燃气轮机轮缘密封气动技术研究进展

为明确轮缘密封技术发展现状及趋势,在相关文献调研基础上,从轮缘密封燃气入侵的预测模型、轮缘密封不稳定流动机制、涡轮轮缘密封燃气入侵特性及流动机理、轮缘密封出流与涡轮主流的相互干扰、涡轮轮缘密封设计及气动性能改进等方面对燃气轮机轮缘密封气动技术的研究进展进行综述.简要总结了轮缘密封流动的常用研究方法与研究结果,并指出未来...     

整体盘轴零件优质高效加工技术

整体盘轴零件结构及 加工工艺性分析 整体盘轴零件是典型的盘轴一体结构的零件,具有结构复杂、尺寸精度高、薄壁刚性差、材料难加工等特性.其主要结构:大端是轮盘结构,具有轮缘、辐板、轮毂、盘心孔,在轮缘上具有安装叶片的燕尾型榫槽,辐板处有48个精密螺栓联接孔,位置度要求0.05mm,零件轴颈端外型面为薄壁斜锥壁结构,壁厚仅为2.7～3.1mm,轴身上带有螺纹、蓖齿、外花键、径向斜孔等,轴身内型面有球头凹槽、锁片槽等.零件φA、φB、φC等直径配合表面尺寸公差为0.013～0.05mm,跳动、平行度、垂直度等形位公差为0.01～0.013mm,整体盘轴零件最突出的特点是轴颈锥壁与轮盘的辐板形成半封闭深型腔结构,轴向开口宽度小,径向深度大,敞开性差,而且为多圆弧转接,加工过程中刀具进退困难,容易与零件产生碰撞、干涉,加工难度极大(图1).特别是深型腔粗加工时,零件完全是实心结构,加工余量更大,这对加工非常不利.按传统的加工工艺整体盘轴零件加工不仅需要在数控车床、坐标镗床、五坐标加工中心等多种设备上完成,加工周期长、效率低,而且采用普通的机夹刀具进行深腔加工,易造成切屑缠绕、难以断屑、打刀等问题,加工质量不稳定.     

轮缘曲线对低反力度跨声速高负荷转子性能影响的数值研究

为探索更优的轮缘子午造型方式,进一步优化低反力度转子性能,利用三维数值模拟,对两级低反动度高负荷对转压气机第一级风扇转子的三种不同轮缘造型进行了比较研究。结果表明,与直线轮缘型线相比,凸凹波浪型(正弦曲线)轮缘可提高通流能力,降低叶尖进口激波强度,但同时增加了叶根出口结尾激波强度,转子峰值效率降低0.37%,峰值压比下降;凹凸波浪型(正弦曲线关于直线的对称曲线)轮缘通流能力最低,尽管叶尖前缘激波强度增加,但近尾缘区域凹形造型使得根部出口结尾激波强度大幅降低,转子峰值效率提升了0.05%,峰值压比上升。需要指出的是,与直线型轮缘相比,采用波浪型轮缘型线的失速裕度均下降。合理的轮缘型线是在降低叶尖反力度和负荷,确保不发生附面层分离的前提下,可以有效降低叶尖前缘激波强度和叶根结尾激波强度,提升转子气动效率。     

铝合金简体薄壁件内孔圆柱度的校正

在铝合金简体薄壁工件的机械加工中,时常出现工件的内、外圆形状误差过大的现象。图中所示为我厂加工的某型航空产品零件(材料:LD7)。由于内孔表面需经硬质阳极化后抛光,为防止抛光时将硬质阳极化层磨掉,内孔的圆柱度须严格控制。但在加工时,出现内孔圆柱度超差率达30％左右,报废率达3％～5％。对此我们进行了认真地分析,改进了加工工艺,使效率和质量都有很大提高,经济效益非常显著。     

锻铝轮缘振动时效工艺

针对锻铝轮缘加工变形问题，提出了振动时效（ＶＳＲ）降低和均化零件内部残余应力的新工艺。在５０件、２５付Ｌｓ１０８－１０２轮缘上进行了试验，取得了较好的效果。     

涡轮蜂窝面径向轮缘密封封严性能的数值研究

采用附加示踪变量方法,数值求解三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(URANS)方程和SST紊流模型,研究了典型光滑面径向轮缘密封和新设计的蜂窝面径向轮缘密封的封严性能。数值计算了光滑面轮缘密封的封严效率。数值结果与实验数据吻合一致,验证了所发展数值方法的有效性。计算了三种封严冷气量下蜂窝面和光滑面径向轮缘密封的封严效率,分析对比了两种轮缘密封的封严性能和流场特性。研究结果表明:新设计的蜂窝面径向轮缘密封的封严效率相比于光滑面结构在相同冷气量下提高52%~67%。在径向内齿上开设蜂窝孔结构会增加流动阻力,抑制入侵燃气进入涡轮盘腔,有效地提高了轮缘密封的封严性能。     

涡轮盘的破裂分析

某烟气轮机涡轮盘发生了盘缘断裂掉块事故,某航空发动机Ⅰ级涡轮盘也大量发生槽底裂纹的故障。我们对这两个盘的盘体和槽底部分用轴对称和平面8节点等参元有限元法对温度场(包括瞬态温度场)与应力场进行了计算,从而对涡轮盘在不同工作状态下的应力分布及故障原因进行了分析。本文着重阐述冷却条件对于涡轮应力分布是十分重要的,同时,不应忽视轮缘的应力水平,在某特定工作状态下,轮缘的应力值可能远远超过轮心,而且循环的应力幅值也很大,且由于载荷与几何形状的复杂性,在轮缘与榫齿的过渡段上出现较大的应力集中,往往成为裂纹源区;本文最后分析了轮缘残余应力形成及对槽底径向裂纹的生成与扩展的影响。     

数控设备综合应用效率与测评OAEE(下)——介绍中国航空工业行业标准OAEE

OAEE影响因素 影响数控设备OAEE的因素主要包括非计划停机、非计划停工、加工准备调整、无效加工(非切削加工运行)、主轴切削时间与切削效率、零件加工质量和员工素质与技术水平等,见图4.     

汽车消声器筒体与制造设备

介绍了单层纵缝焊接简体、单层纵缝咬边简体和缠绕式点焊筒体等3种类型的汽车消声器筒体及其制造设备的原理、结构、性能与特点．     

基于ANSYS的整体叶盘结构优化设计

为保证整体叶盘结构在安全工作条件下质量最轻,基于ANSYS优化平台,建立了整体叶盘三维参数化模型及结构优化设计数学模型,完成了整体叶盘结构的优化设计.首先结合相关静强度设计准则及方法,在给定轮缘分布载荷条件下对轮盘子午面进行优化.然后建立整体叶盘三维模型,并对子午面优化中未考虑的轮缘关键尺寸如轮缘厚度、喉道倒角、叶根倒角进行三维局部优化.在三维优化中总结出了盘喉道和叶根最大等效应力与各优化参数之间的关系.分两步实施的整个轮盘优化过程仅需3~4h.      

涡轮径向轮缘密封非定常燃气入侵和封严效率的数值研究

为防止燃气入侵涡轮盘腔,提高运行安全性,对盘腔和轮缘密封间隙内非定常流动机理进行了深入研究。采用数值求解三维URANS（Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes）和SST湍流模型的方法,研究了涡轮径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封严效率。数值计算的径向轮缘密封的封严效率和环量比与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。分析了6种冷气流量下径向轮缘密封的非定常压力分布、封严效率和燃气入侵与冷气出流特性。研究表明：冷气流量的增加阻止了径向轮缘密封处的燃气入侵和强化了冷气出流,径向轮缘密封盘腔内的封严效率随着冷气流量的增加而增加;动盘附近的封严效率高于静盘;入侵燃气基本被限制在径向轮缘密封的间隙区域。径向轮缘密封间隙出口处的主流周向时均压力随着冷气流量的增加而增加,周向时均压力最大值与最小值的差值随着冷气流量的增加而减小。当动叶前缘与静叶尾缘距离较近且不断靠近的过程,主流周向压力最大值与最小值的差值增大,动静叶相分离的过程周向压力最大值和最小值的差值减小。在静叶和动叶间非定常干涉作用下,轮缘密封间隙出口区域主流周向压力最大值与最小值差值较大时刻的主流低压区域具有优良的封严效率,同时高压区域的燃气入侵导致封严效率降低。     

航空难加工材料切削加工技术与刀具应用调查报告

随着全球工业技术的不断发展,各个领域对一些重要零部件材料的机械性能和力学性能(强度、硬度、耐热性、抗磨性、抗拉强度和抗压强度等)的要求在不断提高,特别是航空领域。普通工程材料难以用于航空结构件中,目前高强度难加工材料和低密度轻质材料成为航空结构件的两大类主要材料。随着航空产品中难加工材料使用的增加,难加工材料的切削加工已成为一个难题。如果仍然采用传统材料的加工工艺、加工方法和加工刀具,无论在加工效率还是加工质量上都会大打折扣,且无法保证较低的加工成本。如何实现这些难加工材料的高效加工,既要保证加工效率和加工质量,又要控制加工成本,成为生产中面临的重要问题,必须了解难加工材料的切削加工特性,掌握切削规律和应用的切削工艺。合理的刀具选型和优化的加工方法对于提高难加工材料的加工效率和延长刀具寿命非常重要,特别是在航空零部件的难加工材料加工中尤为重要。本调查以"航空难加工材料切削加工技术与刀具应用"为主题,主要调查对象涉及刀具厂商、航空企业用户和科研机构。其中,刀具厂商包括山特维克可乐满、山高、伊斯卡、瓦尔特、森拉天时、猛龙刀具、德国蓝帜金属加工技术集团、哈量集团、京瓷、埃莫克法兰肯等;航空企业用户包括沈阳飞机工业(集团)有限公司、沈阳黎明发动机(集团)有限公司、西安飞机工业(集团)有限公司、哈尔滨飞机工业集团有限公司和北京航空制造工程研究所等;科研机构包括北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国航空工业研究发展中心等。通过对难加工材料切削加工和适用刀具的分析,得到不同工况下难加工材料切削时的注意问题及刀具选择,希望为加工难加工材料、合理选择刀具及提高加工效率提供参考。     

深小孔电解加工

本文扼要分析了深小孔电解加工的各主要工艺因素(如电解液、电极、脉冲加工电流、电极导向、多孔同时加工和进给速度等)及其加工过程中的相应措施,从而保证了深小孔的加工质量并提高了生产效率.     

刀具材料对CFRP齿槽加工质量的影响

采用硬质合金(YG6X)和PCD刀具分别对CFRP进行齿槽加工试验,探究刀具材料对齿槽加工质量的影响。结果表明:随着每齿进给量f_z的增大,撕裂因子F_(sl)呈明显的增大趋势;采用PCD铣刀铣制齿槽,其加工质量较为稳定,加工质量较理想。     

结合吸附技术的对转压气机改型设计

应用附面层抽吸技术和叶型优化设计方法对某双排对转轴流压气机进行了改型设计数值研究,旨在指导下一步的实验研究。近喘点时,原始出口导流叶片(OGV)尖部叶型存在着严重的气流分离现象。优化设计后,气流在叶型前缘加速平缓,通道内回流区所占比例明显降低,OGV 70%叶展以上的总压损失系数平均降低了38.4%,压气机等熵效率提高了0.3%。在转子2(R2)尖部叶型66%弦长轮缘端壁处开设1mm宽抽吸槽,当近喘点的相对质量抽吸量为1%时,R2尖部的负荷水平改善明显,65%叶展以上等熵效率平均提高了10%。尖部流场的改善对于下游OGV产生了积极的效应,速度三角形的重构使轮缘端壁处的角区分离被限制在了很小的范围内,85%叶展以上的总压损失系数平均降低了25%。通过抽吸,压气机等熵效率又获得了0.5%的收益。     

高压压气机操纵环加工质量分析

本从探讨操纵环加工质量问题入手，着重分析了造成质量问题的原因和解决办法。操纵环壁薄、件大，易产生装夹变形，加工变形和热变形；环上54个均布轴向槽，尺寸精度高，加工难度大。采取辅助工装、时效处理和线切割切槽等工艺措施，是提高加工质量的可行办法；加强设计、加工部门的技术协调和冷热加工之间的工序协调，强化质量管理，是防止质量隐患的极好措施。     

高结构效率的斜流压气机结构设计

针对高负荷斜流压气机的结构设计需求,引入和完善斜流叶盘的结构效率评估方法,用以协调各种设计要求和优化结构设计.基于提高结构效率的设计思想,提出“C”型和“M”型两种新型斜流叶盘结构方案,并通过平均应力值、振动鲁棒系数和轮缘变形协调系数3项的分析和结构效率系数的对比,论证了新型轮盘结构在减轻质量、提高可靠性和降低叶尖损失等方面的优势.分析结果表明:“M”型叶盘结构方案可使平均应力提高24.7%,质量降低20%,振动响应降低37.9%,轮缘最大变形降低67.6%.      

某带分流叶片的亚声速离心压气机叶轮CFD结果确认及分析

为了研究数值模拟结果的准确性,使用计算流体动力学(CFD)软件Numeca,采用Spalart-Allmaras(S-A)模型和shear stress transport(SST)模型对某压比为1.5的亚声速离心压气机叶轮的性能进行了计算,并将4个不同截面上的速度分布等计算结果和实验数据进行了对比.结果表明:S-A模型和SST模型的计算结果几乎完全相同,误差小于1%;整体性能的模拟计算结果和实验值吻合较好,在设计工况点,误差在2%以内,在非设计工况点,误差也小于6%;不同截面上速度分布的计算结果和实验值相差较大,在轮毂附近,最大误差在20%左右,在轮缘附近,部分截面最大误差高于100%,不能真实反映轮缘附近的流动情况.      

高精度深孔一次镗滚加工成型

液压作动筒是我所试验研究工作中必不可少的加载设备。简体内孔的长径比(K=L/d)多在10以上。加工后要求孔径达四级精度,孔的不圆度和锥度允差为孔径尺寸公差之半,表面光洁度为▽9。因此,作动筒内孔成型属于难度大的精密深孔加工,是整个作动筒加工成败的关键。此外,由于在试验中采用了“多点自动协调”加载技术,这需要减少阻尼,避免系统振动,提高系统精度,液压作动筒的摩擦力F需小于1％。这就要求筒体具有更高的精度,更小的     

激光加热辅助切削加工技术研究进展

综述近年来激光加热辅助切削加工技术的研究进展。在实验研究方面,总结了激光加热辅助车削、铣削、钻削、磨削等不同工艺过程的加工特点,阐述了激光参数和切削参数对加工质量的影响。研究表明:在一定范围内,适当提高激光功率、降低切削速率、减小进给量有利于切削区材料的充分软化,可改善工件材料的切削加工性,提高加工效率和加工质量。目前,激光加热辅助切削加工仿真研究主要集中在切削温度场与切削过程仿真。通过建立温度场模型,可预测材料去除最优温度范围,优化加工工艺参数。切削过程仿真探讨应力、应变、温度等物理量的影响,为实际加工中控制零件表面质量提供了依据。后续工作应进一步加强在加工机理、加工工艺、仿真优化等方面的研究,建立完善的激光加热辅助切削加工数据库,以促进该技术的工业应用。