汽轮机低压末三级耦合排汽缸的气动性能研究

为满足大型核电汽轮机低压排汽系统的开发,采用ANSYS-CFX软件数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程和k-ε紊流模型方法研究了低压缸末三级与排汽缸的变工况气动性能.结果表明:变工况显著改变了末级动叶的气动性能,对次次末级、次末级和末级静叶的气动性能几乎没有影响;排汽缸的气动性能受变工况的影响较大,小流量工况下的涡系结构发生较大变化,降低了扩压器静压恢复能力,增加了总压损失和改变了蜗壳内的流场;排汽缸背压减小导致透平级流量的降低和末级动叶出口气流角的变化,进而改变了排汽缸进口的流场特征.研究结果可以为汽轮机排汽缸的设计和优化提供理论支持.     

汽轮机排汽缸性能分析和气动设计的研究进展

大功率汽轮机低压排汽缸的气动性能分析和设计对于提高机组的经济性具有非常重要的作用。低压末级与排汽缸间的相互作用以及排汽缸内的复杂结构导致排汽缸具有典型的非定常和非周期性的流动特性。介绍了排汽缸的基本结构特点,综述了国内外在排汽缸气动设计和性能分析方面的研究进展,给出了西安交通大学TurboAero研究团队在大功率汽轮机低压排汽缸全三维性能分析和气动设计方面的研究结果,最后讨论了大功率汽轮机排汽缸方面的研究展望。排汽缸气动性能的影响因素可概括为:末级动叶出口旋流、顶部间隙射流、动叶尾迹和排汽缸几何结构。排汽缸的气动性能研究需要耦合低压缸通流结构开展,充分考虑通流结构和排汽缸间的相互作用。     

叶顶间隙对于汽轮机排汽缸气动性能的影响

介绍了汽轮机末级动叶叶顶间隙对于汽轮机排汽缸性能的影响,通过耦合末级叶片的排汽缸气动数模拟来考察这一影响,发现排汽缸内的流场情况会随着间隙漏汽量的不同而产生变化,表征气动性能的压力恢复系数也随之变化.研究表明,叶顶间隙射流对于排汽缸内流场的影响是不可忽略的,在以后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑叶顶漏汽射流.     

汽轮机排汽缸的气动研究进展

汽轮机排汽缸是连接凝汽式汽轮机末级出口至冷凝器的通道,改善其气动性能可提高汽轮机的效率。本文从数值分析及试验两方面对排汽缸的研究进行了分析,并对提高气动性能的新型措施进行了归纳。分析表明：末级与排汽缸湿蒸气汽液两相流的联合数值分析是排汽缸流场数值分析的发展方向;模型试验是排汽缸研究的主要方法,由于进口气流对排汽缸性能的影响敏感,进口流场应反映末级出口气流的真实状况,并要特别注意叶栅顶部出口气流的模拟。提高排汽缸气动性能的新型措施为：采用具有负超高的扩压器和非对称扩压器;中分面布置轴向栅格型涡阻尼器;采用除湿措施,减少湿度损失;冷凝器喉部结构及加强系统的改进。     

叶顶汽封漏汽对汽轮机排汽缸气动性能的影响

利用CFD方法对某汽轮机的末级叶片、叶顶汽封和排汽缸进行了整圈耦合计算,考虑了筋板和撑管对流场的影响,较真实地对低压排汽缸进行了数值模拟,结果表明末级动叶片叶顶汽封漏汽对排汽缸气动性能有较大影响,为以后的排汽缸气动设计及优化工作提供了新思路。     

小容积流量工况对排汽缸的影响分析

汽轮机末级排汽是影响排汽缸运行的关键因素。对汽轮机末级与排汽缸流场进行了数值模拟,得到当末级处于不同容积流量工况时,排汽缸内流动特性及气动性能。结果表明:随着容积流量的减小,排汽缸内流线分布恶化,扩压通道内靠近外导流环区域出现漩涡,其范围及强度随容积流量减小而增加,扩压性能下降;排汽通道流线紊乱度增加,出现复杂涡系,出口截面流动稳定性下降;大尺度漩涡的存在增加了排汽缸能量损失,静压恢复系数下降,总压损失系数增大。     

660MW汽轮机低压排汽缸联合末级整圈叶片气动性能研究

为了减少汽轮机低压端排汽余速损失,设计具有较大压力回收能力的低压排汽缸对整个机组的效率提升具有非常重要的意义。对660MW的汽轮机低压缸进行了CFD数值模拟,考虑到低压缸流动具有不对称性、强三维流动的特点,选择末级整圈叶片和低压排汽缸一起作为研究对象,研究结果表明该低压缸具有较好的气动性能,能有效地将末级余速损失转化为压力能回收。     

耦合末级叶片的汽轮机排汽缸气动数值模拟

为研究末级叶片出口流场径向的不均匀性对排汽缸气动性能的影响,基于稳态的三维N—S方程、能量方程以及连续性方程,采用商业CFD软件进行了排汽缸气动性能的数值模拟计算．结果表明：耦合末级叶片的数值模拟计算结果更接近真实值;动叶叶顶漏气射流对排汽缸内的流动结构有很大影响,使得计算得出的静压恢复系数有所增加;叶片叶顶漏气影响不可忽略,在今后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑末级叶片的影响;排汽缸进口条件对于其气动性能有着决定性的影响．     

百万核电汽轮机低压排汽缸气动性能数值研究

以引进的AP 1 000核电汽轮机为例,建立了低压排汽缸的三维模型,考虑到进口参数受末级动叶出口流动的影响,采用了低压末级叶片和排汽缸联合计算的数值模拟方法,详细分析了排汽缸内部的复杂流动情况,分析了该排汽缸三维流动情况和总参数,为核电汽轮机低压排汽缸国产化提供了重要的指导意义。     

汽轮机低压排汽缸气动性能的数值研究

汽轮机低压排汽缸的气动性能对汽轮机组效率的影响至关重要。采用CFD软件CFX,对某型号机组的低压排汽缸小尺寸实验模型在不同来流条件下进行数值模拟研究,并进行了具有对称和非对称两种不同结构扩压器的排汽缸性能对比。结果表明不同的进口旋流对排汽缸性能影响很大,扩压器性能是影响排汽缸性能的主要因素,非对称扩压器更有利于排汽缸性能的提高。     

CFD技术在汽轮机设计研究中的应用实践及展望

采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)开展了汽轮机高压缸整缸的内部流场计算和低压缸末三级的变工况分析。还采用CFD分析了某空冷机组低压排汽缸流场,比较了模型排汽缸的试验和数值计算结果,又分析实际排汽缸流场的CFD计算结果,提出并验证了一个提高其静压恢复能力的优化改进措施。在总结上述成功实践的基础上,展望了基于CFD等先进技术在汽轮机行业建立新技术体系的前景。     

入口旋流角对排气扩压段气动性能影响的数值研究

为了研究入口气流旋流角对带支撑结构轴流排气扩压段气动性能的影响,以某型燃气轮机排气扩压段为研究对象,采用数值计算的方法,对单独排气段模型及排气段和涡轮末级动叶耦合模型分别进行数值模拟。采用总压保持系数和静压恢复系数作为衡量排气扩压段气动性能的主要参数。排气段单独模拟的结果显示,当旋流角从0°变化至-32°,总压保持系数下降4%,且在-20°以后开始呈现突然的快速下降趋势;而静压恢复系数先上升后降低,在-16°时达到最大值。另外,通过耦合模型与单独排气段模型的数值计算对比,发现当排气段入口旋流角和质量流量相同时,计算结果较为一致。以上结果说明,入口旋流角是影响排气扩压段流动性能的关键因素之一,进行排气段结构设计时要充分考虑旋流角对内部流动的影响。而且,单独排气段数值模拟在相同质量流量和旋流角度条件下,可近似达到耦合模拟的精度,提高设计效率。     

某新型高效冷凝发电汽轮机排汽缸气动性能研究与结构优化

采用雷诺时均处理的N-S方程和标准k-ε湍流模型,将某新型高效冷凝发电汽轮机低压排汽缸与末级叶栅进行了联合仿真数值模拟研究。计算结果表明:排汽缸中存在以分离涡和通道涡占主导地位的漩涡流,导致气动性能不佳;为了改善扩压能力进而提高其气动性能,采取调整内外导流环扩张角度以及轴向长度等措施对扩压器进行了结构优化,优化后排汽缸出口静压恢复系数从-0.137提升到了0.1617,总压损失系数降低了近18.5%,整机效率提升了近0.5%。     

汽轮机排气缸流场的数值模拟研究

针对某汽轮机排汽缸进行了几何建模并进行数值模拟,给出了内部复杂的流场结构,分析了排汽缸内的损失分布。通过对排汽缸流场的细致分析,考察了流动损失产生的原因,为汽轮机排汽缸外形设计提供参考。     

工业汽轮机大型排汽缸气动分析与结构优化

为了改善工业汽轮机排汽缸气动性能,降低流动损失,采用数值模拟方法对一种大型工业汽轮机排汽缸的气动特性与流场结构进行了计算与分析.揭示了造成工业汽轮机排汽缸气动损失的重要方面,同时提出了针对排汽缸重要结构参数的多种优化方案,并进行详细计算与分析.针对每种优化方案,阐明了优化机理与工业汽轮机排汽缸本身的优化局限性.研究结果...     

汽轮机低压排汽缸内导流挡板对其性能影响的分析

通过吹风试验研究了汽轮机排汽缸内安装导流挡板对排汽缸性能的影响,采用CFD软件对排汽缸计算模型进行了模拟,获得了安装不同导流挡板的工况下排汽缸的气动性能和内部流场的变化.结果表明:在排汽缸内合理地安装导流挡板能有效提高排汽缸的扩压能力并降低流动损失,而且还可以改善其出口流场的均匀性.试验和数值模拟均证明,使流量在导流挡板两侧平均分配的5号挡板的效果最佳,分别使静压恢复系数提高了约0.029,使总压损失系数降低了约0.025,使出口不均匀度降低了约30.0%.     

Effects of inlet swirl on the flow in a steam turbine exhaust hood

IntroductionThe flow through the exhaust hoods of steam andgas turbines is still a problematic matter today. The latestexperiments and CFD research are proof of that, e.g.works published by Solodov, Gnesin (1997)['], Sultanian,Nagao and Sakamoto (1998) ['], and other authors.The flow of the steam through the exhaust hood of acondensing steam tUrbine depends to a considerableextent on the swirl of the flow in the inlet section. Thechange of an inlet swirl results in changes in the loss ofki…     

Three-Dimensional Simulation of Nonstationary Flow Phenomena in "Last Stage-Exhaust Hood"Compartment

INTRODUCTIONThemostheavyloadedelementsofnowpathoflargesteamturbinesarelastcompartmentsoflowpressurecylinders,whichconsistoflaststageandex-hausthood-owingtotechnologicalrestrictionsthiselementsoflastcompartmentshavemaximalreservesofitsefficiency,soitsimprovementisactuallypossi-ble.MostofthepublicationsongasdynamicsoflastcomPartmentcolltainmainlythedataabouttheop-erationofstageandexhausthoodunderuniformin-letandoutletconditionsandtheimportantquestionssuchasarangeofapplicabilityofisolatedmode…