弹珠对汽轮机效率及叶片断裂、水蚀的影响

通过对一台抽汽凝汽式汽轮机组叶片水蚀状况进行分析,提出导致叶片断裂和水蚀的主要原因是由弹珠所引起的“弹珠阻止转子旋转的制动力”,它会直接影响汽轮机效率．阐述了由“弹珠”所形成的二次水滴与叶片出汽边处的“水膜”被高速汽流撕裂和破碎所形成的二次水滴的区别．指出利用一定的科学技术手段,改变隔板的结构形式可以有效地减少弹珠的生成数量,减小损耗,减小和抑制“弹珠阻止转子旋转的制动力”,从而达到提高机组效率、延长叶片使用寿命的目的．     

试验汽轮机内湿蒸汽测量研究

汽轮机内部的湿蒸汽会对机组的运行效率、动叶片水蚀及机组运行寿命产生重要影响。介绍了国内外对于汽轮机湿蒸汽研究的概况,使用基于多波长消光法与光阻法测量原理结合的湿蒸汽测量集成探针系统,对某汽轮机末级湿蒸汽1次、2次水滴进行了实测研究,介绍了1次水滴与2次水滴的测量方法及数据处理过程,给出了包括1次水滴湿度与2次水滴数目及粒度分布的计算结果。结果表明,沿着叶高1次水滴湿度与2次水滴粒度渐增,而经过运用除湿措施的末级后2次水滴平均粒径减小、粒度分布变窄。     

叶片表面超亲水和超疏水特性对二次水滴形成影响的研究

为了探索减轻汽轮机低压叶片水蚀破坏的新措施,从二次水滴的形成机理出发,提出叶片表面进行超亲水和超疏水处理,搭建了水滴形成试验台,模拟汽轮机内叶片表面水膜在超亲水和超疏水表面破碎形成水滴的过程,采用单帧单曝光图像法测量了水滴粒径和速度,得到了试样模拟叶片表面亲疏水性能对二次水滴粒径和速度的影响规律.结果表明:与普通试样模拟叶片和超疏水处理的试样模拟叶片相比,超亲水处理试样模拟叶片所形成水滴的尺寸较小,较小水滴易被主汽流携带加速,可以减轻水蚀破坏;通过对静叶片表面进行超亲水处理有可能减轻叶片水蚀.     

弯叶片对二次水滴运动特性及水蚀的影响

为探索减轻工业汽轮机末级叶片水蚀的主动控制措施,从气液两相流动的运动特性出发,研究了水滴在级环境下的运动特性与二次水滴侵蚀问题.通过比较静叶不同弯曲设计对二次水滴的影响,得到了弯叶片影响静叶表面水滴运动特性的机理,提出以弯叶片控制二次水滴撞击范围与强度的方法.结果表明:静叶反弯能够减小二次水滴在叶展中部的速度,这一作用对二次水滴在静叶表面的运动也适用;静叶反弯能够增大二次水滴在叶片两端的速度,有利于二次水滴顺利通过动叶栅通道,减少二次水滴对动叶的撞击;静叶反弯通过改变二次水滴速度分布,大幅降低了动叶顶部吸力侧的水蚀程度,静叶反弯25°可使动叶高侵蚀率区域面积减小90%以上.     

二次水滴可视化探针的设计

在汽轮机静叶尾迹区形成的二次水滴对动叶的连续撞击是造成动叶水蚀破坏的直接原因,本文设计了基于CCD和硬管内窥镜系统的二次水滴可视化探针,并进行了一些静态标定实验。标定实验结果说明所设计的可视化探针有足够的分辨率,测量结果正确,符合测量误差要求,可以用于汽轮机内二次水滴的测量。     

透平静叶栅中间叶高处水滴尺寸测量及临界韦伯数分析

通过测量获得了多种工况下试验透平叶栅进出口平均叶高处可能带来水蚀危害的水滴的尺寸,揭示并分析了静叶栅后水滴尺寸比叶栅前大大减小且水滴平均直径随气流流速增大而减小的原因。结合试验测试数据和对叶栅尾迹区气相流场的数值模拟结果,更精确地推算出了静叶尾迹区粗大水滴形成二次雾化的临界韦伯数范围,建议取为20。提供了一个推导临界韦伯数的详细示例。由于试验条件更接近实际汽轮机,所得汽轮机湿蒸汽级内的水滴尺寸及分析获得的临界韦伯数更加确切和可靠。这些都有助于更准确地预测叶片的水蚀和选择合理的防水蚀措施。图7参6     

缝隙抽吸对二次水滴直径及直径分布影响的试验研究

在空气-水膜两相流动试验装置上，利用Malvem粒度分析仪对空心静叶缝隙抽吸和无抽吸条件下的静叶尾迹区二次水滴直径及直径分布进行了测量和分析。结果表明：缝隙抽吸可以有效地去除静叶表面上的流动液膜，大大减小了静叶尾迹区由于撕裂和二次雾化所形成的二次水滴直径；且水滴直径分布的范围较窄，有利于减轻或防止动叶的水蚀。     

汽轮机内湿蒸汽两相流流场的实验研究

凝汽工汽轮机末几级往往工作于湿蒸汽区，工作条件恶劣。作者研究了能同时测量汽液两相流动状况的集成化探针，并成功地在电厂进行了实测。实验结果表明：汽轮机中湿蒸汽的流动特性沿叶高是不均匀的，湿蒸汽中二次水滴的流动速度和方向与主汽流都有很大差别。讨论了湿蒸汽流场的测量方法并对部分实验结果进行了分析。     

采用不同抗水蚀工艺的叶片试件疲劳试验

125MW、300MW机组在运行时,低压末叶片处于湿度较大的工作环境,湿蒸汽水滴不断冲刷园周速度较高的末级动叶,日积月累,致使其叶顶的进汽侧产生严重水蚀,这将影响到机组的经济性和安全性。过去我厂采用镀硬铬的办法来提高长叶片易水蚀部位的耐磨性,以图延长被冲刷腐蚀的时间,     

基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法的汽轮机湿蒸汽测量实验研究

为了揭示汽轮机内湿蒸汽两相流动机理,提出了基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法(SFSEI)的湿蒸汽测量探针系统,并采用2 100nm和960nm聚苯乙烯标准颗粒以及粒径范围为50~400μm的标准圆图像标定板对探针系统测量准确性进行了实验验证.利用该探针对某330 MW汽轮机在277 MW定压运行时末级后湿蒸汽进行了测量.结果表明:沿叶高方向,一次水滴的粒径分布在0.7~0.9μm,湿度在6%~9%,二次水滴的最大速度可达225.7m/s,最大粒径约200μm,并且二次水滴的速度、粒径和运动方向角随叶高变化不同;该探针系统可实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,为湿蒸汽研究提供依据.     

汽油单液滴撞击不同壁面试验研究

为明确汽油单液滴撞壁特性,设计了单液滴撞壁系统,分析了汽油液滴撞壁现象及不同壁面对汽油液滴撞壁结果转捩的影响。研究表明:汽油液滴撞击干壁面时在壁面粘附铺展成一层附壁油膜,附壁油膜促使液滴再次撞壁时发生皇冠射流飞溅现象。附壁油膜越薄,飞溅越剧烈,飞溅持续时间越短。相比硅油膜动力黏度,硅油膜厚度对汽油液滴撞壁后形态演变过程影响更大。汽油液滴撞击硅油膜会稀释硅油膜,稀释前后射流分别为碗状射流、皇冠状射流。随着稀释程度增加,皇冠状射流的二次液滴数量增加,二次液滴中含有壁面硅油组分。无量纲时间τ1时,Rioboo模型能较好地预测铺展因子变化规律,但若超过此时间则Rioboo模型预测不准。     

大型汽轮机组末级动叶出汽边水蚀的研究与分析

大型机组的末级动叶除了进汽边有严重的水蚀外,出汽边也有不同程度的水蚀现象。这种现象在参加调峰的大型机组和热电联产的凝汽式机组的末级叶片上表现得更为突出。根据对电厂的调查情况,分析了大型机组末级动叶出汽边水蚀的原因,探讨了末级动叶出汽边水蚀与运行工况及级的几何参数的关系,最后提出了一些预防和减少大型机组末级动叶出汽边水蚀的措施。     

An experimental investigation of the breakup characteristics of secondary atomization of emulsified fuel droplet

In this study, the breakup characteristics of secondary atomization of an emulsified fuel droplet were investigated with a single droplet experiment. In the single droplet experiment, the emulsified fuel droplet suspended from a fine wire was inserted into an electric furnace, and then secondary atomization behavior was observed using a high-speed video camera. Moreover, a mathematical model to calculate the generated water vapor at micro-explosion was proposed by using the mass and energy conservation equations under some assumptions. In the proposed model, that can be calculated by using the inner droplet temperature history at micro-explosion. As a result, puffing and micro-explosion occurred even when the fine ceramics fiber was used. The proposed model showed that about 50–70 wt% of water in the emulsified fuel changed to water vapor instantaneously at the occurrence of micro-explosion. The mass of water necessary for micro-explosion was shown. The breakup time was closely related to the superheat temperature just before the occurrence of micro-explosion.     

水雾粒径及初速度对壁面材料火灾灭火效果的影响

从理论上分析了雾滴粒径与初速度对水平运动的影响,得到了不同粒径与初速度时的雾滴在水平方向上能达到的极限距离,分析了雾滴在水平穿越火焰区时蒸发量与火焰厚度以及雾滴速度之间的关系.从理论上分析了水雾水平作用于火焰与垂直作用于火焰的区别,提出了当水雾抑制竖直壁面火蔓延时,其灭火机理以表面相灭火为主,采用较小的雾滴粒径并不能达到更好的灭火效果.在标准燃烧室内开展了全尺寸实验,对理论分析结果进行了验证.     

某除湿级动叶两相流数值模拟

核电汽轮机的大多数级工作在湿蒸汽区,湿蒸汽引起的侵蚀主要有长期低负荷运行引起的静叶出气边根部水蚀以及在动叶进气边顶部的水蚀。如何有效提高动叶除湿能力,降低进气边顶部侵蚀是汽轮机研究的重要课题。基于CFD软件平台,选择k-ε湍流模型和离散相模型研究5μm、20μm、50μm、100μm、150μm、200μm直径的水滴在某除湿级动叶流道中的运动情况,获得动叶内部流动特性以及对水滴的捕捉能力,为除湿级动叶研究和设计提供一些技术建议。     

Leading edge erosion of coated wind turbine blades: Review of coating life models

Erosion of the leading edge of wind turbine blades by droplet impingement wear, reduces blade aerodynamic efficiency and power output. Eventually, it compromises the integrity of blade surfaces. Elastomeric coatings are currently used for erosion resistance, yet the life of such coatings cannot be predicted accurately. This review paper gives an overview of experimentally validated erosion model blocks that can be used to predict the life of the leading edge of coated wind turbine blades. From the reviewed work it is concluded that surface fatigue, as nucleating wear mechanism for erosion damage, can explain erosive wear and failure of the coatings. An engineering approach to surface fatigue, using the Palmgren–Miner rule for cumulative damage, allows for the construction of a rain erosion incubation period equation. Coating life was described as a function of the rain intensity, the droplet diameter, the fatigue properties of the coating and the severity of the conditions. It is recommended to focus coating development on reduction of the impact pressure, e.g. by developing surfaces with a low modulus of elasticity; or on enlarging the safe area by: developing coatings with adjustable compressive stresses and hardness, or coatings without defects and impurities.