基于SiPESC.OPT的透平低压排汽缸优化设计

针对提高蒸汽透平机组效率的需求,基于SiPESC.OPT集成软件平台,集成SolidWorks,ICEM和CFX等多个软件构建透平低压排汽缸优化设计系统.系统采用参数化建模、三维黏性流体分析和蚁群算法等多种手段,对某型号透平低压排汽缸模型进行优化设计.结果表明,优化后平均压力恢复因数提升188.31%,出口气流不均匀分布因数明显下降.该优化设计系统能有效提高透平低压排汽缸气动性能.     

某型燃气轮机排气段支撑型线优化设计研究

燃气轮机排气段气动性能的优劣对机组整机效率有显著影响。支撑部件附近流动状况复杂,会对排气段性能产生极大影响。基于某型燃气轮机排气段初始流场特征,开展了排气段前、后支撑型线的优化设计。重点考虑对前支撑的优化设计,完成了三种型线优化方案,并应用S1流面计算方法在宽广的来流角度范围下进行损失计算,选择出气动性能最优的结果。后支撑对流动效率影响比前支撑小,因此对后支撑完成了一种适应当地流场的简单优化设计。最后,采用耦合涡轮末级的排气段三维数值模拟方法,对支撑型线优化前后排气段的气动性能变化进行了分析,支撑优化后排气段流动损失比原型明显降低,总压保持因数提高了1.4%。研究成果可为燃气轮机排气段气动设计与优化提供参考。     

基于NACA翼型的燃气轮机排气扩压器支撑保护罩气动外形优化研究

针对某型号燃气轮机径向排气扩压器支撑保护罩气动特性问题,基于保护罩原气动型线,结合NACA翼型对其进行了优化,并设计了两种新的气动外形。采用稳态和瞬态数值模拟的方法研究了配有10%、50%、90%这3种不同支撑保护罩的排气扩压器径向高度横截面的马赫数分布,支撑保护罩下游的总压损失系数,排气扩压器的静压分布、静压恢复系、通道涡、出口静熵以及透平末级静叶、动叶尾迹对排气扩压器静压恢复系数的影响。稳态研究结果表明:新设计的两种支撑保护罩气动外形延迟了保护罩表面气流分离,其下游总压损失系数降低,排气扩压器静压恢复系数有明显提升;瞬态研究结果表明:透平末级静叶和动叶尾迹对径向排气扩压器静压恢复系数影响较小。     

某燃气涡轮气动设计及通用特性曲线计算

针对燃气轮机中涡轮的设计,介绍了杭汽燃气涡轮气动设计体系,并阐述了冷却涡轮掺混损失计算方法和几种效率定义方法。通过一维热力设计和S2流面完全径向平衡方程设计,设计出了三级燃气涡轮。应用计算流体力学软件CFX对所设计的涡轮进行了不带冷气的性能分析,应用源项法对带冷气的涡轮进行了性能分析。通过三维计算,得到了新设计的三级涡轮的折合流量、折合转速、效率的特性曲线;并为涡轮的进一步气动优化设计和强度振动校核打下了基础。计算结果显示:设计的涡轮气动性能良好,变工况性能宽,基本达到了设计要求;不带冷却涡轮效率91%,带冷却的涡轮效率89.7%。     

工业汽轮机高负荷末级静叶积叠规律研究

以高负荷、大扩张角、小根径/顶径比、大展弦比的工业汽轮机末级叶片为研究对象,设计了直扭静叶、弯扭静叶、周偏直扭静叶3种积叠方案,采用三维CFD方法数值模拟了3种方案的内部流动,分析了压比、反动度、马赫数、静压系数、气流角、效率等参数的变化和内部流场。结果表明:周偏直扭方案的级效率最高,达到90.65%,比直扭方案和弯扭方案分别高0.93%、0.81%;正弯和周偏都能提高根部反动度,形成从根部指向流道中部的压力梯度,减小端壁附近的横向二次流动,降低二次流损失,同时降低了马赫数、减小了激波损失。     

侧向进汽对下游级组性能影响的数值研究

通过对某可调侧向进汽机组全三维流场计算分析发现:侧向进汽会导致下游级组扭矩和流量沿周向分布不均匀,在相同的进出口条件下,侧向进汽的影响级组通流能力明显减小,减少了11.9％,输出功率减少28.4％,效率降低18.8％;相同进出口流量条件下,动叶局部最大扭矩为均匀进汽的1.55倍左右,对叶片强度提出了较高的要求,效率降低17.9％.对侧向进汽机组的设计要充分考虑周向不均匀特性对机组气动性能的影响和对强度考核的要求.为侧向进汽机组通流设计提供了一定参考和指导方向.     

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。     

轴流排汽缸气动性能数值研究与改型优化

为减小轴流排汽缸内部损失,提高排汽缸的气动性能,以杭州汽轮机股份有限公司新开发的轴流排汽缸为研究对象,考虑末级动叶出口径向速度不均匀性对排汽缸的影响,联合末两级整圈低压级组和排缸进行了数值计算。分析了轴流排汽缸内部流动特点,并根据流场对其进行了改型优化。计算结果表明,轴流排汽缸与低压级叶片之间存在相互作用,排汽缸后部出现两个旋流方向相反的涡,并随着气流向下游扩展;通过对轴流排汽缸结构改型,静压恢复系数提高了40.7%,总压损失系数减少了31.4%。通过优化通油管道的截面形状,使静压恢复系数提高了0.13%,总压损失系数减少了2.2%,改善了排汽缸内部流动,显著提高了轴流排汽缸的气动性能。     

工业汽轮机调节级部分进汽瞬态数值研究

针对采用喷嘴调节的汽轮机调节级效率和安全性问题,基于时均的N-S方程,采用六面体结构化网格和有限容积法,对某机组调节级内部流动进行了数值计算。给出了不同工况下调节级内部压力和速度分布图,分析了4阀开和3阀开工况下调节级内部流动。给出了动叶旋转一周扭矩的变化,并将非定常扭矩进行了傅里叶变换,得到了频谱图。研究结果表明,部分进汽使调节级内部流动不均匀,4阀开,动叶所承受最大瞬时扭矩是进汽弧段平均扭矩的2.2倍,3阀开,动叶所承受最大瞬时扭矩是进汽弧段平均扭矩的1.8倍,这可以为调节级动叶安全性校核提供参考;频谱图显示,动叶受到与转速相关的低频激振力;3阀开工况下调节级的效率比4阀开工况下降低7%。