汽轮机叶片动应力计算及其优化

分析了汽轮机叶片激振力载荷谱,研究了叶片振动模态对激振力的响应特性－模态力,给出了汽轮机叶片动应力的计算方法。建立了叶征振动频率和激振力优化数学模型,探讨了动应力优化的途径。给出了６８０ｍｍ叶片的算例。     

汽轮机进汽方式对调节级叶顶间隙蒸汽激振力影响的研究

该文从分析动叶片轮周力角度出发，研究了汽轮机调节级内汽流周向分布不均匀及进汽方式等因素对叶顶间隙汽流激振力的影响，建立了叶顶激振力模型。新模型考虑了汽流激振力静态/动态以及直接/交叉刚度系数的影响。以某型300MW机组为例进行了计算分析。结果表明：进汽方式对汽流激振力影响较大。在一定范围内汽流力随偏心量的改变而线性改变。不同工况下汽流力的大小和方向会发生改变，直接影响轴承载荷。对动态汽流力的研究表明，汽流激振不仅产生交叉刚度项，还会产生直接刚度项，两者都很重要。良好的设计和运行方式能减小汽流激振力，有利于机组的安全运行。     

超临界600MW汽轮机调节级叶片激振力特性和振动安全性分析

采用分析静叶尾迹、存在制造偏差的静叶流道及部分进汽等因素的激振力模型和计算方法,定量获得了ＡＢＢ超临界６００ＭＷ汽轮机调节级叶片的激振力特性;指出该叶片第３节径振动与第４６阶谐波激振在运行中发生较大的共振响应是叶片断裂损坏的主要原因。     

透平级三维粘性非定常流动及气流激振力研究

非定常性是透平机械内部流动的固有特性。非定常流动不仅对透平机械的气动性能具有一定的影响,还会产生导致动叶片振动疲劳的气流激振力,所以对于透平级的非定常流动分析十分必要。文中基于CFX软件,采用RNG k-e 湍流模型、双时间步法、滑移界面法以及结构化网格建立了一级半透平级(静叶/动叶/静叶)三维非定常粘性流场的数值模型及计算方法;在此基础上详细分析了流场特性随时间的变化,发现时均非定常等熵效率小于相应的定常等熵效率;同时获得了作用于动叶上随时间变化的气流力以及气流激振力因子,该因子数值与汽轮机设计人员广泛采用的由实践而来的数据吻合良好。文中研究结果有利于分析非定常流动对透平机械气动性能影响的机理,并且为叶片的振动响应以及疲劳寿命分析提供必要的参数。     

汽轮机热力性能的概率设计法

提出汽轮机热力性能的概率设计法。该方法以现有的汽轮机热力性能计算公式和方法为基础,考虑了设计量离散性的影响,使用概率论和统计学来分析制造工艺的离散性对额定参数下运行的汽轮机装置的电功率和热耗的影响。还介绍了汽轮机热力设计计算量离散性的产生原因和势和设计计算量的分布参数的确定方法。给出了汽轮机直叶片级和扭叶片级内功率的均值和标准差的计算公式以及汽机装置的电功率怕概率计算分析的方法和应用实例。     

大型透平汽流激励特性研究

针对某大型透平的通流部分,通过数值方法计算了额定工况和20%负荷工况下密封系统的汽流激振力,在非定常计算结果的基础上研究了静叶和动叶的汽流激振力,同时也分析了动静叶不同轴向间距对通流部分非定常气流激振特性影响。结果表明:密封结构的汽流激振力很小;叶片受非定常汽流力的幅值也较小;非定常汽流激振力的波动周期不受动静叶轴向间距的影响,但动静轴向间距对非定常汽流激振力具有显著影响。     

汽轮机叶片激振力的优化

存在制造偏差的静叶流道是影响叶片激振力的主要因素之一。本文提出了通过调整静叶流道喉宽、节距等几何参数对谐波激振力进行优化的原理和方法。对实际问题的计算结果表明，对所关心的谐波激振力，仅需调整部分静叶流道的喉宽，即可使激振力降为优化前的７％～１５％，则叶片的动应力也得到同样数额的降低从而大大提高了叶片的疲劳寿命。采用本方法优化和降低激振力对制造厂和电厂都是值得推荐的。     

考虑水力和电磁激励的水电机组轴系统的扭转振动分析

推导了水轮发电机组的电磁力矩和电磁刚度的表达式,建立了考虑转子支臂刚度并在水力转矩和电磁力矩耦合作用下的轴系统机电耦联扭振模型。研究了轴系统扭振特性随转子转动惯量、支臂刚度、转轮水体附加质量的变化规律。分析了不同频率的水力激励对转子扭振响应的影响规律,得出了轴系最大扭矩内力、扭振角和电磁力矩的频响曲线。研究水力激励频率等于零频和一阶频率时的机电耦联共振特性,给出了激磁电流和内功率角对扭振的影响,揭示了机电耦联振动规律,为水电机组的设计与安全稳定运行提供理论依据。     

汽轮机低频振动问题的分析

拍振是由两个及两个以上的振源所合成的振动。黄桷庄电厂两台２００ＭＷ汽轮机拍振的产生是由于运行参数变化而产生的与工频激振力频率不一致,但相近的额外激振力,并与原已存在的激振力叠加而引起的。在运行中加强调整是可以克服额外激振力并进而消除拍振的。     

某电厂汽轮机低压缸零出力供热工况低压末级叶片动强度分析

汽轮机低压缸零出力供热工况下,低压缸的进汽流量急剧减小,会导致低压末级叶片运行工况严重偏离设计值而影响其安全性。本文采用有限元方法,建立了某电厂300 MW汽轮机低压末级叶片在汽流激振力下的振动方程,采用直接积分方法分别计算了叶片在设计工况和低压缸零出力供热工况下的动应力。结果表明:设计工况下叶片的最大动应力为5.973 MPa,位于叶顶区域;低压缸零出力供热工况下叶片的最大动应力为1.119 MPa,位于凸肩区域,该最大动应力小于设计工况,说明低压缸零出力供热工况下叶片的动强度满足制造厂设计要求。     

电机用轴流式风扇分析与计算

具体的详述了浆叶的物理概念，分析了叶片产生的两个力即上升力和侧阻力与攻击角的物理关系，通过旋转叶片的出风口和进风口处的气流速度分析，计算两种力和力矩关系，估算出风扇的效率和消耗的功率。根据计算出的叶片宽度，画出螺浆式风扇叶片的截面形状。     

1000 MW汽轮机汽流激振的故障分析及处理

针对东汽1 000 MW汽轮机在现场屡屡出现的高压转子汽流激振故障,进行振动的特征及机理分析,指出汽流激振力主要来源于密封激振力、叶顶间隙激振力和静态汽流力,并据此提出改变汽封迸汽的预旋方向、提高轴承稳定性裕度和调整高压调阀开启顺序等措施,消除或减缓高压转子的汽流激振,同时给出了相应的工程实例,为类似振动故障的处理提供参考.     

叶片安放角分布规律对液力透平性能影响研究

液力透平被广泛应用于高余压流体的能量回收。叶片安放角从叶片进口到出口的分布规律是关键部件叶轮设计的重要参数,具有不确定性和多样性。为研究叶片安放角分布规律对液力透平性能的影响,本文总结得到线性、下凹、上凸和3种形式多段线,共6种不同形式的叶片安放角分布规律。通过数值模拟和对比分析发现,6种方案的水头-流量曲线基本相同,下凹方案得到的液力透平整体效率较高,高效区较宽。不同方案对叶轮进口速度环量的影响较小。相比其他方案,下凹方案得到的叶轮的水力损失最小,叶轮流道内漩涡较小且分布不均匀,流场好于其他方案,叶片表面压力较大,从叶片进口到出口压力降低较为均匀,压力梯度较小,整体性能较好。     

30°斜式进水流道数模分析与泵装置特性试验研究

利用三维湍流数值模拟对某30°斜轴进水流道水力特性进行了分析,研究了设计流量工况下流道的内部流场、不同横断面和纵剖面速度等值线、出口断面速度均匀度和速度加权平均角以及流道水力损失。研究结果表明,斜式进水流道水流处于均匀渐缩,内部流态良好,无漩涡或脱流,出口断面流速分布均匀度Vu=98.2%,速度加权平均角度θ=88.42°,流道水力损失Δh=5.9cm,流道型线合理。试验研究了30°斜轴模型泵装置能量特性、空化特性和飞逸特性,得到5个叶片角度下模型和原型泵装置能量特性曲线、3个不同叶片角度下空化特性及叶片角-2°下的单位飞逸转速和单位飞逸流量。试验结果表明,模型泵装置最高效率随叶片角度减小而增大,叶片角-4°时的最高效率可达83%,较大范围运行工况下的空化性能优良,飞逸转速安全。研究结果对低扬程泵站水力优化设计具有重要的参考价值。     

混流式水轮机转轮非设计工况特性分析

本文利用计算流体力学(CFD)手段,对一个混流式水轮机模型转轮叶片在非设计工况下的特性进行了分析.在三维湍流数值模拟计算的基础上,研究了叶片上不同部位随着工况不同而产生特性参数的变化情况,考察了不同来流角度和叶片进口角度、叶片几何形状之间的关系对其性能的影响.计算结果和试验结果的对比,说明了CFD计算过程和结果是比较准确可靠的,从而可以深入分析变工况下流动参数和叶片几何形状之间的耦合关系及其对转轮特性的影响.     

混流式水轮机转轮设计方法改进

在混流式水轮机转轮设计时,其轴面流动一般按一元或二元假设计算,沿转轮进、出口边的环量分布按等值考虑,实测结果表明其轴面速度介于一元二元假设之间。转轮进、出口的环量分布不为常数,下环处大,上冠处小,文章建议采用介于一元二元之间的轴面流动计算方法,并介绍了数学模型,并建议在转轮出、出口按不等环量分布,经实际使用,这种改进取得了较满意的效果。     

机组轴系扭振模型的参数校核与修正

在进行汽轮发电机组轴系扭转振动的在线监测时,一般所采用的轴系模型是在常温下用有限元方法建立的,由于计算方法和实际运行时温度变化等原因,模型存在着一定的误差,需要根据实际运行情况实时加以修正。文中讨论了利用参数辨识的方法,根据实测部分扭角和激振力数据,反推出模型参数,对模型参数进行适当的校核和修正。     

N300 MW机组叶片静频率超标的分析探讨

汽轮机运行时,叶片不断地受到脉动汽流的作用,使叶片产生振动。当激振力的频率等于叶片自振频率时便产生振动,叶片可能产生疲劳损伤。叶片损坏的原因多数是由于叶片振动引起的,末三级叶片振动特性是否良好对机组安全运行有着重要影响。文章针对300 MW机组末三级叶片静频率测试中出现的超标问题进行了论述,分析和探讨了存在的问题、原因及对机组安全性影响,提出了解决问题的途径和办法。     

汽轮机阻尼围带长叶片振动特性研究

为了获得阻尼围带叶片的振动特性,提高汽轮机阻尼叶片的设计水平,采用扭曲梁单元模型,推导了阻尼围带的刚度和阻尼矩阵,建立了阻尼围带长叶片振动分析模型,并且在分析阻尼围带叶片整圈节径振动时采用了波传递方法进行降阶,以提高计算效率.360mm阻尼围带叶片的分析结果与实验数据吻合良好.然后再详细分析了某阻尼围带末级长叶片的振动特性,获得了叶片的扭转恢复角、静频和动频以及节径振动的坎贝尔图,其中静频和动频与三维模型计算结果对比表明了发展出来模型计算结果的合理性.文中建立的模型也可以推广应用于具有其它阻尼器叶片的动力分析,作为阻尼叶片优化设计的基础,为阻尼叶片设计提供实用工具.     

空气预热器积灰在线监测模型

提出了一个管式空气预热器积灰热阻的在线监测模型。该模型只利用进出口烟气温度、空气预热器管壁温度和烟气压降等易测参数来监测积灰情况。实验室实验结果表明,模型预测结果可信。