低压缸小容积流量工况的计算分析和改造措施

对某350 MW超临界机组汽轮机低压缸小容积流量工况的热力参数、流场、末级动叶强度和末级动叶动应力等进行了计算,分析了汽轮机低压缸在小容积流量工况级间热力参数和排汽参数的变化情况,得到了小容积流量工况下低压缸末级动叶的强度和动应力变化规律。对低压缸小容积流量工况的运行风险进行了分析,并提出了相应的改造措施。结果表明:随着低压缸进汽质量流量的不断减少,低压缸末级长叶片区域开始出现涡流和倒流现象,低压缸鼓风发热不断加剧,叶片温度升高,许用应力下降,动应力增大;可以采用增加温度测点和排汽区域喷水减温等手段来保证低压缸的运行安全。     

低压缸切缸工况下流动与鼓风特性数值研究

为了研究低压缸切缸工况时机组的运行能力,以国内某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立低压缸单边八级叶栅单通道流场三维计算模型,分析不同入口流量下其内部流动结构和气动性能以及末级动叶的鼓风加热特性。结果表明：随着低压缸入口流量的持续减小,排汽出口和末级叶栅内会陆续出现排汽回流和汽流分离现象,并伴随有动叶入口的负攻角现象;当低压缸入口流量减小至1.19%额定流量时,工质做功无法弥补低压缸转子旋转耗功,低压缸整机无法输出功率;当低压缸入口流量降低至7.44%额定流量时,末级通道动静交界面靠近叶顶区域和末级动叶通道靠近叶顶区域出现局部高温区,出现切缸工况末级动叶的鼓风加热效应;同时,切缸工况下末级静叶鼓风加热温度抬高程度显著大于末级动叶,相较于额定工况末级静叶和末级动叶表面最高温度分别抬高了约10596%和71.91%。     

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。     

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.     

深度调峰运行时汽轮机低压叶片的安全性分析

为了满足电网深度调峰和供热的要求,低压缸需要长期在低负荷甚至零出力工况下运行。本文以某660 MW汽轮机为对象,对其深度调峰和供热工况下低压叶片的通流特性和运行安全性问题进行了研究,得到了不同排汽压力时低压末级叶片的流场分布以及相关参数随背压变化的规律,分析计算了叶片所受汽流弯应力,确定了汽流弯应力随背压的变化。结果表明：该机组在深度调峰和供热的小容积流量工况下,叶片所受汽流弯应力很小,满足不调频叶片的设计要求,能够保证机组安全稳定运行;小容积流量工况下,汽轮机的排汽压力降低,真空度提高,其低压部分摩擦鼓风损失大幅度降低,鼓风发热问题减少,汽流弯应力降低,汽轮机可以安全稳定运行。     

大型空冷汽轮机关键技术及解决策略研究

针对大型空冷汽轮机背压和排汽温度随环境温度变化的运行特点,指出了末级叶片变工况问题、低压内缸严重变形以及低压轴承箱变形导致轴承标高不断变化等关键难点。根据多年来空冷汽轮机的设计实践,提出了高阻尼结构末级长叶片、落地式低压缸和落地式轴承等设计技术,设计制造了空冷汽轮机,圆满解决了以上难题,在实际运行中安全高效。     

小容积流量下汽轮机末级叶片流场特性分析

借助商用计算流体动力学软件CFX,选择入口质量流量不变,改变出口背压的方式,对不同容积流量下某大型汽轮机低压缸末级进行了全三维黏性定常流动的数值研究,全面分析了低压缸末级的流动特性。结果表明:在背压10k Pa(相对容积流量k=0.52)下,末级动叶10%叶高截面受逆压梯度的作用,在吸力面近尾缘区域开始发生流动分离,并随着流量的进一步减小,逐渐发展形成回流涡。背压升高到15k Pa(k=0.36)时,负攻角首先导致末级动叶50%叶高截面前缘区域发生流动分离,随着流量的进一步减小,流动分离产生的涡逐渐增大;90%叶高处由于扭转角度较大,负攻角的作用一直不大,但是压力升高到25k Pa(k=0.23)时,开始受到静叶扩压和动叶离心力产生的叶顶涡的影响,流场比较混乱。从15k Pa(k=0.36)开始,由于静叶扩压和动叶离心力影响,动静叶叶顶出现漩涡,后随压力升高逐渐增大,同时由于动叶旋转离心力造成的径向压力梯度,叶根尾缘区域也出现漩涡,并随压力升高向流道前部发展。     

火电机组“热电解耦”后低压末级叶片动应力分析

电厂"热电解耦"后低压末级叶片处于小容积流量运行状态,叶片流场将发生变化,叶片沿叶高的热力参数将重新分布,汽流在动叶片根部和静叶栅出口顶部区域出现脱离,形成涡流,在小容积流量下,叶片流场涡流分布较多,低压末级叶片动应力会出现"突增现象",此时的动应力比设计工况要大约5～10倍,如果还是按常规算法给定激振力,是算不出动应力"突增现象"。研究了叶片在小容积流量下动应力计算方法,并得到与实验结果趋势相吻合的变负荷动应力曲线。     

某电厂汽轮机低压缸零出力供热工况低压末级叶片流场特性分析

以某电厂350MW供热机组为研究对象,机组进行低压缸零出力改造后低压缸进汽流量骤降,最低流量仅为20t/h,导致运行工况远远偏离设计值而影响末级叶片的安全性,运用数值模拟软件CFX,分析了不同低压缸进汽流量下末级叶栅流场特性。结果表明,低压缸进汽流量在20t/h时,末级叶栅气流脱离严重,当流量为500t/h时,末级叶栅流场光滑平稳,模拟结果对供热机组低压缸零出力改造具有一定指导性意义。     

基于ATM Optimized拓扑下末级叶片变工况的气动特性与静力分析的数值研究

中国电网容量的不断增加以及大功率机组数量的增长,火电机组必须进行深度调峰。过程中机组长期处在非设计工况下运行,对缸体而言会出现一系列叶片问题。本文基于CFD数值模拟采用ATM Optimized拓扑结构,针对末级通流计算域进行变工况气动特性及静应力分析。气动计算结果表明:额定工况流线平整,内吸力面未出现流动分离,极限流线大部分位置彼此接近平行;变工况条件下,流量下降引起动叶表面气体脱离程度加大,流动不断恶化;另一方面,其内部脱流现象会随着机组处在较低流量但背压保持在较高状态时变得尤为严重。对此,本文提出末级叶片变工况的气动特性与静力分析的数值研究方法,不仅对变工况低压缸最小流量起到预测作用,更对电厂进行试运行及机组经济性提高起到指导作用。     

低压汽轮机末级长叶片改型试验研究

针对船用汽轮机的变工况、末几级湿度大的运行特性,对某汽轮机末级长叶片进行气动优化,并在环形叶栅试验台上对原型和改型两组叶栅进行了3个出口马赫数与5个冲角下的吹风试验。结果表明:随着栅后马赫数的增加,叶片吸力面最低压力点位置后移,叶栅前半段的降压段增长、顺压梯度增加,附面层变薄,降低了叶片的叶型损失;改型后的动叶外端壁二次流损失显著下降,而且提高了冲角的适应性;正、负冲角仅影响叶片前缘吸力面或压力面的静压分布,在任一马赫数下,冲角的绝对值的增加都引起叶栅损失的增加。     

汽轮机低压通流区鼓风态流场数值分析

为了研究低压缸进汽流量变化对某汽轮机低压通流区域流动鼓风特性的影响,建立了低压末级通流区域全5级流动分析数值计算模型,并应用SST湍流模型对三维RANS方程组进行了求解。数值计算结果表明:当低压缸进汽流量降低至8.9%THA进汽流量时,末级会出现较为明显的鼓风态流动现象。随着流量的减小,鼓风现象愈加明显。鼓风温度最高的区域位于末级静叶与动叶之间。研究成果可为低负荷工况下汽轮机设计及运行提供参考。     

汽轮机低压缸末级长叶片非定常气动特性分析

以某型号汽轮机的低压缸末两级叶片作为研究对象,采用非线性谐函数方法对其进行非定常气动特性分析,得出叶片表面的非定常载荷分布.结果表明:该方法能很好地捕捉到非定常流动现象,其中末级静叶扩压段存在较为强烈的非定常流动,叶片顶部区域未发现明显的非定常流动,计算结果可以用于末级长叶片的动响应分析.     

末级长叶片几何参数对汽轮机流场气动特性的影响

简要介绍了标准的准三维流动方法以及在汽轮机低压缸通流设计中的典型应用实例,探讨了末级长叶片的叶高、动静叶片喉节比、静叶扭曲规律、静叶倾角、动静叶轴向间距等几何参数对热力气动特性的影响,计算结果可作为低压缸通流部分优化设计的参考.     

高转速工业汽轮机低压级组长扭叶片气动设计与分析

为了提高工业汽轮机效率,实现节能减排和降低加工制造成本,对高转速工业汽轮机低压级组进行气动设计,并对其进行三维气动分析。完成了低压级组的一维设计、二维气动设计和叶型设计:动叶转速为6600r/min,进口总压为200kPa、进口总焓为2684.2kJ/kg、背压为7kPa下的流量为51.2t/h,总总效率为92.4%,总静效率为88.6%,达到设计要求。末级动叶的径高比为2.68,降低了转子的尺寸。三维流场分析显示:低压级组载荷分布均匀,级间匹配合理,气动性能良好;气动参数沿叶高分布均匀,叶片沿叶高具有良好的攻角特性。     

665毫米末级叶片在小容积流量工况下的试验研究

一、前言现代汽轮机单机功率越大,末级叶片就越长。末级的功率占整台机组功率7～9％左右。因此,保证汽轮机低压末级长叶片在设计工况特别是在变工况下的安全经济运行,是发展大功率供热、调峰、空冷机组的关键技术问题在深度变工况下,末级喷嘴与动叶之间的轴向间隙顶部产生旋涡,动叶出口根部产生脱流和倒流,排汽部分过热,使末级效率显著降低,动应力水平增高,发生失速颤振和动叶根部出汽边水蚀,造成叶片断裂事故。为了保障末级叶片的工作可靠性,应从     

空冷50MW机组低压缸变工况三维流场数值分析

介绍了采用Numeca的Fine／Turbo软件对某空冷50MW机组低压缸末三级进行了变工况三维粘性数值模拟，重点分析了不同背压条件对机组低压缸性能的影响。详细分析各工况下的三维流场信息，结果显示背压变化对末级的影响比较大，在高背压、小容积流量工况下，在末级动叶中部出现较大的分离区。通过分析研究低压缸全工况三维流场，可深入了解透平内部流动机理，有助于进一步优化空冷机组设计。     

汽轮机低压缸变工况特性的数值研究

采用数值计算的方法,基于k-e两方程湍流模型的雷诺时均NS方程求解得到汽轮机低压缸通流部分的流场,通过比较不同背压工况下的流动特点,分析低压缸的变工况特性,着重研究高背压相对小容积流量时末级叶片的流场,为下一步叶片颤振分析给出流动数据.     

汽轮机低压缸末级非定常流动的数值模拟

采用商用化计算流体软件CFX对某汽轮机低压缸末三级和排汽缸的耦合流道进行数值模拟,获得不同质量流量下的内部流动数据。在25%设计流量下,叶片受到两种形式的气动激励。通过非定常的数值模拟,验证了整圈定常计算对非定常汽流力的预测能力以及气动激励的存在形式。     

低压缸进汽蜗壳气动性能试验研究

为了研究汽轮机低压缸进汽蜗壳气动性能,将某机组低压进汽蜗壳进行吹风实验研究。分析发现周向速度在三维速度矢量中占据主导,带导流结构出口速度更均匀,不带导流气流角更均匀,进汽蜗壳的流动损失随流量增加而上升,横置导叶全周进口流场不均匀,且随着流量的增大而增强。