶尖间隙对涡轮性能影响的计算与试验研究

采用电容型叶尖间隙测量系统,在国内首次对单级涡轮级性能试验状态下的转子叶尖间隙进行了实时测量,并利用获得的叶尖间隙热态试验数据,完善了涡轮转子叶尖间隙计算方法。同时,开展了变叶尖间隙的涡轮级性能试验,总结了叶尖间隙对涡轮性能的影响规律。另外,还对试验方案进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析,进一步研究了叶尖间隙对涡轮性能的影响。结果表明,电容型叶尖间隙测量系统具有较高的准确性,利用该系统有助于掌握叶尖间隙真实变化规律,提高试验安全;通过对叶尖间隙实时测量,可正确评估涡轮性能随叶尖间隙的变化规律,具有较高的工程应用价值。     

涡轮典型部件冷热态尺寸换算方法研究

应用优化设计的方法,将涡轮典型部件的热态尺寸换算到冷态尺寸,并对某型发动机涡轮叶片进行了分析;对优化算法与简化算法的结果进行了比较,同时将应用于涡轮盘的冷、热态尺寸换算,解决了涡轮典型部件冷、热态尺寸换算问题。     

辐射测温技术在涡轮叶片温度场中的应用

本文利用辐射高温计ROTAMAPII测量了某型燃机二级涡轮转子叶片的发射率。通过对该燃机的试车获取了多个试验状态的数据．对试验状态9100r／min、2260kW下的试验数据进行分析表明,该燃机涡轮叶片温度场与理论要求是吻合的。     

燃气轮机高速动力涡轮气动设计及试验

基于30 MW级燃气轮机增压机组动力涡轮设计要求及其研制特点、难点,在注重强度寿命的前提下开展了高速动力涡轮及排气系统的气动设计。完成了两级高速动力涡轮的一维方案设计、叶片造型设计和排气系统设计,并进行了准三维分析和全三维流动评估。动力涡轮直接串装燃气发生器,开展了燃气轮机整机工厂性能试验。试验结果表明:该动力涡轮气动效率和排气段总压恢复系数均超过指标要求,燃气轮机整机热效率超过设计要求0.6个百分点。