多能场作用下透平叶片的服役变形机理与设计补偿

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1、万方数据中图分类号UDCTK47621硕士学位论文学校代码!Q5三3密级公珏多能场作用下透平叶片的服役变形机理与设计补偿DeformationMechanismofTurbineBladeinMulti．functionalFieldsandCompensationforDesign作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：论文答辩日期王鹏机械工程机械电子工程机电工程学院廖平教授p7妒：s,pg答辩委员会主席中南大学2014年5月万方数据学位论文原创性声明Y2689颦2llIm帆mI《眦ll眦帆帆⋯m本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取

2、得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：型日期：竺!!年』月上日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印

3、、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：兰丝日期：盟年上月』日导师签名丝日期：生年!月上日万方数据多能场作用下透平叶片的服役变形机理与设计补偿摘要：燃汽轮机作为高端装备是当前世界各国的研究重点，其关键功能零件一一透平叶片，结构复杂、造价昂贵、技术含量高，历来都是世界各国施行技术封锁的对象。透平叶片服役于高温、高压、高速旋转的工况下，不可避免会产生变形，影响叶片的动力性能和工作效率，因此研究叶片在多能场作用下的服役变形并对其进行补偿十分必要。论文的主要研究内容和创新点有：(1)透平叶片多能场模型的建立：运用SOLIDWORKS几何造型技术和HYP

4、ERMESH网格划分技术建立了透平叶片燃气、冷却气以及固体域的流场网格，经过流场湍流强度等计算，确定了流体的可压定常模型、RNGk-e湍流模型、进出口边界、壁面边界等一系列流场参数。(2)透平叶片在多能场作用下温度和压强分布的求解：使用经典流场模拟软件FLUENT求解，得到透平叶片在多能场下的湍流强度、速度、温度和压力分布，并与MARKII系列涡轮叶片的实验结果对比，验证了模型的可靠性。此外，还研究了冷却工质流量比对叶片温度分布的影响，得出了合理的冷却工质流量比。(3)多能场作用下透平叶片服役变形的有限元求解：将流场求解得到温度、压强等载荷通过FSImapping技术映射到有限元

5、网格，建立叶片的有限元模型，借助ANSYS求解得到叶片在温度、压力、离心力三者单独作用和共同作用下的变形，并利用灰色关联度理论分析了不同载荷对叶片X、Y、Z向变形的影响。此外，通过曲面零件的热变形实验和关联度分析验证了曲面零件热变形理论模型的正确性。(4)透平叶片的曲面设计补偿：对有限元求解得到的变形结果进行三维插值，得到叶片在理论型值点处X、Y、Z向的变形，进行补偿得到新的设计型值点。基于NURBUS曲面重构理论进行叶片的曲面重构，重复上述流场仿真、有限元求解变形等步骤，得到服役状态下的曲面，计算服役曲面与理想曲面的位置误差，进行二次补偿，直到满足位置精度。图41幅，表11个，

6、参考文献73篇。关键词：透平叶片；多能场；有限元；变形；设计补偿分类号：TK47万方数据DeformationMechanismofTurbineBladeinMulti—functionalFieldsandCompensationforDesignAbstract：Gasturbine，asatypicalrepresentativeofmodemhigh—endequipment，isplayingamoreandmoreimportantroleintheareaofplane，ship，electricitygenerationandSOon．Turbineblade，

7、asakeypartofgasturbine，withcomplexstructure，advancedtechnologyandbigcost，canbeinevitablydeformedundertheeffectofflowfield，thermalfieldandcentrifugalforce，whichleadstolowefficiencyandbadperformance．Thus，itisquitenecessarytoresearchonblade’Sdef