部分进汽下汽轮机不稳定振动及抑制方法

汽轮机组在部分进汽模式下运行时容易出现不稳定振动。以某台大型汽轮机组为例,应用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,建立调节级叶片不均衡汽流力计算模型,给出不同阀序下汽流力变化情况。不同进汽工况下不均衡汽流力大小和方向相差很大,汽流力作用到转子上后改变轴颈在轴承内的偏心率和偏位角,从而改变轴承动力特性。建立转子-轴承系统动力特性有限元模型,分析阀序切换过程中不平衡响应和稳定性变化情况,从剩余汽流力角度解释阀序切换过程中所出现的不稳定振动机理。实例说明,部分进汽状态下所出现的不稳定振动受调节级侧轴承所承受载荷的影响较大,轻载轴承特别容易出现不稳定振动。从轴承标高调整角度提出不稳定振动抑制方法。在瓦温不超标的前提下,应适当抬高调节级侧轴承标高。     

发电机短路工况下风电机组传动链动力响应特性研究

为了确保风力发电机组设计的安全性,针对某兆瓦级双馈风电机组,对发电机短路工况下风电机组传动链的动力响应特性进行了研究。首先,基于Simpack/ANSYS建立了传动链多体动力学分析模型;然后,以发电机短路工况下的电磁转矩为激励载荷,定量分析了传动链上各级转轴扭矩传递规律,进一步研究了刹车盘转动惯量、联轴器阻尼比等因素对传动链动力响应特性的影响;最后,为了验证上述计算结果的可靠性,采用GH bladed对相同机组模型、相同工况进行仿真,开展了仿真一致性验证。研究结果表明：发电机短路工况下,齿轮箱高速级输出轴、输入轴处的瞬时扭矩峰值衰减最为显著,两相短路工况下分别比上一级衰减74.7%、47.6%,三相短路工况下分别比上一级衰减70.7%、46.4%;传动链扭矩峰值相比电磁转矩有迟滞性;刹车盘转动惯量和联轴器阻尼比对高速级瞬时扭矩有显著影响,联轴器转动惯量偏大、联轴器阻尼比偏小会导致高速轴瞬时扭矩峰值过大。该研究结果作为发电机短路故障分析、传动链各级零部件安全性评估与设计时的参考。     

10MW工业汽轮机速关阀与调阀内流动和噪声计算分析

针对改进进汽段的设计、提高机组经济性、降低机组噪声的目的,用数值方法研究了10 MW给水泵汽轮机组速关阀和调阀系统的全开工况下的流动和噪声。求解了全三维N-S方程和k-ε湍流模型得到进汽系统内部的稳态流场,从流场的速度分布云图、湍动能分布云图和涡量分布云图出发,分析了压力损失产生的原因,将瞬态分析得到的流体边界压力随时间的脉动通过傅里叶变换,转换成频域下的声压值,得到进汽系统内各个壁面的二级子噪声源的分布云图,并分析了调阀喉部处各频率下的声压大小。研究结果表明,进汽系统内的总压损达6.06%,其中速关阀部分产生的压损为1.98%,调阀部分产生的压损为4.08%,调阀喉部及折弯处为气动噪声辐射的主要位置,噪声辐射能量最大的频率为30 Hz。     

部分进汽条件下汽轮机组振动情况的研究分析

针对部分进汽下汽轮机组的振动响应进行建模和仿真计算。首先根据部分进汽试验台建立汽轮机三维有限元模型,按照不同进汽度情况在动叶片上加载利用CFD软件模拟试验工况计算出来的激振力并进行了求解,对考察点加速度序列进行频谱分析,对不同工况下考察点的振动进行对比分析,为减弱实际机组的有害振动提出了预防措施。经过计算发现:机组振动强弱跟所受激振力不平衡程度相关,不平衡程度最高的两相邻通道进汽工况下,机组振动最强,不平衡程度最低的两对角通道进汽和全周进汽工况下,机组振动最弱,同时考察点位置选择对不同工况下机组振动强弱也存在影响。     

三弧段等距型面的几何要素及其加工

三弧段等距型面联接属于无键联接之一,按其结构可分为柱面联接和锥面联接(见图1)。柱面联接只能传递扭矩,锥面联接除传递扭矩外,还可承受轴向载荷。三弧段等距型面联接具有拆装方便,疲劳强度高,能自动定心和制造容易等优点。本文主要论述三弧段等距曲线的形成、几何要素和方程,指出了三弧段等距型面联接轴与孔的加工方法。     

叶片扩压器在小流量离心压缩机中的应用研究

应用流动分析软件Fine/Turbo对叶片扩压器在压缩机基本级环境条件下进行了数值研究.在设计工况和变工况下获得叶片扩压器内部详细的流动规律,并对有叶片扩压器和无叶扩压器的级进行了性能比较.计算结果对于小流量离心压缩机的基本级采用叶片扩压器比采用无叶扩压器能获得更大的静压恢复系数,并提高了小流量压缩机基本级的气动性能.     

截止阀导向阀瓣结构的改进

截止阀开启时 ,其阀瓣进口侧承受高速流动介质的冲击力 (图 1 )。对于以阀杆作为导向件的截止阀 ,冲击力过大时将造成阀杆弯曲、卡塞或增大操作扭矩。试验证明 ,冲击力将使阀瓣密封面与阀座密封面歪斜 ,密封副表面擦伤 ,影响阀门密封性能。图 1　截止阀阀瓣开启后承受的侧向冲击为了消除介质的冲击力 ,阀瓣应设计成既能在阀杆上转动 ,又能在流道中有效控制导向的结构 (图 2 )。此阀瓣带有防冲击的双导向环。下导向环能消除 90 %流向阀瓣进口侧的介质 ,因而有效的消除了阀瓣受侧向冲击而引起的不良后果。图 2　改进后的截止阀为确保阀体内导…     

电动闸阀卡涩后开阀力及应急开阀方案研究

为解决电动闸阀卡涩问题,以某核电厂电动闸阀为例,本文通过理论计算和有限元仿真分别研究了卡涩时所需的开阀阀杆拉力和执行机构扭矩,以及电动闸阀阀杆最大允许拉力。结果表明,电动闸阀卡涩情况下开阀所需执行机构的扭矩大于电动装置的设定扭矩。电动闸阀阀杆最大允许拉力为319392.5 N,在此开阀阀杆拉力值下所需的执行机构扭矩接近电动装置的额定扭矩。阀门卡涩时的开阀方案首选增大电动装置的设定扭矩,但不能超过2953.3 N·m。如电动装置失效,可使用专用的应急手动开阀工具进行辅助开阀。     

非均匀栅距对压缩机叶片非定常气动力影响的三维数值研究

对非均匀栅距叶片排的轴流压缩机进行了三维数值模拟研究,着重探讨了动静相干对压缩机动叶表面非定常气动力的影响。结果表明：不同非均匀栅柜分布结构组合构成的新型＂时序效应＂有助于降低动叶所受到的非定常激振力。此外,通过频谱分析发现,非均匀栅距结构将动叶在单一频率下的较大激振力分散到几个频率处,从而降低了单一频率下的激振力。     

偏心及部分进汽下密封间隙流体激振力数值研究

喷嘴配汽汽轮机在部分进汽时调节级附近会形成极不均匀的流场,不仅影响调节级动叶轮周力的分布,还会对临近密封间隙内的流场及流体对转子的作用力产生扰动。以某国产300MW汽轮机端部汽封间隙为参考,建立密封间隙CFD模型,求解三维、粘性、可压缩N-S方程,研究了不同进汽方式、偏心情况下流场特性及流体对转子作用力。结果表明:部分进汽的位置、转子的偏心距及两者的相对位置对汽流力的大小、方向和变化趋势产生了较大的影响。在某些部分进汽情况下,偏心距增大也会减小汽流力。     

某热电厂空冷200MW汽轮机改造

通过采用新型调节级静叶栅、高压静叶栅、叶顶汽封、710mm末级叶片对机组进行改造,电厂运行效果明显,汽耗和热耗均有不同程度地下降,在主蒸汽量不变条件下,出力得到了提高。背压适应范围扩大为4．5—34kPa,机组经济性达到国内同类型机组先进水平,可以保证夏季满发和机组的供热要求,全年安全运行。     

基于内流场分析的液力变矩器改型设计

为了提高液力变矩器的外特性,使其与发动机匹配良好,利用CFD软件对液力变矩器内流场进行三元流场数值计算和分析,在此基础上根据性能要求对原有变矩器作改型设计,改进了叶型进出口角、骨线形状和厚度分布等参数,以期得到分布合理的内流场,从而使改型后的变矩器具有符合要求的更优的外特性。改型后的液力变矩器具有更高的效率和与发动机匹配更优的泵轮容量系数,试验结果与计算结果非常吻合,改型设计效果良好。     

不均匀来流作用下汽轮机动叶片的动态特性分析——非定常欧拉解法

通过三维欧拉非定常流场与弹性叶片动态响应的迭代计算,研究汽轮机叶片—流场系统的稳定性及其动态特性。对某一蒸汽轮机动叶片排,有一定的流量范围内,根据各自工况下静叶出口的不均匀流场,求得动叶片—流场系统的动态特性,判别其运行的稳定性范围。     

基于遗传算法的轴流汽轮机级效率优化

提出一种基于遗传算法的轴流汽轮机级通流部分的优化设计方法。该方法以轴流汽轮机级效率为优化目标,利用遗传算法通过使汽轮机级在满足一系列约束条件下效率最大化来搜索最佳的通流部分几何参数和气流参数。级效率计算和约束条件分析由一个轴流汽轮机级设计工况计算程序得到。遗传算法中每个个体的适应度由级效率和由约束条件得到的罚函数项组成。该方法应用于某型机第一级通流部分的优化设计,优化结果显示,可求得具有最佳效率的通流部分几何形状和气流参数。     

Aerodynamic performance analysis of partial admission dual row control stage at different working conditions

Aerodynamic performance of partial admission dual row control stage at the rated and off-designed operating conditions was numerically investigated using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and k -ε turbulence model. The full scale computational model includes the four nozzle boxes, full first and second row rotor blade, as well as two admission guided vanes with consideration of the rotor tip clearance and stator diaphragm gland. The numerical results of the mass flow rate, power output and aerodynamic efficiency of the dual row control stage at the rated and off-designed conditions are well in agreement with the experimental data. The obtained results at rated condition show that the blocking segmental arc of guided vane increased the exit pressure of the upstream nozzle, which reduced the mass flow rate and changed the aerodynamic performance of the nozzle. The circumferential non-uniformity of aerodynamic parameters and partial admission losses increases with the decrease in the admission degree for the computed three operating conditions. The analysis of axial steam velocity shows that the trailing shedding vortex and the complex flow vortex in flow passages have a significant impact on the magnitude and direction of the axial steam velocity. Furthermore, the partial admission degree changed the proportions of the power output of two rotor blade rows. The lower partial admission degree leads to a larger proportion of the power output of the first rotating blade row. The detailed flow pattern in the partial admissions dual row control stage at different operating conditions is also illustrated.     

基于CFD的双涡轮液力变矩器的改进研究

针对YJSW315双涡轮液力变矩器一级、二级涡轮进口流态较差等问题,利用CFD技术对其内部流场及其性能进行了数值计算分析,通过对泵轮叶片出口和一级涡轮数量和厚度的调整,得到了一种优化方案,提高了变矩器性能。改型后的变矩器的起动工况转矩比提高了0.357,两个涡轮都工作时的效率提高2%~4%。提出的研究方法和结论对液力变矩器的改进或研发具有一定的指导意义。     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

基于Fluent的微型排气回收高效节能涡轮设计

微型涡轮是气缸排气能量回收转换装置的核心部件。为了分析不同工作条件下微型涡轮所受压力、扭矩以及蜗壳内的流场分布情况,通过实验及Fluent仿真模拟,深入研究了不同涡轮叶片数量、不同风帽形式下对微型涡轮叶片表面分布压力、扭矩及蜗壳内流场分布情况的影响规律,进而设计一种使涡轮叶片所受压力均匀,产生大扭矩的微型涡轮结构,并给出了涡轮叶片数量与所受压力及所输出扭矩的函数关系,为进一步微型涡轮发电系统集成奠定了理论基础。     

垂直轴阻力型风力机功率计算与Fluent数值模拟

以一小型风力机作实捌,运用2种方法分别计算垂直轴阻力型风力机的风能利用率。一种方法是通过对风力机叶片受力分析,利用风力和功率计算公式,借助Matlab工具计算;另一种方法是利用Fluent软件分析风力机在给定风速下的气动性能,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的扭转力矩和风能利用系数等参数。比较2种方法的优缺点,有助于垂直轴风力机的设计研发。