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    1986年创刊
    ISSN 1001-2060
      CN 23-1176/TK
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    中国科技核心期刊
    RCCSE中国核心学术期刊
    2021年第36卷第9期

    文章目录
    • 向 航,陈 江,任兰学,邹积国
      热能动力工程2021,36(9):1
      DOI:
      基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s,5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。
      引用本文
      向 航,陈 江,任兰学,邹积国.燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究[J].热能动力工程,2021,36(9):1-
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    • 陈 鹏,任兰学,王 琦,姜 斌
      热能动力工程2021,36(9):10
      DOI:
      为缩短燃气轮机低压压气机的设计周期,获取一维设计中各关键设计参数分布规律,同时得到最优的一维设计参数选取方案,采用基于HARIKA算法的压气机一维设计与分析程序对某型船用低压压气机流量系数、载荷系数和反动度的轴向布局方法进行了研究并提炼了各参数分布的数学模型。其中,流量系数和载荷系数沿级分布为近似单峰值的三次多项式曲线,反动度分布为“二段式”,通过改变流量系数和载荷系数的峰值点坐标和改变特定级反动度和反动度变化步长的方法,研究了不同布局方式对效率、喘振裕度以及压比的影响,最后结合优化算法得到了最优参数分布方案。结果发现:流量系数峰值位置在第6级,载荷系数在第5级或第6级时效率和喘振裕度性能较好;第四级反动度取值0.5~0.52时效率较高;相比载荷系数和反动度,流量系数对非设计工况性能影响更为显著,优化后的参数分布方案在各转速下喘振裕度均有所提高。
      引用本文
      陈 鹏,任兰学,王 琦,姜 斌.船用燃气轮机低压压气机气动布局规律研究[J].热能动力工程,2021,36(9):10-
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    • 邓庆锋,张 舟,洪青松,孙 勇
      热能动力工程2021,36(9):18
      DOI:
      提出一种基于全三维数值计算的多级轴流压气机喘振边界预测方法。该方法采用了NUMECA和ANSYS/CFX两种不同的商业软件,在充分考虑压气机几何结构特征的基础上,根据压气机各级叶片排结构特点,建立了通用的压气机叶片排网格拓扑结构,并从各个方向对压气机叶片排网格节点进行控制来保证压气机叶片排各向网格节点一致。对不同负荷类型、不同结构型式的压气机特性进行了算例分析,并就流量、压比和效率等压气机特性参数进行对比研究。结果表明:该喘振边界预测方法对不同压气机具有较高的适用性,计算结果与试验结果也比较吻合。
      引用本文
      邓庆锋,张 舟,洪青松,孙 勇.一种基于全三维数值计算的多级轴流压气机喘振边界预测方法[J].热能动力工程,2021,36(9):18-
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    • 赵午安,陈 江,任兰学,邹积国
      热能动力工程2021,36(9):25
      DOI:
      通过数值模拟对Stage35和某3.5级轴流压气机进行了缩尺模化,在保证相对叶尖间隙相同条件下研究不同缩尺比例的雷诺数效应,并通过3个典型雷诺数修正公式,对各缩尺条件下的单级和多级压气机性能进行预测。结果表明:随着缩尺比例减小,压气机特性线向左下方移动,在小缩尺比例下性能恶化程度增加。对于峰值效率和其对应的相对流量,Stage35在0.5缩尺比下较原型分别下降了0.95%和0.34%,在0.1缩尺比下分别下降5.75%和2.32%;3.5级轴流压气机在0.5缩尺比下较原型分别下降0.79%和0.22%,在0.1缩尺比下分别下降3.2%和1.2%。Dietmann&Casey修正公式对轴流压机性能预测的精确度较高且适用性强,对于单级和多级均有良好的修正效果,当缩尺比例大于0.2时,相对修正误差均小于1%。
      引用本文
      赵午安,陈 江,任兰学,邹积国.轴流压气机缩尺模化比例与性能关联研究[J].热能动力工程,2021,36(9):25-
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    • 王 萌,王明金,王忠义,孙 涛
      热能动力工程2021,36(9):33
      DOI:
      以某型两级跨音速轴流压气机为研究对象,采用实验及数值模拟方法,针对非设计转速下可转导叶调节角度对压气机工作稳定性的作用规律展开研究。首先,通过与实验结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性。其次,对三种不同调节角度下的压气机稳定工作裕度及内部流动机理进行了深入分析。结果表明:随着安装角由正到负调节,效率-流量曲线总体向左移动,压比-流量曲线向左下方移动,当可转导叶调节角度为-8°时,压气机喘振裕度由0°时的7.71%增加到8.24%。
      引用本文
      王 萌,王明金,王忠义,孙 涛.低工况下轴流压气机可转导叶调节规律研究[J].热能动力工程,2021,36(9):33-
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    • 吴思宇,朱品武,汪作心,王 廷
      热能动力工程2021,36(9):42
      DOI:
      以某型高压九级轴流压气机为研究对象,通过NUMECA软件进行模拟计算,研究了前过渡段、过渡段支板和出口过渡段的气体流动损失对压气机性能的影响,并采用DFFD参数化方法和多岛遗传算法对过渡段部分进行了结构改型与气动优化设计。结果表明:相比不带过渡段的压气机模型,原型过渡段使等熵效率降低1.57%,经过对过渡段型线改进以及对过渡段支板的优化设计,优化后过渡段使等熵效率仅降低0.63%;优化后的过渡段部分气流阻塞减少、损失减小,使得高压压气机整体效率较优化前提高0.94%;经流场损失分析发现,支板段和出口扩压延长段是造成堵塞和效率降低的主要原因。
      引用本文
      吴思宇,朱品武,汪作心,王 廷.过渡段部分对某高压压气机性能影响研究[J].热能动力工程,2021,36(9):42-
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    • 高 杰,李彦静,张慧妍,牛夕莹
      热能动力工程2021,36(9):51
      DOI:
      对转涡轮技术是有效提高发动机功率密度、效率,减少陀螺效应的重要技术手段之一,但其设计难度大,在实际工程应用中仍面临一系列技术挑战。本文主要从对转涡轮在不同领域中的应用、气动设计及性能分析、内部流动分析及优化和气动试验技术四个方面对近十年来国内外对转涡轮气动技术的研究进展进行综述,并指出未来应进一步深入认识不同类型对转涡轮内部复杂流动机理及调控方法,加强试验技术研究,为实现对转涡轮在不同领域中的应用提供技术支撑。
      引用本文
      高 杰,李彦静,张慧妍,牛夕莹.对转涡轮气动技术研究进展[J].热能动力工程,2021,36(9):51-
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    • 牛 汗,陈 江,向 航,杜 刚
      热能动力工程2021,36(9):60
      DOI:
      为了研究来流边界层对跨声速压气机转子气动性能及流场的影响,针对Rotor37进行了不同来流边界层进口条件下的跨声速压气机流场数值模拟。结果表明:来流边界层引起其内部的激波结构变化,进而影响60%叶高以上流场,造成该展向范围内的流量分布发生再分配;在来流边界层具有相同的厚度时,总压亏损越大,以60%~90%叶高激波损失为主体的附加损失越高;来流边界层弱化了叶尖泄漏涡系的强度,通过同时改变叶尖负荷和叶尖泄漏流来源流体能量影响泄漏强度,进而影响泄漏涡系的形成和发展。
      引用本文
      牛 汗,陈 江,向 航,杜 刚.来流边界层对跨声速压气机转子流场影响的研究[J].热能动力工程,2021,36(9):60-
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    • 李润泽,王 琦,徐 宁,姜 斌
      热能动力工程2021,36(9):69
      DOI:
      为改善压气机叶栅内的分离流动、优化气动性能,以仿生凹凸前缘叶栅为研究对象,基于数值方法分析吸力面特殊流动形成的原因,研究零攻角工况下凹凸前缘叶栅的流动特性,并基于涡系变化和附面层结构的分析,总结了凹凸前缘叶栅的流动控制机理。研究结果表明:由于前缘压力梯度作用使凹凸前缘叶栅形成了特殊的流向涡对,在下游向两侧发展形成特殊的三维分离结构,挤压局部流管收缩,提高了流动附着性并重组附面层结构,降低了角区分离范围且避免了大尺度集中脱落涡的形成,改善了下游流动。探索了凹凸前缘叶栅的典型旋涡模型,并基于对流动控制机理的理解,给出若干优化方案,得到叶栅气动性能提升,其中WFB-2-9叶栅相比原始叶栅总压损失系数降低了10.47%。
      引用本文
      李润泽,王 琦,徐 宁,姜 斌.凹凸前缘压气机叶栅旋涡结构探索[J].热能动力工程,2021,36(9):69-
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    • 何庆富,夏硕成,迟重然,臧述升
      热能动力工程2021,36(9):79
      DOI:
      涡轮叶片在服役过程中发生的形状变化会造成涡轮气动参数偏离,研究造成涡轮性能退化的主要形变因素是实现涡轮精准维护的重要环节。本文分析了实际涡轮叶片在长时间服役后的具体形变特征,以及形变特征与气动参数偏离值的关系;通过光学扫描获得退化涡轮全周叶片的形状数据,重构得到叶片特征几何参数;以几何参数为基础生成退化的涡轮流道,通过CFD仿真得到了燃气轮机在退化前后的详细气动参数;采用神经网络模型建立涡轮几何数据与气动数据之间的映射关系,并分析了模型中影响气动参数偏离的主要几何参数。结果表明:磨损烧蚀导致弦长变短是第1级静叶气动参数变化的主要诱因,而第1级动叶的气动参数则主要受喉道宽度的影响。
      引用本文
      何庆富,夏硕成,迟重然,臧述升.退化涡轮叶片形变对气动参数偏离的影响研究[J].热能动力工程,2021,36(9):79-
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    • 闫 玥,梁红侠,李雅军,索建秦
      热能动力工程2021,36(9):86
      DOI:
      采用大涡模拟方法对面积比为5.3的不同型面锥形扩压器进行数值计算,包括直线、等压力梯度、等速度梯度和相切双圆弧4种型面,在进口流量均为30 m/s的条件下对比不同型面锥形扩压器的总体性能、流动特性和涡量分布。结果表明:等压力梯度和等速度梯度型面的扩压器总体性能更好,静压恢复系数分别为0.771 3和0.782 6,与基准直线型面相比分别提高了22%和23.83%;等压力梯度和等速度梯度型面的扩压器流动初始分离点相对延后,分离点与扩压器的轴向距离之比分别为0.5和0.43,直线和相切双圆弧型面的该值分别为0.18和0.21;等压力梯度和等速度梯度型面的扩压器内部涡对扩压器的堵塞较小,涡占扩压器径向截面比例分别为50%和45%,直线和相切双圆弧型面涡占比均大于95%。
      引用本文
      闫 玥,梁红侠,李雅军,索建秦.不同型面锥形扩压器的流场分析[J].热能动力工程,2021,36(9):86-
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    • 周志涛,樊 澍,胡 峰,张 海
      热能动力工程2021,36(9):95
      DOI:
      为研究射流液滴与空气双向耦合流动对压气机内部流场及其工作性能的影响,以NASA Stage35为模型,基于相似理论得到高空高马赫数下相似流场和压气机进出口条件,并对多工况下不同喷水量和液滴粒径下的射流冷却湿压缩过程进行分析。研究表明:射流预冷技术可有效抑制压气机进气同比温升。液滴与空气双向耦合流动使得压气机内部流场发生变化,有效降低叶片载荷的同时使动叶内的激波后移。在空气质量流量的0~2%的射流范围内,随着喷雾粒径的增大,压气机压比先增大后减小;比耗功量随喷雾量的增多而减少。25 km高空3.5Ma工况下, 5 μm粒径且喷雾量为空气质量流量的2%时,液滴蒸发率超过50%,压气机出口温度下降约20%,实际比压缩耗功同比减少约12%,压气机等熵效率提升约8%。
      引用本文
      周志涛,樊 澍,胡 峰,张 海.射流预冷对高空高马赫数下压气机性能影响的数值研究[J].热能动力工程,2021,36(9):95-
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    • 王 廷,孙奕晗,王 萌,王忠义
      热能动力工程2021,36(9):101
      DOI:
      为了研究进气畸变对压气机的工作特性以及稳定性的影响,以NASA Stage35型跨音速轴流压气机为研究对象,采用全通道计算模型对不同畸变程度和不同畸变分布形式条件下压气机的工作特性及内部流场变化规律进行数值模拟研究。结果表明:随着进气畸变度的不断增加,压气机的峰值效率逐渐下降,由畸变所引起的总压损失在压气机内部流道中逐渐扩大;在保持畸变度和畸变区域总面积不变的条件下,畸变区的分散程度对压气机在峰值效率点附近的工作特性影响较小,但随着畸变分布区分散程度的逐渐增加,压气机的稳定裕度有所提高,压气机内部流道中的总压损失和熵增也有所降低。
      引用本文
      王 廷,孙奕晗,王 萌,王忠义.进气畸变度及分布形式对跨音速轴流压气机工作特性的影响[J].热能动力工程,2021,36(9):101-
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    • 王艳华,胡庆森,王忠义,王 萌
      热能动力工程2021,36(9):110
      DOI:
      以Stage 35为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX开展进气总压畸变对压气机性能影响的数值模拟研究。在70%叶高处安装插板式畸变模拟器,改变插板位置,得到3种不同畸变度的进气总压畸变。计算结果表明:当插板与动叶的距离分别为42,32和22 cm时,压气机压比分别下降了3.45%、3.66%和4.51%;效率则依次降低了5.10%、5.12%和6.95%;稳定裕度降低了25%、26.11%和26.62%。总压畸变会显著影响压气机内部流动,改变动叶进气角,导致动叶尾缘分离区域增大,尾迹损失增大;进口总压畸变度越大,压气机总压比下降越多,整机绝热效率越低,稳定工作裕度越小。
      引用本文
      王艳华,胡庆森,王忠义,王 萌.畸变强度对压气机气动性能影响研究[J].热能动力工程,2021,36(9):110-
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    • 李赫飞,郑 群,姜 斌,闫 巍
      热能动力工程2021,36(9):117
      DOI:
      为了研究叶栅内部的流动特性,以及不同攻角下的角区分离模式,对压气机叶栅流场进行了分析。针对两种攻角条件下的平面叶栅模型,采用瞬态雷诺时均(URANS)以及大涡模拟(LES)湍流模型进行了数值模拟研究,并结合叶栅风洞实验验证了数值模拟结果的准确度。对比研究了零攻角以及10°攻角下的叶栅出口流场,叶栅、端壁表面极限流线,以及角区分离结构。研究结果表明:LES能够较好地对角区、尾迹损失进行预测,但URANS在大攻角下的模拟则与实验偏差较大;零攻角下吸力面出现层流分离泡、转捩以及再附现象,而大攻角下吸力面前缘未出现层流分离,而是直接发生转捩以及再附现象;与零攻角相比,10°攻角下的角区分离在展向范围未发生明显变化,在横向范围有小幅度增加,但吸力面附面层分离导致尾迹范围扩大了接近130%,同时总压损失系数提高了接近135%,即大攻角下的主要损失是由吸力面附面层分离以及尾迹损失带来的,而非角区分离。
      引用本文
      李赫飞,郑 群,姜 斌,闫 巍.基于大涡模拟及实验的压气机叶栅角区分离研究[J].热能动力工程,2021,36(9):117-
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    • 靳朝阳,芦 翔,葛 冰,张慧妍
      热能动力工程2021,36(9):126
      DOI:
      针对航空发动机燃烧室中存在的燃油流量脉动问题开展实验研究,设计并搭建了燃油喷嘴流量脉动激光可视化实验台,在等流量条件下利用高频激光粒子图像速度仪(High Speed Particle Image Velocimetry,PIV)分析燃油脉动频率变化对喷嘴雾化特性影响。实验结果表明:流量脉动促进了液膜表面的发展及液膜的破碎,对喷嘴的雾化产生积极的影响;喷嘴下游带状液膜区的发展和液滴的瞬态速度与喷嘴的流量脉动频率具有一致性;液滴的瞬态速度脉动幅值受脉动频率影响,在50 Hz时存在极大值。
      引用本文
      靳朝阳,芦 翔,葛 冰,张慧妍.流量脉动对燃油喷嘴雾化过程影响的实验研究[J].热能动力工程,2021,36(9):126-
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    • 董渊博,茅大钧,章明明
      热能动力工程2021,36(9):132
      DOI:
      为了建立精准的NOx预测模型,解决燃气轮机电站存在NOx超标排放的问题,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和长短期记忆神经网络(Long Short term Memory,LSTM)组合模型的NOx排放预测方法。将NOx排放历史数据和燃气轮机燃烧的状态参数通过滑动窗口法构建成特征图格式输入到CNN中,利用其卷积层和池化层提取表征NOx动态变化的特征向量,并转化为时间序列格式输入到LSTM中进一步挖掘内部规律,从而实现NOx的排放预测。以某三菱燃气轮机的历史运行数据进行试验。结果表明:CNN LSTM的相对均方误差eRMSE为1.811 mg/m3,并通过与PCA-BP,PCA-RNN和PCA-LSTM模型进行比较,验证了方法的可行性。
      引用本文
      董渊博,茅大钧,章明明.基于CNN-LSTM的燃气轮机NOx排放预测研究[J].热能动力工程,2021,36(9):132-
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    • 张 伟,蓝吉兵,赵旭洋,隋永枫
      热能动力工程2021,36(9):139
      DOI:
      通过计算流体动力学(CFD)研究了燃气轮机二次空气系统中轴向旋转孔的进口圆角比、长径比、压比和进口气流冲角对轴向旋转孔流量系数Cd的影响。计算结果表明,当孔的进口圆角比r/d<0.2时,孔圆角的变化对流量系数影响显著;长径比、压比对进口有/无圆角的孔的流量系数影响规律不同,长径比越大时进口气流冲角对流量系数的影响越小;进口圆角比也会影响进口气流冲角对流量系数的影响规律。依据数值计算结果,对典型的旋转孔流量系数估算公式进行了修正,提高了经验公式的计算精度。
      引用本文
      张 伟,蓝吉兵,赵旭洋,隋永枫.二次空气系统中轴向旋转孔流阻特性的数值研究[J].热能动力工程,2021,36(9):139-
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    • 胡可欣,王青松,苏欣荣,袁 新
      热能动力工程2021,36(9):146
      DOI:
      为了研究燃气轮机透平内部流向压力梯度(Streamwise Pressure Gradient,SPG)对气膜冷却效果的影响。采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法研究了在密度比1.5,吹风比1.6,孔出口加速系数K=1×10-6条件下成型孔的冷却特性。通过实验对LES结果进行验证,比较零压梯度(Zero Pressure Gradient,ZPG)和顺压梯度(Favorable Pressure Gradient,FPG)的雷诺时均模拟(Reynolds Average Navier Stokes,RANS)结果,并分析LES得到的时均流场和瞬时流场。结果表明:FPG促进发卡涡生成,促进主流和射流的掺混,同时抑制发卡涡抬升,对冷却有利。
      引用本文
      胡可欣,王青松,苏欣荣,袁 新.顺压梯度环境下成型孔气膜冷却射流的大涡模拟[J].热能动力工程,2021,36(9):146-
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    • 杨 强,劳新力,冉军辉,宁有智
      热能动力工程2021,36(9):154
      DOI:
      为了优化双燃料燃烧室温度场分布,针对某型逆流环管双燃料燃烧室,设计了3种不同的火焰筒配气结构。利用ANSYS FLUENT软件,选用Realizable k epsilon湍流模型及Finate Rate Chemistry and Eddy disspation燃烧模型对燃烧室额定工况下的温度场及速度场进行了数值模拟。研究表明:对比液体燃料,由于气体燃料扩散较快,燃烧室在使用气体燃料时高温区分布周向收缩并沿火焰筒轴向后移。对于本型燃烧室,适当增大主燃孔孔径并在火焰筒轴向方向偏后布置,可以有效解决双燃料燃烧室使用气体燃料时高温区后移的问题,对气/液两种燃料条件下的温度场组织更为有利。
      引用本文
      杨 强,劳新力,冉军辉,宁有智.燃气轮机双燃料燃烧室温度场优化研究[J].热能动力工程,2021,36(9):154-
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    • 张 亮,朱晓明,林 枫,肖舒宁
      热能动力工程2021,36(9):164
      DOI:
      为完成某型燃气轮机压气机新设计转子叶片高周疲劳储备分析,采用基于叶尖定时法的激光非接触测量方法对该级转子叶片进行了振动应力测试,并结合理论计算和转子叶片高周疲劳极限试验,获得每一只叶片的高周振动疲劳强度储备,创新性地一次性完成了某级压气机新设计转子叶片振动疲劳性能的全面评估。研究表明:理论计算得到的叶片1阶弯曲共振转速为4 393 r/min,实测叶片在机组全部运行工况下的共振转速区间为4 276~4 435 r/min,叶片振动应力范围为54~123 MPa;试验实测得到的置信度满足95%及误差限度5%下叶片中值疲劳极限为730 MPa,推算得到99.99%高存活率下叶片高周疲劳极限约为660 MPa;结合叶片静强度分析结果、叶片材料的抗拉强度值、叶片振动应力值和99.99%高存活率下叶片的疲劳极限值进行计算,其高周振动疲劳强度最低储备为4.61,共振转速区间处于机组运行的过渡工况,满足设计要求。
      引用本文
      张 亮,朱晓明,林 枫,肖舒宁.某级压气机转子叶片高周振动疲劳强度储备分析研究[J].热能动力工程,2021,36(9):164-
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    • 李宗全,牛夕莹,安仲玉,刘 宇
      热能动力工程2021,36(9):172
      DOI:
      以某型燃气轮机动力涡轮动叶为研究对象,通过仿真计算开展了预扭叶冠应力分布规律的研究。计算过程考虑了离心力载荷、压力载荷、热载荷、预扭约束的影响。计算结果表明:与无预扭约束叶冠相比,增加预扭约束后叶冠应力分布情况发生明显变化,大应力位置集中在预扭工作面与非工作面夹角位置,应力主要与离心力载荷和预扭约束有关。在离心力载荷作用下,叶冠有绕叶身进气侧旋转的位移运动;增加预扭约束后,抑制了叶冠的旋转,导致叶冠在夹角位置产生了附加应力;在叶冠夹角位置的应力由离心载荷产生的应力、预扭约束产生的应力与附加应力共同组成,为降低叶冠夹角位置的应力水平,需对叶冠厚度进行改进。
      引用本文
      李宗全,牛夕莹,安仲玉,刘 宇.燃气轮机叶片预扭叶冠应力计算与分析[J].热能动力工程,2021,36(9):172-
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    • 孙 勇,张 亮,徐 宁,邓庆锋
      热能动力工程2021,36(9):179
      DOI:
      为提高设计效率并快速得到适于工程应用的高压压气机转子结构,以改型设计方法为基础对某高压压气机转子结构进行了详细设计,同时对结构改进方法进行了一定的探索。采用叶—盘耦合系统循环对称结构算法及整体转子系统二维轴对称结构算法进行强度设计及改进,前轴颈最大应力下降最多达26%;其次进行支承结构设计,计算校核母型机轴承承载能力。结果表明:轴向力安全裕度最小为28%,轴承寿命大于100 000 h;给出2种调整鼠笼厚度的估算方法用以指导三维有限元计算,同时计算得到前支承刚度;通过二维有限元分析模型计算转子的临界转速,仅将后轴承支承位置沿压气机轴线向后移动7.5 mm,全运行工况转速与第2阶临界转速的安全裕度由18.5%提高到21.2%。
      引用本文
      孙 勇,张 亮,徐 宁,邓庆锋.高压压气机转子结构设计及改进方法[J].热能动力工程,2021,36(9):179-
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    • 孙彦博,何建元,朱凯迪
      热能动力工程2021,36(9):188
      DOI:
      为确定某燃气轮机涡轮盘的破裂转速,设计并开展了轮盘破裂转速试验,得到了其真实破裂转速,并与多种数值预测方法预测的轮盘破裂转速进行对比。结果表明:对于某型燃气轮机高温涡轮盘而言,最大应力法对破裂转速的预测精度最高,与试验转速相比,精度误差为0.9%,可以预测裂纹的起始开裂位置以及轮盘的破裂模式;极限应变法与残余变形法预测的破裂转速的精度相当,与试验转速相比,精度误差分别为4.8%和6.2%,由于有限元方法会同时计算应变和应力,因此建议优先选用应力准则预测;平均周向应力法计算相比较简便,计算时间短,但是精度较差,精度约为12.3%,可以用于粗略估计破裂转速。
      引用本文
      孙彦博,何建元,朱凯迪.某燃气轮机高温涡轮盘的破裂转速数值预测方法研究与试验验证[J].热能动力工程,2021,36(9):188-
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    • 杨子龙,张大鹏,苑天宇,李 磊
      热能动力工程2021,36(9):195
      DOI:
      涡轮盘是燃气轮机的关键部件,在服役过程中承受着极高的离心载荷、振动载荷和热负荷,极易失效破坏。从流程分析的全局出发,明确了不同模块的输入输出元素,建立了燃气轮机的研发流程构建方法。在此基础上以涡轮盘为研究对象,针对其典型载荷,建立了基于ABAQUS的涡轮盘强度分析流程;针对其典型失效形式,建立了包含多种试验的涡轮盘寿命分析流程;明确了强度分析和寿命分析支撑要素,并分析了要素之间的关联关系。
      引用本文
      杨子龙,张大鹏,苑天宇,李 磊.燃气轮机涡轮盘强度寿命分析流程研究[J].热能动力工程,2021,36(9):195-
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    • 龙 芸,史历程,王慧杰,王玉璋
      热能动力工程2021,36(9):201
      DOI:
      燃气轮机服役过程中,热障涂层(以下简称涂层)内部裂纹萌生和扩展是导致涂层失效的主要原因。通过数值重构方法获得了含不同长度裂纹的热障涂层(TBCs)微结构,基于耦合双分布格子波尔兹曼方法(DDF-LBM)建立了热障涂层与冷却气膜流动传热模型,研究了热障涂层内部和表面温度分布特性。结果表明:出现裂纹会极大地改变涂层的温度分布情况,增加涂层温度不均匀性,造成局部烧结,进一步产生应力集中,极易导致涂层分层断裂,从而影响其耐久性。同时,基于耦合检测算法(GEMSS)通过大量机器学习训练,提出了热障涂层内裂纹定位和长度估算的在线检测评估方法。该方法能有效确定裂纹位置,高精度估算裂纹长度,为高温叶片在线健康度评估和寿命预测提供理论基础和技术支撑。
      引用本文
      龙 芸,史历程,王慧杰,王玉璋.基于机器视觉的热障涂层内部裂纹在线检测方法及传热特性研究[J].热能动力工程,2021,36(9):201-
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    • 朱麟海,程 然,刘金福,周伟星
      热能动力工程2021,36(9):209
      DOI:
      为解决卡尔曼滤波算法难以实现燃气轮机多传感器故障诊断的难题,提出一种基于混合算法的燃气轮机多传感器故障诊断方法。首先,基于平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法构建了一组滤波器,每个滤波器对状态的最优估计被定义为故障检测因子用于传感器故障的特征提取;然后,利用基于密度的聚类算法对故障检测因子进行聚类以实现故障传感器的检测和隔离;最后,利用极大似然估计方法(MLE)实现故障传感器故障严重程度的估计。所提出的方法在GT25000三轴燃气轮机模拟机上进行了仿真验证,仿真结果表明:所提方法有效,多传感器故障诊断的准确率高于95%。
      引用本文
      朱麟海,程 然,刘金福,周伟星.基于混合算法的燃气轮机多传感器故障诊断[J].热能动力工程,2021,36(9):209-
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    • 孙景国,奚银华,季 晨,周渝航
      热能动力工程2021,36(9):214
      DOI:
      针对某型燃气轮机支承环在试验过程中发生断裂、掉块故障,分别进行了强度计算、振动模态分析、低循环疲劳寿命分析以及断口分析。综合分析结果表明:支承环故障属于高低周复合疲劳;焊缝和螺纹处应力集中导致应力过大而开裂;采取把周向焊缝取消,将月牙板和罩壳一体设计及降低应力集中等措施,排除故障。
      引用本文
      孙景国,奚银华,季 晨,周渝航.某型燃机支承环故障诊断分析及改进措施[J].热能动力工程,2021,36(9):214-
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    • 姚钦博,陈金伟,张会生,翁史烈
      热能动力工程2021,36(9):221
      DOI:
      针对目前燃气轮机基于数据驱动的故障诊断技术诊断精度有待提升的问题,建立某型号燃气轮机的热力学模型并植入故障特征构造训练样本,在此基础上训练一种基于注意力机制的卷积神经网络与长短期记忆网络结合的神经网络模型。卷积层和注意力机制模块提取燃气轮机多维度的故障特征,长短期网络层进行时序动态故障参数处理。研究表明:相比于典型卷积神经网络,这种神经网络模型不仅能够识别多种故障的动态特征,对于各类故障的诊断能力均可达到93%以上,且加入注意力机制模块后对于不同的故障类型诊断准确率最高提升约3%。
      引用本文
      姚钦博,陈金伟,张会生,翁史烈.基于注意力机制的燃气轮机故障诊断方法研究[J].热能动力工程,2021,36(9):221-
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    • 温广瑞,黄子灵,张 平,徐志强
      热能动力工程2021,36(9):228
      DOI:
      针对燃气轮机轴承监测诊断中存在的多源监测数据利用不足、传感器信号不确定性难以消除、诊断精度待提高等问题,D-S证据理论(Dempster-Shafer Evidence Theory)作为一种简洁、高效的决策层多源信息融合方法,在燃气轮机状态监测与故障诊断中具有应用潜力。本文引入传统的D-S证据理论,并针对其存在的缺陷,系统总结了证据理论在燃气轮机轴承故障诊断领域的研究现状,围绕燃气轮机实际的工业应用场景,分析归纳了D-S证据理论的特点,并指出了未来D-S证据理论与燃气轮机轴承故障诊断的发展趋势。
      引用本文
      温广瑞,黄子灵,张 平,徐志强.D-S证据理论及其在燃气轮机系统诊断中的应用研究[J].热能动力工程,2021,36(9):228-
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