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。     

汽轮机低压级叶片技术研究进展

阐述美国西屋电气公司近年来提出的汽轮机低压叶片的４项技术研究成果。即效率最佳的低压末级叶栅设计设计；调整低压末级叶片角度；优化汽轮机热力学性能的技术；汽轮机低压级动叶片的改进技术与新颖的低压汽轮机自由叶片设计技术。可启发我们开拓思路，深入进行应用研究。     

小容积流量下汽轮机末级流场涡流特性研究

随着火电机组灵活性深入,汽轮机组深度调峰成为研究重点。汽轮机组深度调峰将使末级叶片长时间工作在小容积流量工况下,对末级叶片的运行安全有重要的影响。应用计算流体动力学软件CFX计算末级流场,应用速度三角形理论算法进行验证,分析了小容积流量工况下汽轮机末级流场的涡流特性。结果表明:20%设计工况下(0.20DCF),末级达到鼓风工况。鼓风工况下,末级通道存在由分离涡、回流涡、动静间隙涡组成的涡系。分离涡位于动叶压力面,回流涡位于动叶吸力面尾缘根部,动静间隙涡位于动叶和静叶顶部间隙处。随流量减小,涡流区域均增大。小容积流量工况下动叶出口和静叶出口先后产生逆压区,逆压区是回流涡和动静间隙涡形成的根本原因。负冲角是分离涡形成的根本原因,而在叶片顶部,由于大的扭转角,流动分离减弱。     

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.     

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。     

叶片切向倾斜对大功率汽轮机低压级组小容积流量下沿叶高脱流特性的影响

本文分析了末级静叶前倾，后倾及弯曲对大功率汽轮机低压级组小容积流量下脱流特性的影响。分析了２００ＭＷ空冷汽轮机的低压级组的气动特性，数值实验表明，叶片的倾斜对末级脱流的相对高度有较大的影响。     

火电机组汽轮机末级叶片的选择

指出了由于额定背压选择不当,目前国内多数配备闭式循环水系统的超临界汽轮机,末级叶片过长.本文给出了合理选择额定背压和末级叶片的方法,并提出,为了获得最佳运行效益,需要考虑将设计重点放在75%左右的负荷段;对于双背压汽轮机,两个低压缸可以选择不同长度的末级叶片.末级叶片优选的结果,既节能,也能增加机组的最大出力.     

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     

核电机组低负荷运行对汽轮机低压末级动叶水蚀的影响

介绍了汽轮机动叶水蚀的形成机理,分析了水蚀的影响因素和不同负荷下的水蚀侵蚀指数的变化趋势,实测了两台同类型核电汽轮机首个运行周期后低压末级动叶水蚀情况,经理论分析和实测证实,汽轮机低负荷运行将加速低压末级动叶的水蚀速率,且无法通过优化机组运行参数来降低低压末级动叶的水蚀速率。提出机组大修期间需加强对低压末级动叶水蚀情况的测量和评估。     

末级长叶片透平级气动性能的数值研究

采用数值求解RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和S-A湍流模型的方法研究了背压和进口流量对汽轮机低压缸末三级通流部分流场结构的影响,特别是对末级长叶片透平级气动性能的影响特性。结果表明:背压升高和进口流量降低导致末三级总总等熵效率降低;随着背压升高和进口流量降低,进口汽流角(攻角)增大,叶栅通道内出现涡流,出口汽流角增大,使得余速损失先减小后增大。在高背压和小质量流量工况下,动叶出口扩压段出现回流区,动静间隙顶部出现环形涡流。指出了末级出口相对容积流量可以作为判定背压和流量变化引起末级长叶片和低压缸通流变工况特性变化的气动参数。     

空冷汽轮机低压排汽面积选择和变工况特性分析

根据我国西北某地区的典型环境温度对600MW直接空冷机组的低压末叶片进行优化,得到合理的低压排汽面积,同时根据末级叶片的设计特点对其变工况特性进行分析,从而对620mm末叶片的变工况性能有一定了解。分析结果表明,设计背压为15kPa.a时,末叶片采用620mm比较合适;采用专用强化叶型、控制反动度、控制攻角等方法的620mm末叶片可以有效保证空冷机组变工况安全高效运行。     

运用现代CAE工具开发大容量汽轮机的关键部件——末级长叶片

末级长叶片是汽轮机机组的关键部件之一.汽轮机的效率和末级叶片的排汽面积(叶片高度)息息相关.近年来伴随着高参数汽轮机以及半转速大容量汽轮机在国内的推广应用,一系列长度为1 000 mm以上的全速长叶片以及1 600 mm至1 900mm等级的半速长叶片的开发都被提上了议事日程,其中1 710 mm叶片是一个已经实际开发成功的产品.以其为例对长叶片开发所涉及的方法,包括一些针对长叶片的新思路,进行阐述,重点对采用现代CAE工具开发长叶片的过程进行了论述.通过比较不同方法得到的计算结果以及试验结果,证明当前将商业CAE程序应用到长叶片的工程研发领域,可以同时满足精度和效率的要求.     

大型汽轮机低压排汽缸气动分析研究

低压排汽缸的气动性能影响汽轮机组的功率和效率。文章对单独排汽缸和汽轮机低压末级整圈与排汽缸耦合进行了数值分析对比,发现汽轮机末级动叶出口流场的不均匀性和强烈的预旋影响低压排汽缸的气动性能。高性能的低压排汽缸设计应该考虑末级与低压排汽缸流场之间的相互作用。     

空冷汽轮机低压末级变工况设计

采用CFD技术对空冷汽轮机低压末级进行全三维变工况设计，掌握了空冷机组末级动叶的变工况运行时的流动情况，对因高背压产生压力面流动分离进而引发颤振的机理有了一定了解。分析结果表明，采用专用强化叶型、控制反动度、控制攻角等方法可以有效保证空冷机组变工况安全高效运行。     

Control of LP Turbine Rotor Blade Underloading Using Stator Blade Compound Lean at Root

IntroductionLP turbines operate over some range of flow regimeson both sides of the nominal operating conditions. Acharacteristic feature of LP tUrbines are strong radial gradients of pressure, Mach number and flow angle, especially downstream of the stator, Where these gradientsdetechne inlet now conditions for the moving bladerow. The changing swirl velocity and swirl angle spanwise require considerable twist of the rotor blades. Forlow loads, low pressures at the inlet to the rotor at th…     

1200mm末级超长叶片全三维工程设计的数值研究

采用汽轮机全三维粘性流场计算程序,通过优化匹配静、动叶和合理选择流道内的各项气动参数,成功地完成了全速机组超长1200mm末级叶片的工程设计。对设计结果的数值验证表明,后加载的弯扭静叶片使得流道内的流动均匀加速,从而减小叶型与二次流损失,并为动叶提供优化设计方案。在动叶下半部分采用后部加载叶型,在上半部分采用专门设计的超音速叶型,可降低激波及激波与边界层相互作用损失。     

多级轴流压气机模化设计中尺寸缩放对气动性能影响的数值研究

为了研究几何尺寸模化缩放及叶尖间隙对多级轴流压气机气动性能及内部流动的影响,采用Numeca程序对17级轴流压气机开展了数值计算。结果表明：在80%及100%等高转速条件下压气机效率随着模化比例增大而增大,而在50%转速下模化缩放对压气机效率的影响较小。相对于原型压气机,模化放大时,压气机前8级单级压比均有所降低,而后8级压比均提高;模化缩小时,压气机的变化规律则相反。随着压气机几何尺寸的增大,静叶叶根和叶尖区域的总压恢复系数显著提高。同时,叶片叶尖泄漏流区域的熵增减少,从而使各级效率均有所提升。缩放模化中,随着叶尖间隙的增大,泄漏流增多,恶化了动叶叶尖附近的流动分离,降低了动叶后50%弦长区域的相对马赫数,同时扩大了静叶上端壁的流动分离,使压气机效率降低。     

300MW汽轮机低压转子叶片动频试验

介绍了用无线电遥测技术对300MW等级汽轮机低压转子末级自由叶片和整圈连接叶片两种型式叶片进行的动频测试试验测试系统和测试方法。此外,根据调频叶片和整圈连接叶片避免共振的安全条件对试验结果进行了分析。动频测试时振动信号良好表明,该无线电遥测系统测试技术是成熟和有效的。     

Effects of nozzle-strut integrated design concepton on the subsonic turbine stage flowfield

In order to shorten aero-engine axial length,substituting the traditional long chord thick strut design accompanied with the traditional low pressure（LP） stage nozzle,LP turbine is integrated with intermediate turbine duct（ITD）.In the current paper,five vanes of the first stage LP turbine nozzle is replaced with loaded struts for supporting the engine shaft,and providing oil pipes circumferentially which fulfilled the areo-engine structure requirement.However,their bulky geometric size represents a more effective obstacle to flow from high pressure（HP） turbine rotor.These five struts give obvious influence for not only the LP turbine nozzle but also the flowfield within the ITD,and hence cause higher loss.Numerical investigation has been undertaken to observe the influence of the Nozzle-Strut integrated design concept on the flowfield within the ITD and the nearby nozzle blades.According to the computational results,three main conclusions are finally obtained.Firstly,a noticeable low speed area is formed near the strut＇s leading edge,which is no doubt caused by the potential flow effects.Secondly,more severe radial migration of boundary layer flow adjacent to the strut＇s pressure side have been found near the nozzle＇s trailing edge.Such boundary layer migration is obvious,especially close to the shroud domain.Meanwhile,radial pressure gradient aggravates this phenomenon.Thirdly,velocity distribution along the strut＇s pressure side on nozzle＇s suction surface differs,which means loading variation of the nozzle.And it will no doubt cause nonuniform flowfield faced by the downstream rotor blade.     

The concept of a smart wind turbine system

A smart wind turbine concept with variable length blades and an innovative hybrid mechanical-electrical power conversion system was analyzed. The variable length blade concept uses the idea of extending the turbine blades when wind speeds fall below rated level, hence increasing the swept area, and thus maintaining a relatively high power output. It is shown for a typical site, that the annual energy output of such a wind turbine that could double its blade length, could be twice that of a corresponding turbine with fixed length blades. From a cost analysis, it is shown that the concept would be feasible if the cost of the rotor could be kept less than 4.3 times the cost of a standard rotor with fixed length blades. Given the variable length blade turbine system exhibits a more-or-less linear maximum power curve, as opposed to a non-linear curve for the standard turbine, an innovative hybrid mechanical-electrical power conversion system was proposed and tested proving the feasibility of the concept.