壓氣機
關注創建者：仿真喵 創建時間：2021-11-04
壓氣機的視頻教程
基于CAE的高壓比離心壓氣機設計方法——參數化設計及模型修正專題講座
基于CAE的高壓比離心壓氣機設計方法——參數化設計及模型修正專題講座 基于CAE的高壓比離心壓氣機設計方法——參數化設計及模型修正專題講座（免費）【已結束】 直播時間：4月28日 19:00 適用人群：1、學習型仿真工程師 2、理工科院校學生 3、從事旋轉機械工程師 主要內容： 1）壓氣機設計理論現狀 2）高壓比離心壓氣機設計難點 3）1D設計參數選取及模型修正
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基于ABAQUS 之旋轉周期對稱結構振動仿真教程
對于如輪盤轉子、風扇、壓氣機等的旋轉周期對稱結構，采用整體模型進行有限元仿真無疑造成了大量的計算代價，因而，如何進行合理的簡化，采用模型的一小部分就可模擬整個模型就變得格外有實際意義。本課程采用周期性對稱的輪盤作為研究對象，取其1/72作為計算模型，采用周期性對稱條件，仿真了整個輪盤的整體振動。目前可確定本課程適用于所有旋轉周期對稱結構的整體強度和振動仿真。不足之處請大家多多指點。
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ANSYS-WorkBench教程 中階教程（第一講）
3、風機葉片壓力試驗的模態分析與諧響應分析 4、活塞式壓氣機曲柄連桿剛柔耦合分析 5、回轉臂剛體的力學分析與剛柔耦合分析 設置回轉臂與其他構件的剛柔耦合關系，運動副的創建、邊界條件設置、時間步長的設置與后處理 6、兩車相向碰撞顯示動力學分析 將小汽車簡化為車身與蒙皮，使用顯示動力學模塊，開展碰撞分析，講解兩車之間的關系處理、求解時間、邊界條件的設置
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壓氣機的實例教程
本文研究的對象是該型燃氣輪機低壓渦輪壓氣機轉子, 通過對轉子-支承建模, 使用SAMCEF專業轉子動力學分析軟件, 采用有限元素法分析了其轉子動力學特性, 包括轉子的臨界轉速計算、穩態不平衡響應分析、轉子穩定性分析等。驗證了其在工程應用方面的可用性及可靠性, 同時得出了分析其動力學特性的基本方法及結論。
1 結構簡介
該型燃氣輪機低壓渦輪壓氣機轉子呈軸流輪轂式整體結構, 它由9級低壓壓氣機和1級低壓渦輪組成, 低壓壓氣機與低壓渦輪之間通過低壓渦輪軸連接并以花鍵傳遞扭矩(見圖1)。0 ～ 8級低壓壓氣機輪盤、葉片材料為鈦合金;低壓渦輪盤、葉片材料為高溫合金;低壓渦輪軸材料為馬氏體不銹鋼。低壓渦輪壓氣機轉子呈3點支承結構, 前支承采用徑向止推滾珠軸承, 支承點位于壓氣機0級輪盤前段, 由彈性支承、擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成;中間支承采用滾柱軸承, 由擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成, 支承點位于低壓壓氣機后軸徑后段;后支承采用滾柱軸承, 由彈性支承、擠壓油膜阻尼器、滾珠軸承組成, 支承點位于低壓渦輪軸后段。
2 計算模型
該型燃機低壓渦輪壓氣機轉子的3D模型較大,這將導致在網格劃分以及計算過程中花費大量時間,因此我們對本機組的計算采用2D軸對稱模型。在總體直角坐標系下建立二維軸對稱單元, 其種類有3節點或高階6 節點的三角形單元、4 節點或高階8 節點的四邊形單元。每個節點有9個自由度, 前6個自由度與梁單元一樣, 分別為沿旋轉軸線方向的拉伸和扭轉, 以及由彎曲而引起的其他2個方向的線位移和角位移。另外, 3個自由度與旋轉軸的橫截面變形有關, 分別為拉伸引起的徑向位移和彎曲引起的2個切向位移。同時, 使用這類單元可以很好地模擬轉子的“渦動效應” 。
建立總體直角坐標系(X , Y , Z )和局部圓柱坐標系(er, z , eθ)。
展開 作者：王旭 周傳月 關鍵字：氦氣透平壓氣機 轉子動力學 電磁軸承
本文用Samcef Rotor軟件對氦氣透平壓氣機轉子支承系統進行轉子動力學計算與分析，通過大量分析計算，為氦氣透平壓氣機總體結構設計提供設計依據。
1.引言
清華大學IOMW高溫氣冷實驗堆HTR-IOGT項目是國家863重點攻關項目，氦氣透平壓氣機組（以下簡稱氦氣輪機）是該項目能量轉換的核心設備。氦氣輪機主要由低壓壓氣機、高壓壓氣機、氦氣渦輪以及壓氣機和渦輪的進排氣裝置組成。氦氣輪機采用單軸立式布置，工作時由徑向電磁軸承和軸向止推電磁軸承支承、非工作狀態由徑向機械軸承和軸向止推機械軸承支承。由于氦氣輪機采用單軸雙支承結構，從而決定了其柔性轉子的動力學特征。在總體結構設計上，如何調整轉子臨界轉速、如何確保轉子過臨界時較小的振動幅值以及如何保證計算的準確性等，這些都是我們十分關心的問題。本文就是針對上述問題，論述工程設計中配合總體結構設計，進行氦氣輪機轉子臨界轉速與振型計算以及氦氣輪機轉子穩態諧波響應計算與分析。
2.計算模型
2.1 幾何模型
圖1為氦氣輪機轉子結構。從左到右分別為低壓壓氣機轉子前軸及其上的支承、低壓壓氣機轉子、高低壓壓氣機間聯接軸、高壓壓氣機轉子、高壓壓氣機與氦氣渦輪間聯接軸、氦氣渦輪、渦輪后軸及其上的支承。
圖1 氦氣輪機轉子支承結構
轉子動力學計算是配合氦氣輪機總體結構設計進行的，因此，要求計算結果要保證一定的精度，同時還要進行很多不同結構方案的計算，而氦氣輪機轉子結構復雜，完全模擬轉子的實際結構會給計算帶來很大的不便，甚至會產生局部振動干擾整個轉子的動力學計算的情況。基于上述考慮，決定計算模型采用三維計算模型，但對三維模型進行必要合理的簡化。
展開 案例——離心壓氣機
離心式壓氣機有體積小、單級增壓比高等特點，廣泛應用于航空、船舶等領域的動力系統。葉輪是離心壓氣機的核心部分，是主要做功部件，其模型的變化對壓氣機性能有著關鍵的影響。我們選擇了一款現有的離心壓氣機葉輪模型，采用CAESES軟件結合CFD仿真工具，對其氣動性能進行優化。該離心壓氣機主要性能參數及葉輪模型如下所示：
工作介質
空氣
流量
0.8kg/s
轉速
100000r/min
該優化案例的優化目標為在轉速和流量保持不變的情況下，盡可能地提高效率和壓比
優化流程
對離心壓氣機葉輪的性能進行優化，首先需要控制其模型進行變化。CAESES提供了一個CAD環境，能夠高效的創建參數化模型并進行變形控制，方便靈活的生成多個不同的幾何模型。基于CAESES輸出的模型，可以在CFD軟件中構建自動化網格劃分及仿真分析流程，并通過CAESES軟件進行調用，提取仿真分析得到的性能結果。最后，設置CAESES里的優化算法，根據仿真分析的結果調整葉輪模型參數，對葉輪性能進行自動優化。例如，CAESES結合CFX軟件進行優化的典型流程如下：
模型的創建及變形控制
首先在CAESES軟件中構建全參數化葉輪模型，關鍵步驟如下：
1. 首先定義葉輪子午流道型線及前尾緣位置；
2. 流道可采用樣條曲線，直線+圓弧等多種形式，可按照不同需求定義流道型線參數（此處采用直線+圓弧形式）；
3. 之后可按照θ（包角）或β（切向角）分布曲線來生成葉片中弧線；
4. 沿葉片高度方向生成多條中弧線，即可組合生成葉片中弧面；
5. 基于中弧面給定葉片厚度分布曲線，即可生成葉片表面；
6.
展開 壓氣機作為發動機的重要部件，對發動機性能有重要影響；在高推重比渦輪風扇發動機中，高負荷跨聲速壓氣機內部的流動情況復雜多變，葉型損失和二次流損失大大增加了壓氣機的設計難度；研究壓氣機三維葉片和流道對激波和復雜二次流動的影響機理及提升相應的控制技術，使得壓氣機優化設計成為高性能壓氣機設計過程中至關重要的環節。
數值方法
研究模型
研究對象為跨聲速壓氣機轉子NASA Rotor 37轉子， Rotor 37是NASA Glenn Research Center于 20 世紀 70 年代設計的四個高壓壓氣機進口級之一，后來NASA采用激光測速儀和探針對孤立轉子流場進行了詳細的測量，如圖。
展開 二、熱載荷
輪盤要承受因受熱不均引起的熱載荷，對于壓氣機盤，熱載荷一般可以忽略。但隨著發動機總壓比和飛行速度的提高，壓氣機出口氣流已達到很高的溫度。所以，壓氣機前后幾級盤的熱載荷有時也不可忽略。對于渦輪盤，熱應力是僅次于離心力的重要影響因素，計算時應考慮以下類型的溫度場：
飛行包線中規定的各強度計算的穩態溫度場；
典型飛行循環中的穩態溫度場；
典型飛行循環中的過渡態溫度場。
在估算時，若原始數據無法充分提供，也沒有實測溫度可參考，這時可以根據設計狀態及最高熱載荷狀態的氣流參數進行估算，估算盤上溫度場的經驗公式為：
式中，T 為所求半徑處的溫度，T0 為盤中心孔處的溫度，Tb 為盤輪緣處的溫度，R 為盤上任意半徑，下腳標0、b 分別對應中心孔和輪緣。
m=2，對應無強迫冷卻時的鈦合金和鐵素體鋼；
m=4，對應有強迫冷卻時的鎳基合金。
1.
展開 
壓氣機的最新內容
</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(89, 89, 89);">再說到壓氣機清洗，用壓氣機進氣壓力、進氣溫度、流量、轉速等參數做機器學習，同樣能智能判斷壓氣機結垢狀態，科學給出清洗周期。
靜葉搖臂裝配：避免運動干涉
在壓氣機系統中，靜葉與搖臂的配合直接決定葉片的可調角度。如果裝配間隙控制不好，就會出現卡滯、磨損甚至運動失靈的問題。傳統做法往往需要現場試裝反復確認，既浪費時間，也無法精準定位問題。
在該項目中，3DCC采用虛擬裝配與尺寸鏈建模的方式，在三維模型上還原葉片-搖臂-銅套-持環等裝配關系。軟件自動識別各裝配面的配合關系，并對極限狀態下的間隙進行仿真計算。
由于航空發動機的進排氣、風扇、壓氣機和渦輪都是內部流動，因此在航空發動機中主要進行的是內流計算流體力學研究。[1]
圖片來源：網絡
2.動力學仿真
利用仿真技術，對航空航天器的運動過程進行模擬，以預測其飛行軌跡、姿態等關鍵動力學特性，從而為飛行控制和導航系統的設計與優化提供堅實可靠的科學依據。
旋流噴嘴霧化
覆蓋壓氣機全工況，多物理場耦合仿真保障運行可靠性
壓氣機主要負責將空氣壓縮后送入燃燒室，其性能直接影響發動機的整體效率與穩定性。在實際飛行中，壓氣機面臨前置噴水冷卻、吞沙、吸雨吸雹等復雜工況，易引發葉片腐蝕、沖蝕、效率下降等問題。
結果顯示了該航空發動機子午截面上的流速分布，風扇、壓氣機和渦輪轉子葉片的轉速以及燃燒室內的燃燒現象。
常用于裝有離心式壓氣機的小型渦輪軸發動機上，例如直升機動力。</p><p><br></p><p>回流燃燒一維模型的搭建和常規燃燒是類似的，需要注意的是調整流動的上下游位置。
WZ16發動機、渦軸發動機，用于AC352三級壓氣機、兩級渦輪，前兩個是徑流的，然后這個是軸流的。
利勃海爾的起落架，這個是用在C919上。
還見到了各種作動器、制冷組件、滑油泵、電動風扇等諸多零部件。
飛機是一個龐大的系統，所有零部件共同穩定運行，才讓我們安全飛過一段段旅程。
第一次參加航展，雖然沒有看到期待的大飛機真身，但也看到了很多意想不到的內容。
4航發整機全流道數值模擬
航發多級風扇、壓氣機和燃燒室是典型的多域多物理問題，神工團隊采用優化的滑移耦合器，使得并行幾何匹配和數據傳遞時間縮短65倍以上。
圖13 壓氣機的葉片應力平均云圖
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本次培訓以壓氣機為案例，介紹Fidelity CFD葉輪機械模塊的仿真流程。包含典型工程案例、軟件練習等，歡迎報名參加！
