ansys渦輪葉片的案例
ANSYS BladeModeler 渦輪機(jī)械葉片設(shè)計(jì)
ANSYS BladeModeler強(qiáng)調(diào)了它在渦輪機(jī)械葉片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的強(qiáng)大優(yōu)勢。它能在短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出形狀復(fù)雜的葉片，或?qū)σ延械?em>葉片幾何進(jìn)行修改。它內(nèi)置各種工業(yè)常用的葉片模版，方便用戶調(diào)用。ANSYS BladeModeler用戶界面友好，整個(gè)過程自動(dòng)化，葉片的三維視圖，S1及S2流面圖等多種視圖完整而豐富。 ANSYS BladeModeler還可以直接讀入幾何模型進(jìn)行修改。用戶可以通過拖動(dòng)流線上控制點(diǎn)等方式對葉片形狀進(jìn)行三維的方便修改，修改的結(jié)果立即直觀地呈現(xiàn)在屏幕上。ANSYS BladeModeler生成的幾何文件可以輸出至流體和結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和數(shù)值計(jì)算。
特色功能：
將葉片設(shè)計(jì)專家豐富的設(shè)計(jì)分析經(jīng)驗(yàn)融入友好的圖形化界面
能直接創(chuàng)建新的葉片幾何模型，也能對已有的模型進(jìn)行修改
內(nèi)置模版豐富，幾乎可以設(shè)計(jì)所有的軸流,徑流,混流式透平機(jī)械的靜動(dòng)葉片.前緣，尾緣,葉根葉尖間隙,大小葉片的處理都極為方便
各種葉片視圖完整而豐富
壓力面，吸力面的獨(dú)立設(shè)計(jì)
子午流線的任意定義
前緣，尾緣的交互式改變
與CAD軟件及CFD軟件的良好接口實(shí)現(xiàn)了葉片設(shè)計(jì),加工,分析一體化
支持Workbench集成
典型應(yīng)用：
水泵葉片設(shè)計(jì)
透平機(jī)械靜動(dòng)葉片及流體通道設(shè)計(jì)
多級發(fā)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)
艦船螺旋推進(jìn)器葉片設(shè)計(jì)分析
展開 基于ANSYS Workbench的高壓渦輪葉片振動(dòng)應(yīng)力
葉片溫度場分布
高壓渦輪葉片模態(tài)
PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學(xué)科耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)
下圖為以葉片表面最高溫度值和平均溫度值為最優(yōu)先目標(biāo)量的帕累托圖（Pareto），用戶可據(jù)此選擇合適的設(shè)計(jì)點(diǎn)作為最終優(yōu)化結(jié)果。這里選擇帕累托邊緣曲線上葉片表面最高溫度值最小的點(diǎn)162號作為最終優(yōu)化結(jié)果）。
根據(jù)元模型優(yōu)化得到的設(shè)計(jì)點(diǎn)代入到初始仿真流程中進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，并得到經(jīng)過驗(yàn)證確認(rèn)的最終優(yōu)化結(jié)果。可見基于元模型（MOP）所得優(yōu)化結(jié)果與最終驗(yàn)證結(jié)果非常接近（溫度誤差均小于0.5K），相比于初始設(shè)計(jì)，葉片表面最高溫度和平均溫度分別降低了1K和7K。
Ansys為渦輪設(shè)計(jì)工程師提供基于Workbench的葉片流熱固耦合解決方案，在此基礎(chǔ)上還可通過Ansys optiSLang進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化和穩(wěn)健性分析。Ansys將助力用戶獲得性能最優(yōu)的渦輪葉片冷卻設(shè)計(jì)結(jié)果！
展開 PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學(xué)科耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)
這里選擇帕累托邊緣曲線上葉片表面最高溫度值最小的點(diǎn)162號作為最終優(yōu)化結(jié)果）。
根據(jù)元模型優(yōu)化得到的設(shè)計(jì)點(diǎn)代入到初始仿真流程中進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，并得到經(jīng)過驗(yàn)證確認(rèn)的最終優(yōu)化結(jié)果。可見基于元模型（MOP）所得優(yōu)化結(jié)果與最終驗(yàn)證結(jié)果非常接近（溫度誤差均小于0.5K），相比于初始設(shè)計(jì)，葉片表面最高溫度和平均溫度分別降低了1K和7K。
Ansys為渦輪設(shè)計(jì)工程師提供基于Workbench的葉片流熱固耦合解決方案，在此基礎(chǔ)上還可通過Ansys optiSLang進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化和穩(wěn)健性分析。Ansys將助力用戶獲得性能最優(yōu)的渦輪葉片冷卻設(shè)計(jì)結(jié)果！
來源于：Ansys官網(wǎng)
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渦輪壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片的形狀優(yōu)化
在渦輪發(fā)電機(jī)中，葉輪的形狀對發(fā)電機(jī)的效率至關(guān)重要，如何通過優(yōu)化葉輪形狀獲得高發(fā)電效率是渦輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中重要的步驟。modeFRONTIER通過集成轉(zhuǎn)子葉片，定子葉片的CFD分析來優(yōu)化葉片的剖面，提高了發(fā)電機(jī)的效率。
渦輪壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片的形狀優(yōu)化
在渦輪發(fā)電機(jī)中，葉輪的形狀對發(fā)電機(jī)的效率至關(guān)重要，如何通過優(yōu)化葉輪形狀獲得高發(fā)電效率是渦輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中重要的步驟。modeFRONTIER通過集成轉(zhuǎn)子葉片，定子葉片的CFD分析來優(yōu)化葉片的剖面，提高了發(fā)電機(jī)的效率。
GE加快燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片修復(fù)，已完成了第2代葉片研制
而在完成該葉片故障是否會(huì)影響9FB和HA級燃機(jī)組件的根本原因分析之前，HA級重型燃機(jī)已經(jīng)出貨。”
但GE公司拒絕提供有關(guān)2015年葉片斷裂或使用限制的更多詳細(xì)信息，并表示其中一些信息是專有的。
GE公司還告訴路透社：“我們正在執(zhí)行我們?yōu)?em>葉片問題制定的解決方案，來自客戶的反饋是積極的，他們繼續(xù)選擇HA級重型燃機(jī)，它仍然是當(dāng)今世界發(fā)展最快的先進(jìn)重型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組。”
據(jù)一位知情人士透露，GE公司正在為大約50臺(tái)9FB和52臺(tái)HA重型燃機(jī)安裝新的葉片，低于它開始擔(dān)憂的130多臺(tái)的預(yù)計(jì)。
路透社此前報(bào)道稱，GE公司在2015年發(fā)現(xiàn)了一個(gè)氧化問題而不是破裂，并在德克薩斯州電廠事故之前就制定了修復(fù)方案。
不過縮減對最新HA級燃?xì)廨啓C(jī)的使用將減少相關(guān)電廠的收入和利潤。日本中部電力公司表示，去年10月，它有6臺(tái)機(jī)組受到了渦輪葉片問題的影響。該公司的一位發(fā)言人表示，它已經(jīng)限制了HA燃?xì)廨啓C(jī)的使用時(shí)間，雖然帶來了一定的財(cái)務(wù)影響，但預(yù)計(jì)仍擁有“足夠的儲(chǔ)備能力來產(chǎn)生足夠的電力來滿足今年冬季的需求”。他還表示，預(yù)計(jì)維修工作將在今年2月底完成。總部位于美國的PSEG Power和Exelon拒絕評論限制使用將如何影響他們的。
GE繼續(xù)在大型發(fā)電廠的低迷市場上銷售著最新的HA級重型燃機(jī)，盡管在最近幾個(gè)季度，它已經(jīng)落到了競爭對手三菱日立動(dòng)力系統(tǒng)和西門子公司的后面，但GE已表示上個(gè)月又拿到了三臺(tái)大型燃機(jī)的訂單。
GE公司還表示這種葉片故障的“磨合問題”在新技術(shù)應(yīng)用中并不少見，只需要“小幅調(diào)整”就能解決，而GE將撥出4.8億美元用于該葉片問題的維修和保修索賠。
GE電力管理人員MarcusScholz和Tom Dreisbach介紹了GE最新的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)。
展開 Bezier曲線設(shè)計(jì)渦輪葉片造型與CFD驗(yàn)證解析
Bezier曲線設(shè)計(jì)渦輪葉片造型與CFD驗(yàn)證解析
賀 恒
(廣東博智林機(jī)器人有限公司，廣東 佛山 528000)
摘 要：通過選取某尺寸的渦輪和流量值作為案例,解析了運(yùn)用Bezier曲線設(shè)計(jì)渦輪葉片造型的過程，進(jìn)行了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)驗(yàn)證，得到渦輪機(jī)械性能預(yù)測曲線，驗(yàn)證了渦輪葉片造型設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：Bezier曲線;渦輪葉片造型設(shè)計(jì);CFD水力性能驗(yàn)證;機(jī)械性能預(yù)測曲線
0 引 言
由于工業(yè)市場的日益繁榮，渦輪因其獨(dú)特的優(yōu)越性，在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越普遍。然而，傳統(tǒng)的渦輪葉片設(shè)計(jì)效率低且不能完全滿足實(shí)際渦輪的性能需求。在葉片設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)、出口角度通常是給定的定值，所以要求選取的曲線需要確保在起始點(diǎn)和終點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)，Bezier曲線正好能夠滿足這個(gè)要求。本文選取Bezier曲線設(shè)計(jì)渦輪葉片造型，使用FLUENT進(jìn)行CFD驗(yàn)證分析[1-6]，提出了渦輪性能曲線相似轉(zhuǎn)換。一方面，四階Bezier曲線計(jì)算得到的葉片型線坐標(biāo)精確度高，CFD分析可以對設(shè)計(jì)的型線進(jìn)行校驗(yàn)分析，直到型線設(shè)計(jì)滿足要求為止。另一方面，CFD數(shù)值模擬技術(shù)具有成本低、設(shè)計(jì)周期短的優(yōu)勢，在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的劣勢。同時(shí)，相似轉(zhuǎn)換計(jì)算的提出，只需要計(jì)算一種流量下的渦輪葉片性能參數(shù)，就能直接計(jì)算出其他不同流量下的性能參數(shù)。這種方法的綜合運(yùn)用可以大大減少CFD分析的計(jì)算量，提高渦輪葉片設(shè)計(jì)的效率。
展開 基于內(nèi)部通道冷卻的渦輪葉片熱應(yīng)力仿真 ￥5
在渦輪機(jī)行業(yè)，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經(jīng)冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。
在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計(jì)算出來，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對共軛傳熱進(jìn)行建模 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計(jì)算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過孔，可以提供一種廉價(jià)的解決方案，而不會(huì)造成重大損失 準(zhǔn)確性。由于通過冷卻孔的質(zhì)量流量是已知的，因此經(jīng)驗(yàn) 薄膜系數(shù)的關(guān)系可用于模擬來自 刀片到流體。
渦輪分子泵葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
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文章描述了在渦輪分子泵（以本公司研發(fā)的FF250-?250/1600型復(fù)合分子泵為例）的設(shè)計(jì)中，以關(guān)重件之一（渦輪轉(zhuǎn)片）為例，巧妙借助PRO/E、PRO/MECHANICA軟件對其進(jìn)行3D結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析，很大程度上縮短了研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，真正實(shí)現(xiàn)了“短周期性、高可靠性”的設(shè)計(jì)理念。
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1、葉片的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析
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葉片的3D?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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在PRO/E環(huán)境下建立葉片的3D?設(shè)計(jì)模型，該葉片參數(shù)：葉片厚度7mm、葉片孔徑74mm、葉齒頂徑257mm、葉齒根徑134mm、葉齒傾角40°、葉齒厚度2.5mm、齒數(shù)38齒、凸緣厚度12mm、凸緣外徑109mm、連接孔6-Φ8.4?均布。
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2、結(jié)束語
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應(yīng)用無縫集成軟件PRO/E與PRO/MECHANICA對機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及有限元分析，會(huì)大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，同時(shí)，結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更可靠，更準(zhǔn)確。一般地，將理論分析數(shù)據(jù)（如應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)）乘以一個(gè)安全因子S（經(jīng)驗(yàn)值）即可作為產(chǎn)品實(shí)際相應(yīng)數(shù)據(jù)，S取1.1~1.2。本文提供的渦輪分子泵葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，就是應(yīng)用PRO/E與PRO/MECHANICA設(shè)計(jì)的一個(gè)成功案例。
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展開 MAN主機(jī)渦輪增壓器排氣葉片損傷故障原因分析
1、MAN NR34/S主機(jī)渦輪增壓器的工作原理
柴油機(jī)增壓器運(yùn)行中，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸上的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)吸入空氣并壓縮，壓縮后的空氣壓力增大，通過空氣冷卻器冷卻后進(jìn)入氣缸，空氣壓力和密度增大可以增加柴油主機(jī)的輸出功率。
NR34/S增壓器包含一個(gè)一級徑流式廢氣葉輪和一個(gè)一級徑流式壓氣葉輪,整個(gè)轉(zhuǎn)子通過2個(gè)滑動(dòng)軸承支撐。
廢氣葉輪與轉(zhuǎn)子軸是整合一體的，近氣壓縮葉輪通過外部鎖緊螺母裝配到轉(zhuǎn)子軸上。
圖1 NR34/S型增壓器整體結(jié)構(gòu)
NR34/S型增壓器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在柴油機(jī)的運(yùn)行中，柴油機(jī)燃燒后的廢氣進(jìn)入排煙總管后，從①位置進(jìn)人增壓器廢氣渦輪入口，經(jīng)過廢氣渦輪入口的噴嘴環(huán)②葉片導(dǎo)向，推動(dòng)廢氣渦輪③轉(zhuǎn)動(dòng)，之后廢氣進(jìn)入尾端的排煙管⑤排到大氣中。
在廢氣渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)，新鮮空氣通過進(jìn)氣濾器(6.1)、 消 音 器(6.2) 進(jìn)人進(jìn)氣渦輪⑧，通過進(jìn)氣渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮空氣，壓縮后的空氣通過擴(kuò)壓器⑨和壓氣機(jī)外殼①進(jìn)入進(jìn)氣管內(nèi)。
增壓器轉(zhuǎn)子軸承箱里有兩個(gè)軸承支撐整個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)滑動(dòng)軸承，一個(gè)推力軸承，推力軸承靠近壓氣機(jī)葉輪側(cè)，起到定位及支撐作用。
兩個(gè)軸承通過公用管線提供潤滑油。
展開 
【CAE案例】渦輪發(fā)電機(jī)主軸扭轉(zhuǎn)與葉片彎曲耦合振動(dòng)分析
本案例以N4渦輪發(fā)電機(jī)組為例，通過code_aster實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)的主軸扭轉(zhuǎn)和葉片的彎曲的耦合計(jì)算，目的是防止渦輪發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率和諧振干擾主軸扭轉(zhuǎn)和葉片彎曲的模式。案例的核心是通過Sous-Structuration dynamique實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型的拆分求解和再裝配，對于復(fù)雜模型具有參考意義。
渦輪葉片冷卻分析案例
比利時(shí)的CENAERO研究中心采用MpCCI聯(lián)合對渦輪葉片的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。其中固體傳熱計(jì)算采用Abaqus，內(nèi)部流場計(jì)算采用它自己開發(fā)的三維流體求解器Argo，外部流場計(jì)算采用渦輪機(jī)械專用軟件elsA。
葉片的結(jié)構(gòu)模型采用四面體二次單元463,000個(gè)，外部流體單元大約320萬，由8個(gè)處理器進(jìn)行計(jì)算 ，冷卻通道流體單元大約630萬。
經(jīng)過70次交換，得到了穩(wěn)態(tài)的溫度場分布。
在葉片附近的流場溫度分布顯示出一個(gè)V型的冷卻區(qū)域，這是由葉片和冷卻壁附近的二次流的相互作用而產(chǎn)生的，參見下圖。
結(jié)論：考慮流固耦合情況下，固體和流體界面之間的熱流和溫度是未知的，熱邊界條件是經(jīng)過流體和固體反復(fù)迭代達(dá)到熱平衡時(shí)的熱流和溫度條件，通常會(huì)使計(jì)算精度提高10%。
展開 Solidworks：渦輪葉片建模教程
1、選擇右視基準(zhǔn)面繪制草圖，如圖所示繪制渦輪的基本輪廓，尺寸可自定義
2、對其進(jìn)行實(shí)體的旋轉(zhuǎn)，360°
3、接著以上視基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)往上等距新的基準(zhǔn)面
4、以右視基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)等距一個(gè)新的基準(zhǔn)面
5、得到兩個(gè)新的基準(zhǔn)面
6、在右視基準(zhǔn)面繪制一條直線
7、對其進(jìn)行曲面的旋轉(zhuǎn)，后期參考用
8、在基準(zhǔn)面2上繪制圖示草圖，用樣條曲線描繪
9、接著將這個(gè)草圖投影到前面的旋轉(zhuǎn)曲面上
10、得到曲線
11、在右視基準(zhǔn)面上繪制樣條曲線，與曲線的草圖錯(cuò)開來
12、在上視基準(zhǔn)面繪制草圖，即模型底部的平面繪制圖示樣條曲線，連接草圖和曲線
13、繪制3D草圖，用直線連接草圖和曲線兩端
14、得到封閉區(qū)域后，用曲面放樣命令選取輪廓和引導(dǎo)線進(jìn)行放樣操作
15、得到圖示葉片曲面
16、在右視基準(zhǔn)面繪制圖示樣條曲線，開始制作小葉片
17、將其投影到曲面上
18、繼續(xù)在右視基準(zhǔn)面上繪制樣條曲線，同樣和曲線錯(cuò)開來
19、在底部平面繪制樣條曲線連接草圖和曲線兩端
20、繪制3D草圖，用直線連接草圖和曲線兩端
21、用曲面放樣命令選取輪廓和引導(dǎo)線進(jìn)行放樣操作
22、得到圖示小葉片曲面
23、對頂部進(jìn)行圓角處理
24、對葉片進(jìn)行陣列
25、大小一起陣列6個(gè)后得到圖示效果
26、對每一個(gè)曲面葉片進(jìn)行加厚處理
27、得到圖示實(shí)體效果
28、在右視基準(zhǔn)面繪制如圖草圖輪廓，用來修剪葉片
29、用旋轉(zhuǎn)切除命令，切除掉外部實(shí)體
30、得到切除后的效果
31、加載photoview插件
32、給定外觀后進(jìn)行渲染
33、
展開 通過試驗(yàn)和分析方法實(shí)現(xiàn)增材制造渦輪葉片的數(shù)字孿生開發(fā)
圖1
（A）簡化的渦輪葉片CAD文件，葉片被縮小為扭轉(zhuǎn)40°的錐形矩形；
（B）簡化葉片的六邊形網(wǎng)格；
（C）原始渦輪葉片設(shè)計(jì)；
（D）與渦輪葉片幾何體相匹配的最終網(wǎng)格
圖2
簡化渦輪葉片前三種模態(tài)的收斂性研究
（A–C：頻率收斂性；D–F：應(yīng)力收斂性）
（2）硬件表征分析了與渦輪葉片打印在同一構(gòu)建板上的疲勞試樣（圖3），以調(diào)整密度和楊氏模量，將初始FEM修改為數(shù)字副本。AM渦輪葉片的結(jié)構(gòu)光掃描獲取了“設(shè)計(jì)”CAD幾何結(jié)構(gòu)和最終硬件尺寸之間的變化（圖4）。應(yīng)用測量的材料特性和最終硬件幾何圖形創(chuàng)建了獨(dú)特的數(shù)字副本，每個(gè)副本都鏈接到單個(gè)硬件組件。
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