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壓力機(jī)轉(zhuǎn)子葉片非線性預(yù)變形方法 摘要：冷壓氣機(jī)葉片在運(yùn)行過程中，在氣動(dòng)和離心載荷作用下發(fā)生彈性變形，轉(zhuǎn)換為熱刀片配置。葉片變形對壓縮機(jī)?？紤]到壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的非線性預(yù)變形問題，提出了一種非線性預(yù)變形方法葉片剛度和載荷隨葉片形狀變化的非線性特征。在葉型設(shè)計(jì)階段，該方法可用于補(bǔ)償葉片在工作過程中的氣動(dòng)彈性變形。副作用采用預(yù)變形方法可以避免葉片變形對壓氣機(jī)性能和結(jié)構(gòu)的影響。由于非線性法對初值比較敏感，采用荷載增加法計(jì)算初始值葉片變形穩(wěn)定加速預(yù)變形方法。所發(fā)展的方法被用來預(yù)測37級轉(zhuǎn)子葉片的制造配置。氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律分析了非設(shè)計(jì)工況下預(yù)變形葉片的參數(shù)。結(jié)果表明方法確保在設(shè)計(jì)條件下，在操作和預(yù)期設(shè)計(jì)葉片剖面。預(yù)變形葉片的退扭角設(shè)計(jì)為00要點(diǎn)。同時(shí)，葉尖間隙僅下降百分之0.2。當(dāng)工作速度超過百分之80設(shè)計(jì)速度時(shí)，預(yù)變形葉片的性能與設(shè)計(jì)葉片一致。但是，質(zhì)量流量和低速時(shí)預(yù)變形葉片的總壓力比較低。 關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)葉片；預(yù)變形；葉片重構(gòu)；流固耦合；葉片變形 1簡介 現(xiàn)代壓縮機(jī)的葉片又平又薄，它表現(xiàn)出復(fù)雜的外部物理性質(zhì)甚至可以使用復(fù)合材料和空心結(jié)構(gòu)。但所有這些改進(jìn)降低葉片的剛度。在運(yùn)行條件下，跨聲速壓氣機(jī)葉片高負(fù)荷工作會(huì)因?yàn)閺?qiáng)大的空氣動(dòng)力和離心載荷。刀片從制造配置（冷葉片形狀）工作轉(zhuǎn)速和壓力比下的配置（熱葉片形狀）。研究表明由于葉尖間隙和流動(dòng)角受葉片形狀的微小變化，導(dǎo)致壓縮機(jī)中工作和設(shè)計(jì)條件，從而影響整體燃?xì)廨啓C(jī)的性能和潛在的嚴(yán)重問題，如空氣動(dòng)力下降穩(wěn)定性確保工作狀態(tài)下的葉片形狀與最佳設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)相同或相似配置，使用預(yù)變形方法可以通過從所需葉片減去葉片變形熱運(yùn)行狀態(tài)下的形狀，即“預(yù)變形”刀鋒。然而，葉片的變形由于應(yīng)力的變化，不同的條件是不同的條件，所以熱葉片形狀在每一個(gè)非設(shè)計(jì)情況不一樣。研究非設(shè)計(jì)工況下的壓縮機(jī)問題，如氣動(dòng)性能和強(qiáng)迫響應(yīng)冷葉片形狀和構(gòu)造相應(yīng)的基于非設(shè)計(jì)條件下載荷特性的熱葉片形狀。這個(gè)過程叫做重建刀刃的形狀。預(yù)變形是設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)配置的實(shí)現(xiàn)條件，因?yàn)樗ＷC了理想的空氣動(dòng)力性能對于壓縮機(jī)。葉片形狀的重建是試驗(yàn)分析的重要前提條件氣動(dòng)性能或強(qiáng)度和振動(dòng)高負(fù)荷壓縮機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下的特性。葉片結(jié)構(gòu)的研究有許多工程研究人員認(rèn)為離心力對扭轉(zhuǎn)變形的影響葉片與計(jì)算結(jié)果吻合較好旋轉(zhuǎn)葉片的測量值。然而不考慮氣動(dòng)力的影響，以及葉片與葉片的流固耦合效應(yīng)忽略氣流。表示葉片變形的氣動(dòng)力不能忽略，因?yàn)闅鈩?dòng)力的所有組成部分對葉片的扭轉(zhuǎn)變形有一定的影響，盡管氣動(dòng)力大小是小于離心力的大小。Mahajan等人提出了冷態(tài)和葉片熱配置，并應(yīng)用該方法研究E3風(fēng)機(jī)葉片變形的通用研究。他們的研究表明溫度負(fù)荷與之相比，對葉片變形的影響較弱空氣動(dòng)力和離心力。Timonetal發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速高于一定的臨界值，線性方法會(huì)高估計(jì)算是的變形及誤差較大刀刃的變形。Wang等人研究了靜態(tài)彈性變形對氣動(dòng)特性的影響美國宇航局67號旋翼的性能結(jié)果顯示葉片的主要變形是彎曲變形在氣動(dòng)力和離心力作用下造成。在近失速條件下，總壓熱刃比冷刃高百分之1.8。Mao等人研究了風(fēng)扇葉片的氣動(dòng)彈性，這表明忽略氣動(dòng)彈性會(huì)高估葉片的結(jié)構(gòu)安全。鄭等給出了一個(gè)設(shè)計(jì)葉片解捻方法。材料的影響，氣動(dòng)條件和變形時(shí)的轉(zhuǎn)速對葉片和退捻設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了研究，但這種方法需要確定阻尼比，增加了計(jì)算量?，F(xiàn)有葉片的預(yù)變形設(shè)計(jì)研究通?；诰€性方法。然而，固體力學(xué)中幾乎所有的現(xiàn)象都是非線性的。結(jié)構(gòu)的剛度矩陣和應(yīng)力載荷為與其幾何結(jié)構(gòu)非線性相關(guān)。在特別是跨音速壓氣機(jī)具有很強(qiáng)的非線性依賴性關(guān)系。因此，高精度的解決方案應(yīng)該是用非線性方法得到?，F(xiàn)有文獻(xiàn)僅介紹預(yù)變形分別采用葉片重建方法。然而，氣動(dòng)參數(shù)和非設(shè)計(jì)工況下結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化預(yù)變形葉片仍然缺乏。在這項(xiàng)研究中提出了一種非線性預(yù)變形設(shè)計(jì)方法壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其中葉片上的氣動(dòng)力和離心力考慮變形。此方法應(yīng)用于37級轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)變形設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，在考慮了葉片的變形過程預(yù)變形葉片的重建是在偏離設(shè)計(jì)條件。不同葉片氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律在非線性設(shè)計(jì)條件下對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。 2葉片預(yù)變形設(shè)計(jì)方法 2.1預(yù)變形工藝 預(yù)變形的目的是補(bǔ)償工作葉片變形量設(shè)計(jì)階段的條件，因此壓縮機(jī)葉片在規(guī)定工作狀態(tài)下條件得到保證。圖1示出了壓氣機(jī)葉片的預(yù)變形設(shè)計(jì)。 圖1葉片預(yù)變形迭代過程 一般的想法是預(yù)先建立一個(gè)假設(shè)的冷熱葉片形狀，計(jì)算假設(shè)的熱葉片形狀，其中從假設(shè)的冷葉片形狀變形，比較設(shè)計(jì)葉片形狀與假設(shè)熱葉片形狀，并確定偏差是否能滿足精度要求。如果偏離滿足預(yù)變形完成。否則重復(fù)迭代過程直到收斂。特定的步驟如下： 1） 結(jié)構(gòu)分析軟件與流體分析利用軟件對設(shè)計(jì)葉片形狀進(jìn)行了分析Xdesign，這是已知的·，并獲得離心載荷以及設(shè)計(jì)工況下的氣動(dòng)載荷。負(fù)載條件平均分配，負(fù)荷水平增量為m (m=10)。生成的負(fù)載調(diào)用了等效的節(jié)點(diǎn)負(fù)載條件增量法。 2） 設(shè)計(jì)葉片形狀Xdesign被加載增量法，初始節(jié)點(diǎn)位移U0是經(jīng)過計(jì)算的。 3） 節(jié)點(diǎn)位移Ui-1設(shè)置為預(yù)變形補(bǔ)償量（Ui-1=U0第一次迭代）和新的冷葉片形狀設(shè)計(jì)成本Xi-1cold=Xdesign-Ui-1是經(jīng)過計(jì)算的。 4） 采用牛頓-拉菲遜迭代法，在冷葉片上進(jìn)行葉片重建Xi-1cold在設(shè)計(jì)條件下，節(jié)點(diǎn)位移Ui為獲得，并且相關(guān)的假設(shè)熱葉片形狀為Xhoti=Xi-1cold+Ui。 5） 根據(jù)預(yù)先確定的收斂性系數(shù)ε（本研究所ε=10-3），使用無窮范數(shù)判斷會(huì)聚是否滿足。收斂準(zhǔn)則為(Ui-Ui-1)/(Ui-1)< ε。如果滿足收斂條件，輸出節(jié)點(diǎn)冷刃坐標(biāo)Xi-1cold或設(shè)置Ui-1=Ui并重復(fù)步驟3，4和5直到收斂。 2.2荷載增量法 在預(yù)變形設(shè)計(jì)開始時(shí)假設(shè)冷葉片形狀要求作為初始條件。良好的初始條件可以提高預(yù)變形設(shè)計(jì)的收斂速度。在這個(gè)研究中，采用載荷增量法求解壓縮機(jī)設(shè)計(jì)葉片的初始變形。該方法基于分段的基本概念線性曲線。加載過程圖增量法如圖2所示。為了應(yīng)付荷載F與位移U，荷載按一定規(guī)律分為幾個(gè)微增量△Fi。然后是刀刃一步一步加載，每一級加載增量可以近似為一個(gè)線性過程。沒有嚴(yán)格限制荷載增量的大小可以是否相等，只要所有增量之和水平等于滿載，即F=i=1m△F（作為負(fù)荷分區(qū)的級別）。最后的錯(cuò)誤荷載增量法是各級計(jì)算錯(cuò)誤。小增量劃分有助于提高計(jì)算精度和收斂，但是過多的細(xì)分會(huì)導(dǎo)致增加計(jì)算時(shí)間。 圖2荷載增加法 增量法的具體迭代步驟是具體如下：它是從設(shè)計(jì)葉片形狀開始的。負(fù)載應(yīng)用了從第一級到最后一級的增量對壓氣機(jī)葉片進(jìn)行逐步加載，通過求解力平衡得到位移增量方程式?U=KUi-1-1△Fi根據(jù)電流位移結(jié)果，葉片的剛度矩陣為重新生成，下一級負(fù)荷增量△Fi+1為用于解決問題。重復(fù)加載，直到最后一級荷載增量和總變形計(jì)算了葉片的U。 2.3葉片重建方法 葉片重建成功的關(guān)鍵是確定冷葉片形狀的變形量在運(yùn)行狀態(tài)下，以確認(rèn)實(shí)際結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力性能壓縮機(jī)葉片的壓力負(fù)荷葉片的非線性依賴關(guān)系配置。因此，葉片重建的目的是非保守力迭代法是介紹如下。旋轉(zhuǎn)葉片在氣動(dòng)力Fa與離心力的聯(lián)合作用。這兩種力是節(jié)點(diǎn)的函數(shù)葉片應(yīng)力分析的位移U在最終平衡狀態(tài)下，壓縮機(jī)的合力空氣動(dòng)力和離心力的Fa+c相等對葉片的彈性恢復(fù)力Fe，即Fa+c(U)=Fe(U)。在非保守分析中物理問題，不僅要解決葉片的氣動(dòng)力和離心力。這個(gè)非保守迭代原理圖方法如圖3所示。這個(gè)過程的開始Fa+c（U0）和K（U0）可以未變形的刀片配置。然后計(jì)算U1葉片變形后，新的合力Fa+c（U1）計(jì)算以確定系統(tǒng)的不平衡力△F1=Fa+c（U1）-Fa+c（U0）。變量位移△U2根據(jù)變形后得到的剛度矩陣K（U1）。由推理的奇偶性，位移的變量通過不平衡力△Fi=Fa+c（Ui）計(jì)算出△Ui-△Fa+c（Ui-1）和剛度矩陣K（i）及實(shí)解通過連續(xù)迭代逼近，直到不平衡力△Fi為零。如上所述，在非保守力問題的求解每次計(jì)算都會(huì)更新剛度矩陣按節(jié)點(diǎn)數(shù)量變化步長最后一步的位移。因此，非線性荷載和剛度矩陣隨可同時(shí)考慮變化配置用非保守迭代法。 圖3非保守力迭代法（其中Fa+c=Fa+c（U）是空氣動(dòng)力和離心載荷，F(xiàn)e=Fe（U）是葉片彈性回復(fù)力） 本文采用的葉片重建方法如圖4所示，求解過程如下： 1） 它是從冷刃X型開始的，有限的進(jìn)行了單元分析和流場分析使用冷葉片形狀，離心力和得到了氣動(dòng)載荷F（Ui）。不平衡系統(tǒng)力△Fi是F（Ui）和上一次迭代F（Ui-1）時(shí)獲得的載荷條件。為了第一次計(jì)算，Xcold的應(yīng)力載荷被設(shè)定為系統(tǒng)的不平衡力。 2） 系統(tǒng)不平衡力△Fi相加在葉片形狀上計(jì)算增量結(jié)構(gòu)分析位移△Ui+1。 3） 假設(shè)熱葉片形狀的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)Xi+1hot=Xcold+Ui+1是經(jīng)過計(jì)算的。對于第一次計(jì)算U1=△U1已經(jīng)準(zhǔn)備好了。 圖4葉片重建迭代過程 4） 根據(jù)預(yù)先確定的收斂性系數(shù)ε（=10-3），使用無窮范數(shù)來判斷收斂性，收斂準(zhǔn)則是(Ui-Ui-1)/(Ui-1)< ε如果滿足收斂條件，則輸出熱葉片的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)Xhoti+1否則設(shè)置假設(shè)熱葉片形狀Xhoti+1按照當(dāng)前葉片形狀，重新上述步驟。 3計(jì)算模型和數(shù)值方法 在本研究中，預(yù)變形設(shè)計(jì)與葉片某電廠37級轉(zhuǎn)子葉片的改造計(jì)算進(jìn)行了跨聲速壓氣機(jī)試驗(yàn)。37級的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為17188.7RPM轉(zhuǎn)子葉片的葉尖間隙為0.356mm，總計(jì)壓力比為2.050，絕熱效率為0.842，葉片材料為馬氏體時(shí)效200，其彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，且密度為8000kg/m3具體設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見參考文獻(xiàn)【17-18】。葉片型線參考文獻(xiàn)【17】給出的數(shù)據(jù)被設(shè)定為設(shè)計(jì)葉片形狀，在選定的設(shè)計(jì)速度下設(shè)定了峰值效率點(diǎn)作為設(shè)計(jì)條件。根據(jù)設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)，對37級轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行預(yù)變形要點(diǎn)。在獲得冷葉片形狀后在非設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行了改造計(jì)算。必須注意的是，定子葉片足夠堅(jiān)硬以抵抗變形。轉(zhuǎn)子葉片是僅關(guān)注葉片形狀轉(zhuǎn)換時(shí)，未進(jìn)行預(yù)變形和重建計(jì)算在定子葉片上進(jìn)行。圖5所示為舞臺(tái)。動(dòng)葉片的靜態(tài)變形為利用ANSYS進(jìn)行計(jì)算。使用六面體網(wǎng)格在動(dòng)葉片的有限元模型中實(shí)體網(wǎng)格總數(shù)為11808。固定分支葉根采用邊界。O4H拓?fù)湓诹黧w網(wǎng)格中采用了結(jié)構(gòu)，并且網(wǎng)格是1339852。CFX用于定常數(shù)值計(jì)算流場模擬及k-ε湍流模型被選中?；旌掀矫娣ㄓ糜谔幚韯?dòng)靜域的連接。的入口總壓力和入口總溫度設(shè)置了邊界條件，得到了通過改變出口背壓來調(diào)節(jié)不同的工況。固體的轉(zhuǎn)移通過以下方法實(shí)現(xiàn)了對流場網(wǎng)格的變形動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)。為了保證質(zhì)量在流場網(wǎng)格中，動(dòng)葉片靠近機(jī)殼的區(qū)域網(wǎng)格被設(shè)置為旋轉(zhuǎn)面。 （a） 轉(zhuǎn)子葉片的實(shí)心網(wǎng)格 （b） 帶轉(zhuǎn)子葉片（左）和定子葉片的流體網(wǎng)格（右）圖5計(jì)算網(wǎng)格 4結(jié)果分析 以驗(yàn)證提議的重建算法，葉片形狀有參考文獻(xiàn)給出?！?7】被設(shè)定為設(shè)計(jì)葉片形狀。重建葉片形狀在每次設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行條件點(diǎn)，重建的熱葉片形狀為用于計(jì)算流場。比較設(shè)計(jì)葉片形狀及其熱葉片形狀如圖所示。6，“熱”代表熱葉片形狀，“設(shè)計(jì)”表示刀刃形狀的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)葉片在所有工作條件下都不會(huì)改變。如圖6所示，熱變形葉片在空氣動(dòng)力和離心力作用下，變形從后緣向前緣逐漸增加。 圖6葉尖葉片與熱葉片的比較 壓力比的設(shè)計(jì)葉片形狀和熱表面形狀是我們的，如圖7所示。如圖所示，熱特性曲線由重建計(jì)算沿與設(shè)計(jì)特性相關(guān)的大質(zhì)量流量曲線，總壓比增大。差別總壓特性隨轉(zhuǎn)速百分之70設(shè)計(jì)速度下的熱·阻流器流量16.12kg/s比設(shè)計(jì)阻風(fēng)門流量高百分之0.62。在百分之90的設(shè)計(jì)速度下熱阻風(fēng)門流量19.59kg/s比設(shè)計(jì)阻風(fēng)門流量高百分之1.14。在設(shè)計(jì)速度下，熱阻風(fēng)門流量20.74kg/s比設(shè)計(jì)阻風(fēng)門流量高百分之1017.一般來說，葉片重建算法其中葉片的變化被認(rèn)為是預(yù)測（Hot）和測試之間有更好的一致性結(jié)果驗(yàn)證了重建方法的可靠性和有效性。 圖7總壓CFD結(jié)果對比冷熱比設(shè)計(jì)試驗(yàn) 所提出的方法可用于獲得所需的達(dá)到所需熱度的冷葉片幾何形狀。圖8示出了其應(yīng)用于37級相同的轉(zhuǎn)子，其中總壓比“設(shè)計(jì)”曲線表示性能“熱”曲線表示性能低于實(shí)際值如果葉片設(shè)計(jì)為冷態(tài)，則為熱態(tài)熱狀態(tài)引起的變形經(jīng)過考慮，“預(yù)變形熱”給出了考慮變形時(shí)的結(jié)果在葉片設(shè)計(jì)階段的階段設(shè)計(jì)條件下。這個(gè)葉片的解捻變形增加了高溫下的壓氣機(jī)及氣動(dòng)載荷條件。設(shè)計(jì)了補(bǔ)償預(yù)變形的葉片，以獲得熱葉片形狀接近最佳空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)工況下的配置。原樣如圖8所示，預(yù)變形的性能通過將重建計(jì)算移動(dòng)·到較小的質(zhì)量流量，并使其更符合要求盡管設(shè)計(jì)條件只是用于預(yù)變形校正與設(shè)計(jì)特性曲線一致計(jì)算結(jié)果表明了預(yù)變形法的有效性。結(jié)果好表明，離心力在變形中起主導(dǎo)作用在刀刃上。圖9顯示了沿葉片的變形冷庫前后緣的發(fā)展方向三種氣動(dòng)載荷下的葉片載荷（AL）、離心力荷載（CL）和組合荷載空氣動(dòng)力載荷（AL+CL）。變形與設(shè)計(jì)刀片。從圖9可以看出荷載條件對補(bǔ)償變形的展開分布。與考慮兩種荷載（AL+CL）的情況相比同時(shí)（前緣點(diǎn)的補(bǔ)償當(dāng)考慮到單獨(dú)的氣動(dòng)載荷，超前補(bǔ)償邊緣預(yù)變形不足（補(bǔ)償葉片頂部前緣點(diǎn)為0.12mm）；當(dāng)僅考慮離心載荷（CL），補(bǔ)償前緣預(yù)變形過大葉片頂部前緣點(diǎn)補(bǔ)償1.04mm。 圖8預(yù)變形葉片總壓比特特性曲線與設(shè)計(jì)意圖比較 （a）前緣 （b）后緣 圖9葉片變形的徑向分布不同載荷下的前緣和后緣條件 圖10顯示了設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下百分之99葉展的葉片表面速度。如圖10所示，當(dāng)氣動(dòng)彈性考慮變形，吸力面位置熱葉片形狀的沖擊波向相對于設(shè)計(jì)葉片形狀的前緣。負(fù)荷前緣同時(shí)增大。由于解纜葉片變形，在所有三個(gè)流量條件下，葉尖處于正攻角，氣動(dòng)載荷增加這不利于壓縮機(jī)。熱態(tài)靜壓分布預(yù)變形葉片更接近設(shè)計(jì)葉片在三種典型操作條件下，分離區(qū)的范圍減弱。水流的穩(wěn)定性在吸力面沖擊波之后與顯示的壓力比曲線的負(fù)斜率更為一致。 （a）扼流點(diǎn)附近 （b）峰值效率點(diǎn) （c）近失速點(diǎn) 圖10百分之99時(shí)壓力分布比較跨度和設(shè)計(jì)速度 為了研究扭轉(zhuǎn)變形規(guī)律對于冷熱態(tài)葉片形狀刀片被引入。它被定義為工作葉片安裝角度之間設(shè)計(jì)葉片的狀況和安裝角度指定的葉片跨距截面。此處的安裝角度研究是葉片旋和切向。反向扭轉(zhuǎn)角度為正與葉片相對應(yīng)，以增加流動(dòng)角度反之亦然。如果解纜角度與來流時(shí)，攻角會(huì)增大。圖11顯示了不同轉(zhuǎn)速下的峰值效率點(diǎn)。原樣如圖11所示，設(shè)計(jì)中的工作葉片（標(biāo)記為熱的）交錯(cuò)角等于零的葉片形狀產(chǎn)生正解扭變形。此外，解開纏繞變形隨葉片轉(zhuǎn)速和葉片跨度。葉片的退捻角為正整個(gè)葉片跨度，意味著整個(gè)葉片跨度的正攻角。在70 %、80 %、90 %、和100 %的設(shè)計(jì)速度下工作葉片最大解扭角為0.50，分別為0.70、0.90和1.10。在預(yù)變形后（圖11中標(biāo)記為預(yù)變形熱）和在相同的轉(zhuǎn)速下葉片分別為0.80、-0.60、-0.30和00.從葉尖到葉根觀察，葉片通過預(yù)變形設(shè)計(jì)逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)工況下的熱變形為補(bǔ)償，使實(shí)際配置接近在葉片設(shè)計(jì)點(diǎn)達(dá)到理想配置減小了正攻角和分離損失。但是，在低于設(shè)計(jì)速度的速度下沿整個(gè)葉片跨度的解纜角度為負(fù)。這是因?yàn)殡x心力和空氣動(dòng)力力都隨著葉片速度的降低而減小，并且實(shí)際的解纜變形不足以完全平衡預(yù)變形。低速時(shí)的解捻角為負(fù)值，減小實(shí)際的流動(dòng)面積。在同時(shí)，葉片攻角為負(fù)空氣動(dòng)力負(fù)荷降低，導(dǎo)致阻風(fēng)門減小預(yù)變形葉片的流量和壓力比在低速下。解纜角度為99 %不同工況下葉片跨度與總壓比條件如圖12所示。如圖所示，如果設(shè)計(jì)葉片形狀直接使用，壓縮機(jī)葉片形狀會(huì)偏離理想的幾何形狀當(dāng)壓縮機(jī)實(shí)際上在運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)變形設(shè)計(jì)確保實(shí)際葉片形狀一致以設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)葉片一致以設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)葉片形狀。但是，由于預(yù)變形的恒定補(bǔ)償，在低于設(shè)計(jì)速度。因此，葉片的解纜角度在低速時(shí)不可避免地是負(fù)的。增加葉片的解開角度，顯示葉片的就開角度，顯示葉片扭轉(zhuǎn)變形受離心力和氣動(dòng)力的影響是相同的。 圖11解纜角度的徑向分布峰值效率條件下的不同速度 圖12 99 %跨度時(shí)的解扭角變化不同轉(zhuǎn)速下的總壓比 葉尖間隙對壓縮機(jī)的穩(wěn)定性和氣動(dòng)性能壓縮機(jī)。間隙過大會(huì)導(dǎo)致泄漏和損耗以及效率降低，而較小的間隙可能導(dǎo)致葉片和套管，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。這個(gè)與設(shè)計(jì)有關(guān)·的葉尖間隙變量不同工況下的是數(shù)值如圖所示。如題所示，在相同轉(zhuǎn)速下，葉尖間隙沒有明顯的變化間隙變化主要是受轉(zhuǎn)速的影響。拉伸效應(yīng)離心力隨轉(zhuǎn)速和葉尖間隙減小，因此設(shè)計(jì)葉片的熱葉片形狀50 %時(shí)葉尖間隙減小3.7 %設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下的14.3 %雖然葉尖間隙的減小有利于減少漏失，增加葉尖和機(jī)殼可能發(fā)生摩擦。足夠間隙的安全·裕度應(yīng)考慮在設(shè)計(jì)階段。預(yù)變形葉片的葉尖間隙在設(shè)計(jì)時(shí)僅減少了0.2 %為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速減少了葉尖間隙及其有效設(shè)計(jì)值。但在低速工況下，離心力的拉伸作用較弱，離心力的拉伸變形。因此相對與設(shè)計(jì)值，葉尖間隙為在低速工作條件下增加50 %的設(shè)計(jì)速度，葉尖間隙增加了12.4 %.如前所述，節(jié)流流量和低速是預(yù)變形葉片的壓力比減少。原因是不僅解纜變形不足，減小了喉部來流的面部和攻角，以及葉尖間隙的增加了葉尖的泄漏損失和流動(dòng)畫面。 圖13葉尖間隙尺寸與總間隙的變化不同速度下的壓力比 圖14-15顯示總的徑向分布動(dòng)葉出口設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和壓力比70 %的設(shè)計(jì)速度。從圖14-15，總計(jì)設(shè)計(jì)葉片熱葉片形狀的壓力比相對于剛性設(shè)計(jì)配置和高速下的預(yù)變形熱葉片低速狀態(tài)，尤指在高葉片跨距時(shí)。這個(gè)與葉片，導(dǎo)致氣動(dòng)載荷增加。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下，熱壓比預(yù)變形葉片分布良好與設(shè)計(jì)葉片一致，70 %設(shè)計(jì)速度，低于設(shè)計(jì)葉片。結(jié)果表明，在低速條件下，氣動(dòng)力和離心力都很小，無法平衡設(shè)計(jì)預(yù)變形補(bǔ)償變形低速情況下的速度導(dǎo)致葉片處于負(fù)攻角狀態(tài)，空氣動(dòng)力載荷和總壓力比減小。 （a）近阻流點(diǎn) （b）峰值效率 （c）近失速點(diǎn) 圖14轉(zhuǎn)子總壓的徑向分布設(shè)計(jì)速度下的比率 （a）靠近阻風(fēng)門點(diǎn) （b）靠近失速點(diǎn)的峰值效率點(diǎn) （c）近失速點(diǎn) 5結(jié)論 轉(zhuǎn)子葉片預(yù)變形設(shè)計(jì)新方法基于Newton-Raphson提出了壓縮機(jī)的方法和荷載增量法。預(yù)變形對37級轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用非線性重建方法，得到了非設(shè)計(jì)工況下預(yù)變形葉片的熱葉片形狀及其氣動(dòng)性能。這個(gè)氣動(dòng)參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的差異比較了冷熱葉片的形狀分析。研究的主要結(jié)論如下： 1） 轉(zhuǎn)子葉片預(yù)變形方法壓縮機(jī)對壓縮機(jī)有效，在設(shè)計(jì)條件下能保證理想的葉片形狀。 2） 根據(jù)設(shè)計(jì)工況，預(yù)變形設(shè)計(jì)可以補(bǔ)償解捻變形和拉伸變形。流動(dòng)不穩(wěn)地性解捻后氣流攻角增大引起變形減輕。預(yù)變形葉片在工作狀態(tài)下的解扭角為00。預(yù)變形設(shè)計(jì)也能完全保持設(shè)計(jì)葉尖間隙。預(yù)變形葉片的葉尖間隙在設(shè)計(jì)時(shí)僅減少了0.2 %轉(zhuǎn)速。 3） 在80 %、90 %、和100 %的設(shè)計(jì)速度下預(yù)變形氣動(dòng)特性與剛性設(shè)計(jì)形狀吻合較好。然兒，在較低的速度下，節(jié)流閥的流量和壓力壓縮機(jī)相對于剛性的比率降低了。 參考文獻(xiàn) 【1】 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