罗跃飞， 吴飞， 李冠

(东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000 )

1 前言

流固耦合是研究流体与固体之间流体动力、结构弹性与惯性力之间的耦合作用, 根据作用机理分为单向流固耦合和双向流固耦合。 针对IGV流场特点, 本文采用了单向流固耦合方法, 将在流场分析中得到流体压力作为载荷加载在IGV 叶片中, 以此分析求解IGV 叶片由于流场作用所发生的形变值和应力值等。

2 IGV 流场分析

对IGV 加以流场边界条件, 气流从左侧进气,右侧出气, IGV 叶片在流场中部, 对整个流场进行网格划分, 见图1, 边界条件见图2, 这里的分析是针对60%转速工况。

图1 IGV 流场网格划分

图2 IGV 边界条件

IGV 叶片和支撑杆材料特性参数见表1, 根据《东汽金属材料手册》, 其引起0.2%残余变形的条件屈服强度在20 ℃时为760 MPa。

表1 IGV 叶片和支撑杆材料参数

流场求解后, 得到流场流线分布, 见图3～6。

图3 流场分析结果

图4 IGV 叶片进气侧压力分布

图5 IGV 叶片出气侧压力分布

图6 IGV 流场速度分布

从图中可以看到, 流场和叶片物理分布一致,压力是呈圆周均匀分布, 此处压力是相对绝对大气压的压力, 叶片在边缘处速度大, 压力高。

3 IGV 强度分析

3.1 IGV 60%工况受力分析

将计算的流场压力导入到IGV 结构中（见图7）, 进行静力分析, 以60%工况下的转速分析计算说明IGV 结构在流场作用下形变、 应力, 支反力和支反力矩的情况, 如图8～13 和表2 所示。

图7 流场压力导入

图8 IGV 叶片固定

图9 IGV 叶片整体形变

图10 IGV 叶片X 方向形变

图11 IGV 叶片Y 方向形变

图12 IGV 叶片Z 方向形变

图13 IGV 叶片Mises 应力

表2 IGV 结构流固耦合分析