不同阀序工况超超临界汽轮机调节级汽流弯应力数值分析

应用ANSYS-CFX商业软件对某超超临界汽轮机带进汽室调节级流场进行三维定常数值模拟,采用插值方法将流场计算得到的动叶壁面静压分布转化为叶片有限元模型表面各个节点的汽流力,计算对比了调节级不同阀序工况下的叶片汽流弯应力。计算结果表明:1阀全开工况、2阀对开工况、2阀顺开工况和3阀全开工况的最大汽流弯应力分别约为4阀全开工况的10倍、3倍、3倍和2倍。     

BEST系统变工况特性及控制方式研究

为分析抽汽背压式汽轮机(Backpressure Extraction Steam Turbine,BEST)回热系统的变工况工作特性及保证小汽轮机与给水泵之间的功率匹配,提出采用小发电机、节流阀、补汽阀的3种控制策略,根据汽轮机、回热加热器等主要设备的变工况过程建立BEST系统的变工况数学模型,分析各负荷下BEST和给水泵系统的功率匹配特性和回热系统抽汽参数的变化规律。研究表明:小汽轮机与给水泵的功率差值随着负荷降低先增加后降低,最大值出现在约50%负荷左右;采用小发电机调节,BEST末级排汽流量与压力近似不变;采用节流阀调节,BEST末级排汽流量与压力随负荷降低而降低;采用补汽阀调节,BEST末级排汽压力与流量随负荷降低而升高;小发电机调节方式的热经济性最佳,相对于其他两种调节方式的热耗率明显偏低,节流调节方式存在节流损失,补汽阀调节在BEST末级排汽供汽中引入了大量经过再热的抽汽,提高了抽汽过热度,降低了系统效率。     

大容量汽轮机阀序改造后调节级叶片强度安全性分析

以某600MW汽轮机调节级叶片为研究对象,采用有限元方法对阀序改造后顺序阀工况下调节级叶轮-叶片系统的结构应力、振动特性、瞬态动力响应和动应力进行计算分析。计算结果表明,顺序阀工况下调节级叶轮叶片系统的静强度和动强度满足强度设计要求,阀序改造后调节级叶轮-叶片系统可以安全稳定地运行。     

汽源内切换状态下流动诱导的汽轮机振动特性数值模拟

针对工业给水泵汽轮机汽源内切换状态下,周向非均匀蒸汽引起机组振动问题,应用ABAQUS软件进行了数值模拟。采用模态瞬态动力学分析方法,得到了转子系统的主要模态,对比了在不同调节方式、运行工况下调节级动叶及转子系统的瞬态响应。计算结果表明:调节方式与运行工况对调节级动叶的响应频率影响较小,且主要表现为低频响应;相比于低压蒸汽单独进汽VWO工况、低压蒸汽单独进汽30%THA工况和高低压蒸汽混合进汽30%THA工况,高低压混合进汽VWO工况三个方向振幅均最大;调节级轮盘受整圈调节级叶片气流力作用时,调节级轮盘与转轴的X向(轴向)响应频率不同,Y、Z方向的振动响应曲线基本相同;同一调节方式下,VWO工况监测点Y向振动峰值是30%THA工况的3. 7～3. 8倍。     

深度调峰工况下600 MW汽轮机低压缸流场数值计算与分析

为了解某600MW发电机组汽轮机低压缸在深度调峰工况下流场情况,建立了汽轮机低压缸7级叶片模型,采用数值模拟的方法进行了6种工况的计算和分析,得到了6种不同进汽参数下低压缸整个流场和末级叶片温度场的分布情况,并分析了低压缸进汽流量、进汽温度对整个流场和末级叶片温度的影响。结果表明:低压缸在质量流量为140t/h时,排汽出口开始出现回流,且出口区域底部最早出现回流;小流量工况下,末级叶片的最高温度出现在静叶片叶顶出汽边附近,且进汽流量越小,回流越严重,叶片表面温度越高;降低低压缸进汽温度,可有效改善鼓风效应并降低末级叶片表面温度。     

调节级非定常流动与汽流激振力数值研究

采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了亚临界600MW汽轮机调节级在不同工况下的三维非定常流动特性与汽流激振力的变化规律。结果表明:随着调节阀门的开启,调节级后的压力升高,焓降和功率逐渐减小,级效率升高,余速损失减小;部分进汽调节级会对动叶产生明显的激振力;在进汽弧段,动叶激振力变化均匀,而从进汽弧段旋转到非进汽弧段以及在喷嘴端面附近时,汽流激振力会发生很大突变。两阀全开时动叶受切向力最大,随着阀门的开启,叶片受切向力逐渐减小。动叶片受到的低频激振力频率集中区域均小于1 000Hz,远小于高频激振力频率。     

汽轮机调节级喷嘴组气动优化设计

采用叶轮机械优化设计平台FINE/Design3D对调节级喷嘴组汽道进行全三维气动性能优化设计,在保证工作点不发生偏离的前提下,提高其等熵效率。经过分析,优化后喷嘴组叶片由于采用加载叶型,有效的抑制叶片表面的附面层厚度,降低叶型损失;喷嘴组外端壁型线更加平缓,端壁损失和二次流损失得到了有效地抑制。额定工况下,调节级等熵效率提高了1.8%,并且在其它工况下调节级气动性能都有明显提高。     

1050 MW超超临界复合阀机组配汽优化技术研究及应用

某1 050 MW超超临界汽轮机组原设计采用复合配汽方式,在部分负荷下4个高压进汽调阀均存在节流损失,影响机组经济性。通过高压调阀-双流调节级的仿真建模计算,从理论上分析了适用的配汽方案,并对调节级叶片进行了强度校核;通过适应性试验分析了不同阀序组合对汽轮机轴系稳定性的影响,最终优选合适的阀序组合方式;修改DEH及DCS逻辑增加顺序阀控制方式,实现复合阀和顺序阀的无扰切换,在顺序阀方式下进行滑压寻优试验。热耗率对比试验表明:顺序阀方式可大幅降低中低负荷下供电煤耗率,实现宽负荷经济运行。     

工业汽轮机调节级段复杂流动特性研究

喷嘴调节是工业汽轮机进行变工况调节的主要方式之一。由于调节级部分进汽运行和过渡腔室内气流大幅偏转等原因,从调节级到压力级第1级的通流区域内流动情况复杂,效率损失严重。以某工业汽轮机为例,对包含调节级、过渡腔室和压力级第1级的通流区段进行全周全三维数值计算,分析了4阀点、3阀点和2阀点3个典型工况下的三维流动与各区域压力损失的情况。分析表明,随阀点减少,通流效率从86.1%降低至54.2%,过渡腔室内切向流动加剧,总压损失从2.2%增至45.8%,是影响流动效率的首要因素。另外,中分面螺栓安装时占据部分流道空间,使过渡腔室内通流面积在局部区域变化幅度过大,产生额外流动损失。而且,过渡腔室内的强烈有旋流动会影响下游压力级的入口流场均匀程度和攻角分布,3阀点和2阀点工况时,大的正攻角会使压力级第1级内流动效率降低。研究成果可为工业汽轮机整机变工况运行性能优化和高气动性能过渡腔室设计提供参考。     

汽轮机部分进汽故障综合治理方法的研究

电站汽轮机机组在部分进汽工况下常出现瓦温高、振动大等问题,并易发生汽流激振。通过分析汽轮机部分进汽故障的机理,指出调节级配汽剩余汽流力直接作用于高压转子,且量级与转子自重相当,这将导致轴承偏离设计工况,从而引发故障。从调整调节级汽流力和轴系载荷分配两个角度出发,结合实际工程案例,总结归纳出现阶段主要采用的调整阀序、优化阀门特性曲线、调整轴系载荷分配三种治理方法及各自的应用要点。研究成果对工程实践具有一定的借鉴意义。     

部分进汽下调节级叶顶偏心激振特性研究

建立了某350 MW汽轮机调节级全三维计算流体力学模型,研究部分进汽时不同阀序及阀门开度下转子偏心和叶顶围带对流体激振特性的综合影响规律。结果表明:随着各阀后压力升高,累计质量流量增大,激振力先增大后减小;激振力主要来自叶片内弧,但对于偏心状态下的自由叶片,累计质量流量较小时激振力主要来自叶片顶部;垂直与水平方向上的激振力近似相等;非对角进汽时比对角进汽时的激振力大,其中有、无围带叶片模型分别在开启Ⅰ阀、Ⅱ阀和Ⅲ阀时及非均匀开启四阀时的激振力达到最大值,约占高压转子重力的24%～35%;转子偏心及叶顶围带结构均会导致激振力增大,但也受到进汽阀序、转子偏心方向及两者相对位置的影响;相同工况下,转子偏心时最大激振力约为无偏心时的133.94%,有围带叶片的最大激振力约为自由叶片的150%。     

汽轮机阀门活动试验工况下高压第一级动叶热应力分析

针对阀门活动试验工况下的叶片安全问题,以某1 000 MW核电汽轮机组高压缸第一级动叶片及其进汽腔为研究对象,通过商业仿真软件ANSYS,对机组额定工况以及95%和85%额定工况下的阀门活动试验工况进行了数值模拟,并通过瞬态流-热-固耦合方法,对进汽腔后第一级动叶进行了热应力及变形分析。结果表明：在全周进汽下,调节阀关闭使进汽腔后出现非均匀流场,动叶热应力受流场影响有较大波动,3种工况下叶片所受极值热应力在18～55 MPa之间,叶片瞬态最大变形量在0.498～0.52 mm之间;降低至机组额定功率的95%和85%进行阀门试验,使叶片平均极值热应力分别上升15.1%和23.2%,由于热应力极值小于材料的疲劳极限,认为95%和85%额定功率下的阀门活动试验对叶片安全运行产生威胁不大。     

660MW机组配汽方式对轴系稳定性的影响

汽轮机在部分负荷时的调节配汽特性不仅影响轴系稳定性,而且还影响机组运行经济性。该文以某电厂660MW超临界机组为例,应用CFD技术,建立了调节级叶片汽流力计算模型,并分别对原阀序和优化阀序进行了不平衡汽流力与轴承载荷的分析计算,并在机组运行中得到了应用。     

汽轮机调节级多工况下三维流场数值研究

汽轮机调节级的部分进汽特性,不仅影响到机组的气动性能和效率,而且还对其安全性产生一定程度的影响。基于三维黏性可压缩雷诺时均Navier-Stokes(N-S)方程,采用结构化六面体网格,运用有限容积法,构造了带有进汽室和加强筋的300MW汽轮机调节级三维黏性可压缩计算模型,针对不同运行工况下调节级内部复杂流动进行了详细研究。分析发现:调节级进汽室内部流动损失较大;进汽段下游动叶通道静压分布合理,内部流动顺畅,而非进汽段动叶通道内部流动紊乱,熵增明显,部分进汽带来的损失较大;部分进汽度越小,效率降低越快,尤其是一阀进汽时,效率急剧下降。     

600MW超超临界汽轮机高压主汽调节联合阀内部流场的数值模拟分析

采用非结构化四面体网格,对某600MW超超临界汽轮机组高压主汽调节联合阀的额定工况进行了数值模拟.针对3种不同结构的模型分别进行了计算,分析研究了阀门内部流场的流动特性,以及在主汽阀内加置挡板和滤网对内部流场和阀门损失的影响.     

大功率电站汽轮机调节级的设计理念探讨

文章以3种不同参数和形式的600 MW汽轮机调节级为研究对象,通过数值模拟手段,研究了3种调节级在变工况下的性能,分析焓降、反动度、动静叶片的能量损失系数等参数随着工况的变化关系,探讨了大型电站汽轮机调节级的设计理念,分析结果表明:在进行调节级的设计时,应根据汽轮机的不同功能和运行方式特点,合理确定调节级的焓降值,不宜过大,同时动叶应具有一定的反动度。     

汽轮机单顺阀切换过程中不平衡汽流力分析

汽轮机单顺阀切换运行时调节级由全周进汽转变为部分进汽,调节级叶轮受力不平衡,轴承载荷增大,出现瓦温、振动问题。针对单顺阀切换的瓦温过高问题,分析了汽轮机部分进汽下的调节级受力模型,计算了不同切换方式下高压缸轴承的受力情况,从定性和定量两个角度证明优化后的配汽切换方案减小了轴承受力,与配汽切换试验得到的结果一致。该研究从理论角度证明了选择合适的配汽切换方式能够减少高压缸转子的不平衡受力,实现机组升负荷过程中的单顺阀安全切换,为同类型机组的顺序阀安全运行提供了可以借鉴的经验。     

汽轮机调节级压比对调阀流量特性的影响研究

通过现场试验案例分析,发现调节级压比变化会引起汽轮机调阀流量特性的线性失真现象。基于调阀特性函数和调节级通用特性函数,提出一种汽轮机配汽端仿真计算方法。经过数值仿真与验证,深入探析了汽轮机调节级压比对调阀流量特性的影响及其规律,认为调节级压比应作为调阀流量特性的重要监测参数。     

超临界汽轮机配汽方式的优化分析

采用CFD方法,以某典型超临界机组为研究对象,研究了不同阀点位置的蒸汽参数变化;对不同顺序阀配汽方式转子受力情况进行了分析对比,确定了最优的顺序阀开启方式;并研究了两类配汽方式下,调节级动叶片所受激振力的不同。所做的工作可以为汽轮机阀门配汽方式的选择提供依据。     

汽轮机组滑压运行主汽压力的理论计算

结合喷嘴配汽汽轮机调节级的工作特点,在调节级变工况特性的基础上,阐述了汽轮机组滑压运行主汽压力的理论计算方法.并针对汽轮机变工况下调节级室温度变化和调节阀重叠度的影响,深入分析了滑压运行时主汽压力线的变化趋势,对提高调节级参数计算的精确度有一定的借鉴作用.