压气机叶片最大挠度相对位置对颤振影响的数值研究

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风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制风电机组叶片的气动弹性与颤振抑制是一个重要的研究领域。

在风力发电中,叶片起到了关键的作用,它们是将风能转换为机械能的关键部分。

叶片在运行过程中会受到风力的作用,产生气动弹性,并有可能发生颤振现象。

颤振会导致叶片出现过大的振动,加速叶片疲劳破坏,影响机组的安全运行。

叶片的气动弹性是指叶片在风力作用下发生的弹性变形。

受到风力的作用,叶片会发生弯曲、扭转和振动等变形,这些变形会对叶片的结构和性能产生重要影响。

研究叶片的气动弹性可以帮助优化叶片的设计和结构,提高机组的性能和稳定性。

通过模拟和实验研究,可以了解叶片在不同风速和风向下的响应,分析叶片的振动特性和变形机理。

这些研究结果对于优化叶片结构、降低噪音、提高机组的可靠性和经济性具有重要意义。

颤振抑制是指通过控制和调节叶片的振动,减小和抑制颤振的发生。

颤振往往是由于叶片自身的固有振动频率与风力激励频率之间的共振引起的。

颤振不仅会导致叶片破坏,还会引起机组的噪音和振动,给周围环境和人员带来困扰。

抑制颤振是提高风电机组工作稳定性和可靠性的关键技术之一。

目前,抑制风电机组叶片颤振的方法主要包括结构优化、控制策略和主动振动控制等。

在结构优化中,可以通过改变叶片的材料、尺寸、截面形状和刚度等来调节叶片的自然频率,使其远离风力激励频率,降低颤振的发生概率。

控制策略主要通过控制系统来调节叶片的角度和速度,使其远离共振区域,减小叶片的振动幅值。

主动振动控制是一种新兴的方法,通过在叶片上安装传感器和执行器,实时监测和控制叶片的振动,以抑制颤振的发生。

某型航空发动机压气机叶片振动疲劳寿命研究_李静

某型航空发动机压气机叶片振动疲劳寿命研究_李静
第 28 卷 第 2 期 2011 年 4 月
应用力学学报 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS
文章编号:1000- 4939(2011) 02-0189-05
Vol.28 No.2 Apr. 2011
某型航空发动机压气机叶片振动疲劳寿命研究
李静 孙强 李春旺 刘嘉 张忠平
M a(t) + K0a(t) = 0
(1)
其中:a(t) 和 a(t) 分别为系统节点位移向量和系统
节点加速度向量; M 为系统的质量矩阵; K0 为系
统的刚度矩阵。上述系数矩阵分别由各自的单元矩 阵按有限元方法集成。微分方程式(1)的边界约束条 件实质上就是叶片的固支状态。
图 1 为某型航空发动机压气机叶片的实体模型 及有限元网格划分。划分过程中选用的是 20 节点 SOLID95 单元,但在生成网格时,由于叶片造型复 杂,SOLID95 单元通过合并节点自动退化为 10 节 点四面体单元。另外,由于叶端部位曲面曲率较大 且变化复杂,因此生成的网格比较稠密;叶身部位 曲面曲率较小,生成的网格较为稀疏。有限元分析 表明:如将叶身网格加密,计算结果基本上没有变 化,但是计算时间大大延长。因此从计算的经济性考 虑,没有对叶身部位进行网格加密。考虑到叶片试验 过程中的固支状态,计算模型中固支榫头两侧面。计
相比,修正后的方程寿命预测精度分别提高了 66.0%和 19.2%。
关键词:航空发动机压气机叶片;振动疲劳;Basquin 方程;寿命预测;一阶弯曲振动
中图分类号:V235.1
文献标识码:A
1 引言
叶片是航空发动机的主要零部件之一,其可靠 性直接关系到发动机性能的发挥,甚至关系到发动 机的可靠性。对于航空发动机压气机叶片而言,在 周期性气流激振力作用下,因叶片共振导致的振动 疲劳失效是压气机叶片的主要失效形式[1-2]。而叶片 的断裂失效则直接影响发动机工作的稳定性,因此 研究发动机叶片的振动疲劳寿命对保证发动机正 常稳定工作具有重要意义。

浅析航空发动机叶片振动的影响

浅析航空发动机叶片振动的影响

浅析航空发动机叶片振动的影响摘要航空发动机因为其工作环境的特殊性,对于叶片有着较高的要求。

在文中则主要是针对航空发动机叶片振动及频率测量展开分析,以期可以为航空发动机的设计提供借鉴。

关键词航空发动机;叶片;振动航空发动机是一项追求极限的系统工程,涉及材料、力学、热学等物理方面的理论。

随着现代发动机技术突飞猛进的发展,作为发动机核心部件的压气机压比被设计的越来越高,为了满足发动机整体的大推重比要求,对压气机的效率的要求也越来越高。

压气机工况极其复杂,复杂的工况主要对压气机叶片性能产生消极影响。

压气机转子叶片需要在高负荷、高转速、高振动的环境下工作。

复杂的工作环境造成压气机叶片疲劳失效故障的原因多样化,这一直是世界航空发动机研究者重点研究的方向。

通过对航空发动机压气机叶片失效的分析表明,导致压气机叶片失效的因素很多,颤振引起的失效是叶片故障的主要因素。

航空发动机颤振的机理以及错频装配技术已经获得了广泛深入的研究。

但面对复杂的错频装配工艺技术约束条件,航空发动机主机装配单位的叶片排频装配技术还很薄弱,尤其是面对批产机型的压气机装配,传统的依靠人力装配已经显得效率过于低下压气机转子叶片的装配已经成为整机装配的重要影响因素,所以全新依托于计算机技术手段并应用于装配生的压气机叶片排频技术研究意义更显重大。

1 叶片排频技术应用意义叶片排频技术通过对待装配叶片按照每个叶片的固有频率和质量,遵循装配工艺技术条件进行装配,达到叶片在频率上实现错频,在质量矩上达到平衡,防止发动机产生颤振的方法研究。

我国某型涡喷发动机通过对压气机转子装配工艺进行叶片排频技术改进,在长时间使用过程中,减少了发动机颤振的发生。

航空发动机领域的学者得出结论,航空发动机转子叶片按照频率差和静质量矩进行优化排序对于减小叶片装配造成的不平衡量以及防止发动机颤振具有积极的意义。

目前国内的叶片排频技术主要是基于单纯的计算机算法进行研究,比如:组合优化方法、一般遗传算法、混合遗传算法等。

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制风力发电是一种清洁、可再生的能源,而风电机组叶片作为风力发电的关键部件,其气动弹性和颤振抑制对风电机组的性能和安全运行至关重要。

本文将从叶片气动弹性和颤振抑制两个方面进行论述。

一、叶片气动弹性风电机组叶片在风能的作用下产生扭转和弯曲振动,这就是叶片的气动弹性。

叶片在风场中受到风力的作用,会产生不规则的受力和挠度。

这些不规则受力和挠度会使叶片的气动特性发生变化,从而影响叶片的输出功率和寿命。

叶片的气动弹性是风电机组稳定性和可靠性的重要保证。

1. 叶片气动弹性的影响因素(1)风场条件:风场条件是影响叶片气动弹性的主要因素之一。

风场的风速和风向会直接影响叶片受力的大小和方向,从而影响叶片的振动特性。

(2)叶片结构和材料:叶片的结构和材料对其气动弹性有着直接的影响。

不同的叶片结构和材料会对叶片的振动特性产生不同的影响。

(3)叶片尺寸和形状:叶片的尺寸和形状也是影响其气动弹性的重要因素。

叶片的尺寸和形状会直接影响其在风场中的受力和挠度情况。

2. 叶片气动弹性的研究方法为了研究叶片的气动弹性,可以采用数值模拟和实验测试相结合的方法。

数值模拟可以通过建立叶片的数学模型,计算叶片在不同风场条件下的受力和挠度情况,从而分析叶片的气动弹性特性。

实验测试可以通过搭建实验平台,对叶片在真实风场条件下的受力和挠度进行测试,从而验证数值模拟的结果。

二、颤振抑制叶片颤振是风电机组叶片存在的一个严重问题,它会影响叶片的安全运行和使用寿命。

对叶片的颤振进行抑制是提高风电机组叶片稳定性和可靠性的关键。

颤振抑制是通过改变叶片的结构和控制系统,减小叶片的振幅和频率,从而达到减轻叶片颤振的目的。

1. 颤振抑制的方法(1)结构优化:改变叶片的结构,优化叶片的刚度和振动特性,从而减小颤振的发生。

(2)控制系统:采用先进的控制系统,在叶片振动达到一定幅度时对叶片进行主动控制,抑制颤振的产生。

(3)颤振测量与监测:建立颤振测量和监测系统,通过实时监测叶片的振动情况,及时发现颤振现象并采取相应的措施进行抑制。

压气机叶轮叶片的失稳分析

压气机叶轮叶片的失稳分析

压气机叶轮叶片的失稳分析近年来,压气机叶轮叶片的失稳问题引起了广泛的关注。

压气机作为燃气轮机的核心部件,其稳定运行对于燃气轮机的性能和寿命至关重要。

然而,在实际运行中,叶轮叶片的失稳现象常常会导致燃气轮机的性能下降、噪声和振动增大、甚至发生严重的事故。

因此,深入研究压气机叶轮叶片的失稳问题有着重要的意义。

首先,我们需要了解压气机叶轮叶片失稳的原因。

一种常见的原因是叶片本身的结构问题。

由于叶轮叶片是高速旋转的,其受到的离心力和气动力的作用很大,因此叶片的强度和刚度是关键因素。

如果叶片的强度不够或者刚度不均匀,就容易发生失稳。

此外,叶片的材料和工艺也会对失稳性能产生影响。

例如,叶片的塑性变形和疲劳破坏会导致叶片的形状产生变化,从而引发失稳现象。

另一个导致压气机叶轮叶片失稳的原因是流体动力学问题。

在压气机内部,气体流动会导致叶轮叶片的受力情况不均匀,从而引发叶片的振动。

特别是在大负荷运行和转子共振区域,由于气体的非线性和不稳定性,叶片的失稳现象更加明显。

此外,还存在着气体边界层的分离和抖动、各种流动涡流的相互作用等问题,这些也会对叶片的失稳性能产生重要影响。

针对压气机叶轮叶片的失稳问题,研究人员们提出了不同的分析方法和解决方案。

一种常用的方法是通过数值模拟来研究叶片的振动和失稳特性。

利用计算流体力学(CFD)方法,可以模拟叶轮叶片在不同工况下的气动受力情况,从而分析叶片的振动和失稳现象。

此外,还可以利用有限元分析方法研究叶片的结构应力和振动响应,进一步分析叶片的失稳性能。

通过这些分析方法,可以准确评估压气机叶轮叶片的稳定性,并根据分析结果提出相应的改进和优化措施。

除了数值模拟方法,实验方法也是研究压气机叶轮叶片失稳问题的重要手段。

实验可以直观地观察到叶片的振动和失稳现象,提供直接的实验数据,对于验证数值模拟结果和分析结果的准确性具有重要意义。

目前,研究人员们常常利用激光测振技术、压电传感器和加速度计等仪器设备来对叶片的振动进行测量。

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制1. 引言1.1 背景介绍目前,国内外学者通过理论分析、数值模拟和实验验证等手段,对风电机组叶片的气动弹性和颤振问题进行了深入研究。

他们提出了一些抑制颤振的方法,如采用主动控制技术和结构优化设计等方式。

目前对于风电机组叶片气动弹性与颤振抑制的研究还存在一些问题和挑战,需要进一步深入探讨和研究。

本文旨在对风电机组叶片气动弹性与颤振抑制进行系统的研究与探讨,通过对相关理论和实验方法的综合运用,为提高风力发电机组的安全性和可靠性提供理论支持和技术指导。

也为今后相关研究和工程应用提供一定的参考和借鉴。

1.2 问题提出风力发电是清洁能源的重要组成部分,但是风电机组叶片在运行过程中容易受到气动力的影响而产生颤振现象,严重影响了风电机组的运行效率和安全性。

如何有效地抑制叶片颤振成为了风力发电领域的一个重要问题。

当前针对风电机组叶片气动弹性与颤振抑制的研究还存在一些问题和挑战,例如对叶片气动弹性特性的深入分析不足、颤振机理尚未完全探明、颤振抑制方法的有效性和可靠性等方面亟待解决。

本文旨在通过对风电机组叶片气动弹性的分析、颤振机理的探究、抑制颤振的方法研究,以及实验验证和数值模拟的比较,深入探讨风电机组叶片气动弹性与颤振抑制的关键技术,为提高风力发电系统的性能和可靠性提供有效的技术支持和理论指导。

1.3 研究意义风力发电作为清洁能源的重要组成部分,具有巨大的发展潜力和广阔的市场前景。

而风电机组叶片作为风力发电设备的核心部件,其气动弹性和颤振抑制问题一直是工程研究的热点和难点之一。

解决这些问题对于提高风电机组的工作效率、延长设备的使用寿命和提高风力发电的整体性能具有重要意义。

对风电机组叶片气动弹性进行分析可以帮助我们深入了解叶片在风力作用下的动态响应特性,从而优化叶片设计和改进风电机组的工作性能。

颤振机理的探究可以帮助我们揭示叶片颤振的成因和规律,为颤振抑制提供理论依据和技术支持。

寻找和应用有效的颤振抑制方法,可以有效减少颤振对风电机组的损害,保障设备的安全稳定运行。

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制风电机组叶片的气动弹性和颤振抑制是风力发电行业中的两个重要问题。

当风机运行时,在强烈风暴,急剧变化的风,突然变化的气流等情况下,即便叶片具有很好的设计和制造质量,也会出现叶片的颤振现象,引发机组的噪声、振动、毁损、斷叶及安全事故等问题。

因此,对于叶片的气动弹性和颤振的抑制问题的深入研究是风力发电行业研究的一个非常重要的方向。

目前,已经出现了许多有效的方式来防止风力发电机发生颤振。

其中一种方法是采用主动控制技术。

主动控制旨在通过智能控制系统来减少风力发电机的振荡。

这项技术使用传感器和控制器,可以分析来自环境,组件和外部电网的数据,并对风力机的转速和功率进行调整。

调整这些参数可以减少颤振,并确保机组在各种工作条件下平稳运行。

另外,通过控制叶片的扭转和变形,提高叶片的刚度,可以减少颤振发生的可能性。

另一种有效的方式是使用被动控制技术。

被动控制技术需要在叶片的设计和制造中进行。

例如,叶片的结构可以采用复合材料,选择合适的材质和布局来改善叶片的强度和刚度特性。

通过优化叶片的外形和厚度分布,在叶片受到风压时可以减少颤振的可能性。

此外,也可以通过在叶片上添加阻尼材料和阻尼系统来减弱颤振的幅度和频率。

需要注意的是,由于叶片气动弹性和颤振抑制问题是复杂的工程问题,在实际应用中,还需要综合考虑多种因素的影响。

例如,风机的工作环境,工况,叶片设计的细节,制造技术和用材等等,都会对风机颤振产生一定的影响。

总的来说,虽然叶片颤振问题是风力发电行业的一大难题,但是通过采用适当的颤振抑制技术和措施,可以有效地减少叶片颤振带来的问题,并提高风力发电机的运行性能和寿命。

未来,随着技术的不断发展和完善,相信会有更多的高效和可靠的叶片颤振抑制技术的出现,使得风力发电技术更加成熟和可持续化。

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制

风电机组叶片气动弹性与颤振抑制近年来,风力发电在世界范围内迅速发展,成为清洁能源的重要组成部分。

然而,风电机组在运行过程中也存在一些问题,其中叶片的气动弹性和颤振抑制就是工程实践中需要重点关注的问题。

风力发电机组中的叶片是由大量复合材料制成,具有较高的弹性和韧性,而在风机运行过程中,叶片会面临复杂多变的风场和气动负载。

空气动力学与结构动力学的耦合作用使得叶片具有一定的气动弹性,这对叶片的运行稳定性和寿命产生了一定的影响。

叶片的气动弹性主要表现为叶片挠度、扭曲和变形等形变。

当风速逐渐增大,风压力开始作用于叶片表面,使得叶片产生变形,这些变形会给承受叶片重量的轴承、齿轮、发电机等带来额外负载,从而降低了风力发电机组的寿命。

因此,研究叶片的气动弹性和其影响因素非常重要。

颤振是指机械结构因受到外界激励而产生高幅度的振动,可能导致结构失效。

在风力发电机组中,颤振是一种常见的故障。

随着叶片长度的增加和强度要求的提高,风力发电机组更容易受到颤振的影响。

颤振不仅会影响风力发电机组的寿命,还会影响机组的发电效率,甚至可能对周围环境产生影响,因此,抑制颤振对于风力发电机组的安全和稳定运行至关重要。

针对叶片的气动弹性和颤振问题,目前已经有了很多的研究和实践成果。

其中,采用主动控制技术来抑制颤振和气动弹性是一种有效的方法。

主动控制是通过在叶片上安装传感器、执行器和控制器等设备,控制叶片的振动或变形来达到抑制颤振和气动弹性的目的。

主动控制技术可以根据不同的控制策略,在叶片的振动或变形达到一定程度时自动调整,实现颤振的抑制和减小叶片挠度等目的。

另外,对于叶片的气动弹性,还可以采用优化设计的方法对叶片的气动特性进行改善。

采用复合材料的叶片结构可以大幅度提高叶片的韧性和抗弯强度,从而降低叶片挠度和扭曲。

此外,通过设计适当的叶片结构、改变叶片的外形和材料等方式,可以进一步减小叶片质量和空气动力负载,减少叶片振动。

总之,风电机组叶片气动弹性和颤振抑制是风力发电技术方面的重要课题,相关技术研究和工程实践需要不断推进和深入,以保障风力发电机组的运行安全和效率。

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Absr c t a t: Th ri l o u e n t e r lto s i e we n c mpr s o l d e e to nd b a e fu tr e a tc e fc s s o h e ai n h p b t e o e s r b a e d f c i n a l d te . l l
位 置 ,对 叶 片表 面非 定 常 气 动 力 及 其 所 做 非 定 常气 动 功进 行 计 算 分 析 ,然 后 采 用 能量 法对 叶 片 颤 振 与 否 进 行 预 估 判
断 。计 算 结 果 表 明 , 型 压 气 机 第 一 排转 子 叶 片最 大 挠 度 相 对 位 置 分 布 不 均 匀 会 大 大 提 高 颤 振 发 生 的 可 能 性 , 该 而最 大 挠 度 相 对位 置越 大 , 生 颤 振 的 可 能性 就 越 小 。这 一 研 究 结 果 对 压 气 机 叶 片 机 理 研究 具有 一定 的参 考 价 值 。 发
D e e to o ut e t f c i n n Fl t r
L igfi U Q n— e
(hn a ubn s bi me t h n d 5 0 C ia C iaG sT rieE t l h n ,C e g u6 0 , hn) a s 1 0
关 键 词 :压 气 机 叶 片 ; 度 ; 振 ; 定 常 流 场 挠 颤 非
中图 分 类 号 : 2 1 2 V 3. 9
文献标识码 : A
文章 编 号 :17 — 6 0 (0 2 0 1- 3 6 2 2 2 2 1)0 — 0 7 0 1
Num e ia s a c o heEfe t fCo p e s r Bl e rc lRe e r h f r t f c so m r so ad
1 引言
叶片 颤振 是流 动诱 发 的 自激 振动 .其 触发 机制 与 叶片 的结构 参数 和振 动 叶片 的非定 常流 动状 况 紧 密相 关 。 随着航 空发 动机 向高 推重 比方 向发 展 。 级 在 负荷增 大 、 叶片 相对厚 度 减小 、 部件 刚性 下 降等 因素
确捕 捉 到叶 片表 面 的压 力 分布 和激 波振 荡 ,有助 于 了解 叶 片的颤 振 机理 , 步积 累叶 片颤振 的数 据 , 逐 适 合工 程应 用l l _ 。
2 计 算 方 法 简 介
以 结 构 动 力 学 方 法 f AN Y 用 S S软件 1 定 叶 片 确 振 型 、 自振 频 率和振 幅 分布 后 .假设 叶 片作 简谐振
动 , 出叶片 结构 运 动方 程f 现 在 网格 的运 动规 律 得 体
的影 响下 , 叶片 颤振故 障频 发 , 已成 为高 性 能航空 发 动机研 制过 程 中急需解 决 的挑 战性 问题 。 叶片颤 振
Fr su s a yf w f c n ok aeclua dtruh ajs n ld e et n lct n T e , i t t nt d o o eadw r r ac l e o g dut gba ed f ci oai . h n si e l r t h i l o o
s le he p s i lt ffu t ro c r d.T e r s lsha e g e thep f rc mp e s rme ha im e e r h. mal rt o sbiiy o te c ure h e u t v r a l o o r s o c n s r s a c l Ke r :c mp e s rb a e; fe to fu t r u se dy fo y wo ds o r so l d de ci n; te ; n t a w l l l
故 障常 常造成 灾难 性 的后果 .而解决 故 障要耗 费 大
量 的人力 、 力 。 财
上) 然 后将 这种 位移 规律 纳入,预 测 叶片颤 振 的方法 一般 有三 类 :经验
场数 值模 拟 中 ,计算 叶 片上 的非 定常气 动 力及气 动
力所 做 的功 ,最后 采用 能 量法来 评 估颤 振发 作 的几
第2 4卷 第 2期
21 0 1年 5月
燃 气 涡 轮 试 验 与 研 究
Ga u b n p rme t n s a c sT r i eEx e i n d Re e r h a
Vo. . 124 No. 2
Ma ,0 1 y2 1
1 7
摘 要 :研 究 了 某 型压 气 机 第 一 排 转 子 叶片 最 大 挠 度 相对 位 置 对 颤 振 的 影 响 。首 先 通 过调 整 转 子 叶 片 最 大 挠 度 相 对
t o a iiy o u t ri si t d b sn h t o fe e g .Th ac l to e ulss o t a h hepr b b lt ff te se tma e y u i g t e meh d o n r y l e c l u a in r s t h w h tt e
u e e fd fe t n l c t n w l e h n e t e p s i i t ff t r T e g e t rd f ci n l c t n i, h n v n o e c i o ai i n a c h o s l y o u t . h r ae e e t o a i s t e l o o l b i l e l o o
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