燃氣渦輪發(fā)動機
關(guān)注創(chuàng)建者：化佳為貴 創(chuàng)建時間：2018-10-23
燃氣渦輪發(fā)動機的視頻教程
CONVERGE在燃氣渦輪發(fā)動機仿真應(yīng)用介紹
CONVERGE軟件在燃氣渦輪發(fā)動機仿真方面也有其諸多獨特優(yōu)勢，本次直播將詳細介紹CONVERGE軟件特點、在燃氣渦輪發(fā)動機仿真方面的優(yōu)勢、各種成功應(yīng)用案例，并通過一個真實的燃氣渦輪發(fā)動機燃燒室案例演示軟件操作流程，協(xié)助新手用戶快速掌握使用CONVERGE進行燃氣渦輪發(fā)動機仿真分析。
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燃氣渦輪發(fā)動機的實例教程
燃氣渦輪發(fā)動機通常包括壓縮機部分，燃燒器部分和渦輪部分。通常，在運行期間，空氣在壓縮機部分中被加壓并與燃料混合并在燃燒器部分中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體流過渦輪部分，渦輪部分將熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化為動力。這其中涉及到大量的零件在高溫下運行。
對于航空或燃氣渦輪發(fā)動機中需要高溫條件下運行的零件來說，很多零件需要帶冷卻通道。在這方面，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，除了冷卻通道，點陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。
提高局部對流冷卻效果
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃氣渦輪發(fā)動機部件的冷卻方案，包括在燃氣渦輪發(fā)動機部件的壁內(nèi)部的點陣結(jié)構(gòu)。通過點陣結(jié)構(gòu)為燃氣渦輪發(fā)動機部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計的點陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃氣渦輪發(fā)動機部件或部件的某個部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）的設(shè)計和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負荷和局部壽命要求。
不過對于任何給定的點陣結(jié)構(gòu)來說，實際設(shè)計可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃氣渦輪發(fā)動機的特定參數(shù)。
點陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）可以通過諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。
不過，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
展開 燃氣渦輪發(fā)動機通常包括壓縮機部分，燃燒器部分和渦輪部分。通常，在運行期間，空氣在壓縮機部分中被加壓并與燃料混合并在燃燒器部分中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體流過渦輪部分，渦輪部分將熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化為動力。這其中涉及到大量的零件在高溫下運行。
對于航空或燃氣渦輪發(fā)動機中需要高溫條件下運行的零件來說，很多零件需要帶冷卻通道。在這方面，根據(jù)市場觀察，除了冷卻通道，點陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。
提高局部對流冷卻效果
根據(jù)市場研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃氣渦輪發(fā)動機部件的冷卻方案，包括在燃氣渦輪發(fā)動機部件的壁內(nèi)部的點陣結(jié)構(gòu)。通過點陣結(jié)構(gòu)為燃氣渦輪發(fā)動機部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。
據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計的點陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃氣渦輪發(fā)動機部件或部件的某個部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）的設(shè)計和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負荷和局部壽命要求。
不過對于任何給定的點陣結(jié)構(gòu)來說，實際設(shè)計可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃氣渦輪發(fā)動機的特定參數(shù)。
點陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）可以通過諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過電子束熔化（EBM）工藝來生產(chǎn)。不過，據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
左手冷卻通道，右手點陣結(jié)構(gòu)
談到發(fā)動機部件的冷卻技術(shù)，我們通常想到的是冷卻通道的方式。
展開 圍繞著發(fā)動機的3D打印，3D科學(xué)谷之前分享了美國聯(lián)合技術(shù)(UTC)關(guān)于燃氣渦輪發(fā)動機自冷卻孔結(jié)構(gòu)的3D打印情況，還深入了解分享了UTC如何通過3D打印開發(fā)帶中空壁熱屏蔽結(jié)構(gòu)的燃料噴射器。
本期，讓我們共同領(lǐng)略UTC如何通過3D打印開發(fā)用于燃氣渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子。
3D打印助力多材料組件制造
燃氣渦輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括連續(xù)的葉片排，其從相應(yīng)的轉(zhuǎn)子盤延伸，轉(zhuǎn)子盤以軸向堆疊構(gòu)造布置。轉(zhuǎn)子疊層可以通過多種系統(tǒng)組裝，例如緊固件，熔接，連接軸及其組合。
燃氣渦輪機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在在顯著壓力和溫度差的環(huán)境中運行，部件的邊界部位主要用于分離核心氣體流動路徑和次要冷卻流動路徑。對于高壓，高溫應(yīng)用，組件在這些邊界上經(jīng)歷熱機械疲勞（TMF）的考驗。出于對期望的性能要求，研究人員不斷的開發(fā)具有最佳性能與重量比的組件。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，UTC開發(fā)的用于燃氣渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子盤由一種材料制成，而葉片是由另外一種材料制成的。如圖HPC轉(zhuǎn)子60可以是混合雙合金整體葉片轉(zhuǎn)子（IBR），其中葉片64由一種類型的材料制成，轉(zhuǎn)子盤66由不同的材料制成。
雙金屬結(jié)構(gòu)提供了分別滿足不同溫度要求的材料能力。葉片64可以由單晶鎳合金制成，轉(zhuǎn)子盤66由不同的材料制成，例如擠壓的坯料鎳合金。而葉片64通過線性摩擦焊接連接或通過增材制造技術(shù)連接到轉(zhuǎn)子盤66上。此外，葉片可以經(jīng)受第一類熱處理而轉(zhuǎn)子盤66經(jīng)受不同的熱處理。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，通過3D打印過程將兩種材料分散熔合在一起，兩種材料內(nèi)部晶粒產(chǎn)生粘結(jié)，使得任何硬質(zhì)過渡都被消除，從而零件不會在巨大的壓力和溫度梯度變化下發(fā)生斷裂情況。這為不同材料制成的組件提供了很高的接頭強度。
展開 3D科學(xué)谷Review
談到發(fā)動機部件的冷卻技術(shù)，我們通常想到的是冷卻通道的方式。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，增材制造技術(shù)可以用來實現(xiàn)帶冷卻通道的發(fā)動機葉片從而使得這些葉片可以在極高的溫度下運行，而沒有這些冷卻通道的情況下，這些葉片會在極高的高溫下發(fā)生變形。而3D打印可以使得冷卻通道的形狀極為復(fù)雜，從而提高冷卻效率，使得發(fā)動機可以在更高的溫度下運行，從而使得飛機的運行效率更高，更經(jīng)濟。
其實3D打印的應(yīng)用，除了讓發(fā)動機提高散熱效率的葉片3D打印技術(shù)，在燃氣渦輪發(fā)動機部件的冷卻方面，3D打印的應(yīng)用越來越深入，在這方面，UTC等公司正在領(lǐng)跑行業(yè)應(yīng)用發(fā)展。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印點陣結(jié)構(gòu)應(yīng)用于燃氣渦輪發(fā)動機部件的冷卻方案，包括在燃氣渦輪發(fā)動機部件的壁內(nèi)部的點陣結(jié)構(gòu)。通過點陣結(jié)構(gòu)為燃氣渦輪發(fā)動機部件提供有效的局部對流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過核心流動路徑的熱燃燒氣體的高溫。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計的點陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃氣渦輪發(fā)動機部件或部件的某個部分的特定冷卻需求。換句話說，通過改變點陣結(jié)構(gòu)（圖中編號80）的設(shè)計和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負荷和局部壽命要求。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過鑄造工藝來生產(chǎn)點陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
來源：3D科學(xué)谷
展開 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機 - 風(fēng)扇和壓縮機部分與殼體
渦扇發(fā)動機是基本燃氣渦輪發(fā)動機的最現(xiàn)代變體。在渦扇發(fā)動機中，核心發(fā)動機前部由風(fēng)扇包圍，后部由附加渦輪機包圍。風(fēng)機和風(fēng)機渦輪機由許多葉片組成，如核心壓縮機和核心渦輪機，并連接到一個附加的軸。
- 模型已在 Siemens NX 上創(chuàng)建。
- 通過將 CSYS 與 CSYS 作為接口對齊來創(chuàng)建約束。
- 此外，螺紋是使用 WAVE Geometry Linker 創(chuàng)建的。
- 所有組件均采用 STL 格式，用于 3D 打印工藝。
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燃氣渦輪發(fā)動機的最新內(nèi)容
一期一會 | 什么是渦輪機？6個月前
燃氣輪機或渦輪發(fā)動機
燃氣輪機（即燃燒渦輪機），是渦輪機械的一大類，其使用燃燒室為氣體增加能量，然后通過渦輪機膨脹。提供推進力的渦輪機被稱為渦輪發(fā)動機。燃氣輪機通常還包括由渦輪段中的旋轉(zhuǎn)組驅(qū)動的壓縮機，以提高燃燒效率。對燃氣輪機的分類，是基于其使用的燃燒類型或功率輸出方式。
渦輪軸組件的詳細 3D CAD 模型10個月前
發(fā)電：發(fā)電廠的燃氣渦輪發(fā)動機。
汽車研發(fā)：高性能汽車中的渦輪增壓器系統(tǒng)。
機械工程教育：渦輪機械概念的教材。
渦輪風(fēng)扇發(fā)動機 - 風(fēng)扇和壓縮機部分與殼體
渦扇發(fā)動機是基本燃氣渦輪發(fā)動機的最現(xiàn)代變體。在渦扇發(fā)動機中，核心發(fā)動機前部由風(fēng)扇包圍，后部由附加渦輪機包圍。風(fēng)機和風(fēng)機渦輪機由許多葉片組成，如核心壓縮機和核心渦輪機，并連接到一個附加的軸。
- 模型已在 Siemens NX 上創(chuàng)建。
1 典型用途
1.1 分析
1.2 設(shè)計
1.3 訓(xùn)練
2 推進系統(tǒng)
3 燃氣渦輪發(fā)動機
4 燃燒室
5 系統(tǒng)
5.1 液壓系統(tǒng)
5.2 液體燃料系統(tǒng)
5.3 環(huán)境控制&生命支持系統(tǒng)
5.4 燃料和加油系統(tǒng)
本期資料如何獲取？
摘 要：航空發(fā)動機渦輪盤榫槽常用拉削加工研制而成，拉刀作為重要一環(huán)，其刃口大小將直接影響拉削加工性能與服役壽命。通過有限元仿真軟件，比較和討論了拉削速度為5m/min時不同拉刀刃口大小對過程溫度、米塞斯應(yīng)力、軸向力以及工件材料流動的影響，得出了在該工況下具有最優(yōu)加工性能和服役壽命的刃口大小范圍為10～15μm。
關(guān)鍵詞：拉削加工;刃口大小;AdvantEdge仿真;FGH95高溫合金;
隆小慶[45]的研究中討論了液態(tài)V2O5在燃氣渦輪發(fā)動機的工作環(huán)境中具有強烈的熱腐蝕作用，其中V2O5主要來自合金材料本身或燃油，其所產(chǎn)生的釩蝕會破壞Cr2O3（或Al2O3）氧化膜的連續(xù)性、完整性，使氧化膜失去防護作用[46]。
“只要推力大，板磚也能飛上天”，軍事愛好者們常用這句話來調(diào)侃航空發(fā)動機的重要性。
通常在航發(fā)里，工作環(huán)境最惡劣的部件就是渦輪葉片了
典型
航空燃氣渦輪發(fā)動機
03
設(shè)計概念和方法
英國羅-羅(Rolls-Royce)公司等歐美國家航空發(fā)動機公司有兩種基本類型的包容性設(shè)計概念。第一種為傳統(tǒng)的硬壁包容(hardwall containment)概念，使用厚殼體將所有碎片包容在機匣內(nèi)部。
1930年，英國人弗蘭克"惠特爾獲得了燃氣渦輪發(fā)動機專利，這是第一個具有實用性的噴氣發(fā)動機設(shè)計。11年后他設(shè)計的發(fā)動機首次飛行，從而成為了渦輪噴氣發(fā)動機的鼻祖。
渦輪噴氣發(fā)動機的原理:渦輪噴氣發(fā)動機簡稱渦噴發(fā)動機，通常由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。部分軍用發(fā)動機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。
對于燃氣渦輪發(fā)動機而言，渦輪燃氣進口溫度決定著發(fā)動機的功率和效率。目前，先進的燃氣渦輪發(fā)動機渦輪燃氣進口溫度已經(jīng)達到1800~2050K，遠遠超過了材料的可承受溫度，所以必須采用有效的冷卻方式來降低葉片溫度。
本文將演示利用中文版STAR CCM+軟件進行渦輪冷卻葉片氣熱耦合計算的工作過程，計算模型源自STAR CCM Online公眾號的文章：渦輪葉片冷卻。
