缩放叶栅内高速凝结流动特性的数值研究

对汽轮机缩放叶栅内高速凝结流动进行初步的数值研究。气液两相采用NS方程求解,自发凝结液相凝结过程应用多阶复合参数积分方法求解。采用密度梯度等值图作为数值纹影图,显示了激波系和尾迹涡流的分布与强度。模拟得到了过热蒸汽流动和自发凝结流动中压力、马赫数、激波系流线分布情况以及叶栅的气动参数。分析了凝结过程对流动的影响,数值结果表明:汽轮机缩放叶栅中的凝结过程会使尾缘附近吸力面的边界层分离,增加尾迹流的紊乱程度,改变了叶栅的出口气流角,使流场恶化,对通流能力和做功能力均造成影响。     

汽轮机叶栅内湿蒸汽两相凝结流动的数值研究

对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动进行研究,在欧拉/欧拉坐标系下建立数学模型。气相采用N-S方程,液相凝结过程应用对所构造的多阶参数积分方法进行求解,对汽轮机叶栅中跨音速两相流动进行了数值模拟。与实验数据对比,结果正确预测了凝结冲波的位置和强度,证明所采用模型的准确性和全面性。由液相参数的分布和变化趋势可知吸力面汽流膨胀率和尾缘处蒸汽流动情况是影响主流中液相参数分布的主要因素。     

跨音速离心式蒸汽透平原则性设计和性能研究

跨音速离心式透平是一种单级焓降大、占用空间小、结构简单、气动效率较高的新型透平,适合用于中小型工业透平或余能利用场所。以过热蒸汽为工质,借鉴常规透平的气动设计方法,并针对某小型轴流式蒸汽透平的进出口热力参数,进行跨音速离心式透平级的一维气动设计、三维数值模拟与优化以及变工况性能研究。数值模拟结果与一维气动设计基本一致,叶栅流道内流场合理、流线顺畅、效率较高,气动性能符合预期,说明离心式透平一维气动设计程序具有可靠性和有效性;最后,通过改变转速和背压,对离心式透平进行变工况分析,结果表明,在给定的变工况范围内,跨音速离心式透平具有较好的变工况性能。     

空冷凝汽器全工况运行特性分析

掌握火电站空冷凝汽器在各种工况下的运行特性,对于提高我国直接空冷机组的运行水平具有重要意义。以300MW直接空冷机组空冷凝汽器为例,分析了反映机组运行性能的汽轮机背压的影响因素。针对轴流风机全速和半速运行工况,计算得到了汽轮机背压随凝汽器凝结蒸汽量和进口空气温度的变化规律。结果表明：随凝汽器凝结蒸汽量和进口空气温度的增加,汽轮机背压增加;随轴流风机风速升高,汽轮机背压降低。轴流风机运行方式的调整,依赖于环境温度和机组热负荷的变化。对于冬季低温运行的空冷凝汽器,为防止出现汽轮机背压低于阻塞背压和凝汽器管束冻裂,风机需减速运行。反之,在夏季高温条件下运行的空冷凝汽器,为避免汽轮机背压过高带来的非正常停机和机组运行经济性的下降,风机需全速甚至超设计风量运行。     

大型火电机组母管制空冷系统特性

为提高大型火电直接空冷机组对气象条件和发电负荷变化的适应能力,提出了一种联建式直接空冷机组母管制冷却系统。建立数学物理模型,对其空气侧流场进行数值模拟,并以此为外部边界条件,开发汽轮机排汽在冷却系统内流动阻力损失和蒸汽流量计算程序。综合考虑外部冷却空气流场和内部蒸汽流动凝结过程,获得夏季和冬季不同环境温度、不同冷却单元投运数量下,各空冷单元的凝结蒸汽流量及汽轮机背压。结果表明,采用母管制冷却系统,在夏季高温环境下冷却一台机组乏汽时,可以显著降低汽轮机背压,提高机组热经济性;冬季环境温度低至??25℃,冷却两台机组乏汽仍可保证汽轮机背压高于阻塞背压,翅片管不发生冻结。     

汽轮机低压缸零出力流动与温升特性数值研究

小流量下汽轮机低压缸末级内部流动与温升现象十分复杂,为火电调峰与低压缸零出力改造带来挑战。为此,以某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立了低压缸五级叶栅单通道流场计算模型,数值研究了不同工况下低压缸工作性能、流动结构与温升特性。结果表明：当低压缸通流流量降低至设计工况的3.84%时,低压缸无法输出功率;流量很小时,低压缸进入鼓风状态,末级叶栅出现下端壁分离区、静叶分离区、机匣环面涡、末级动叶涡等流动结构,且在末级叶栅转-静间隙叶顶位置出现显著鼓风加热现象;流量降低至设计工况的2.23%时,末级静叶、动叶表面平均温度分别升高219.6 K与243.7 K。鼓风状态下,低压缸工作性能、内流结构均会发生显著变化,末级叶栅内温度升高使叶片工作环境恶化,机组小流量运行需对其加以考虑。     

低背压下某叶片的测温试验

汽轮机末级叶片在没有冷却蒸汽的条件下运行时,由于鼓风效应其叶片顶部表面温度随背压的升高而升高。某汽轮机末级叶片在动平衡筒体内进行了简单的测温试验,在叶片顶部表面粘贴测温试纸,观察同样的转速和时间下不同背压时测温试纸的数值,结果表明随着背压的升高叶片表面温度开始剧烈上升随后变化较慢,根据测温结果认为叶片在真实背压工况下不可能被允许运行。     

耦合喷射器的高背压机组变工况特性研究

在喷射器辅助供热的背景下,为了研究喷射器变工况特性,对国内外有关喷射器的计算方法进行调研,建立了喷射器计算模型并将模型与高背压机组进行耦合,得到喷射器变工况时工作蒸汽、引射蒸汽、喷射器背压、喷射器开度对喷射器性能的影响。结果表明：喷射器工作流体压力从0.25 MPa增至0.45 MPa,工作流体质量流量先变大后变小,在工作蒸汽压力为设计工作蒸汽压力时喷射器性能最佳;引射蒸汽压力提高,临界背压提高;引射后的混合流体的压力不仅会影响喷射器的工作,也会影响凝汽器工作;相比抽背机组,高背压耦合喷射器机组低压缸最小冷却流量最大可降低140 t/h,供电范围提高43 MW。     

电站空冷系统变工况性能的数值研究

无论直接还是间接空冷系统,其热力性能都受到环境气象条件的显著影响。研究不同环境条件,不同机组热负荷和操作条件下机组背压的变化规律,对于电站空冷系统变工况优化运行具有重要参考价值。该文建立了电站空冷系统变工况运行性能的计算模型和数值方法,分别以典型直冷和间冷系统为例,通过数值模拟,获得了不同环境气象条件下,直冷系统空冷凝汽器空气流量和进口空气温度,以及间冷系统空冷散热器空气流量和进口空气温度。以变工况数值计算为基础,分析了直接和间接空冷机组背压的变化规律。结果表明,直接空冷系统热力性能随风速和风向发生显著变化,并随风速增加而降低,导致机组背压随风速增加而升高。对于间接空冷系统,其热力性能先随风速增加而降低,随后又增加,使机组背压呈现先升后降的变化趋势。电站空冷系统变工况性能的数值研究结果,可用于指导空冷系统的优化设计和安全运行。     

梯级供热系统关键可调参数对系统能耗的影响

总结了梯级供热系统能耗指标分析方法.梯级供热系统通过蒸汽喷射器利用中排抽汽将高背压排汽背压升高进一步加热热网循环水,从而增加了对高背压排汽的利用.通过试验分析了关键可调影响因素对系统能耗指标的影响.结果 表明:对于梯级供热系统,提高热网循环水量、降低热网回水温度均可降低系统供热煤耗;蒸汽喷射器升压比控制在设计值附近系统...     

跨音速轴流压气机转子泄漏特性研究

以跨音速转子Rotor37为例,采用适合于求解轴流压气机内部三维湍流场的时间推进计算程序,对7种不同叶顶间隙下压气机转子叶栅通道内部湍流场进行数值模拟,研究转子气动性能随叶顶间隙的变化规律.结果表明：随着叶顶间隙减小,转子绝热效率和压比提高,稳定运行区域明显增大;叶顶间隙变化对压气机转子70％叶高至叶顶范围内的气动性能影响显著;转子气动性能随间隙变化并非简单的线性关系;综合考虑轴流压气机气动和强度要求,对于所研究的转子,最佳的叶顶间隙为0．178 mm.     

旋转叶片气膜冷却效果的数值研究

采用数值模拟方法研究了静止和旋转涡轮叶片表面不同工况下的气膜冷却效果,计算给出了吹风比M=1.0、1.5等工况下静止和旋转叶片压力面、吸力面的气膜冷却效率,以及不同射流孔下游的气膜冷却效率,并分析了旋转和吹风比对气膜冷却效果的影响。结果表明：静止叶栅,M=1时叶片气膜冷却效果较好,旋转叶栅,M=1.5时叶片气膜冷却效果较好;叶栅在高速旋转时,冷却气流对射流孔附近区域影响不大,叶片尾缘附近气膜冷却效率呈现先增大后减小的趋势;叶片高速旋转时,产生的离心力使冷却气流流向叶顶区域,靠近叶顶区域的气膜冷却效率值较高。     

核主泵内部流动干涉的瞬态效应研究

为了揭示核主泵叶轮和导叶的流动干涉效应,采用相似换算法和多参数匹配法,基于RNG k-ε湍流模型与块结构化网格,对缩比系数为0.5的模型泵进行非定常数值模拟。结果表明:扬程脉动幅值与运行工况有关,额定工况时扬程脉动的幅值最小,偏离最优工况时,扬程脉动幅值逐渐增大。导叶内部流道产生不稳定的流量脉动效应,大于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动瞬态效应不明显;小于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动趋于不稳定。考虑到机组的水力稳定性,运行工况应大于0.8Qd。动静干涉使导叶内静压分布呈现周期性脉动,导叶压力面平均脉动幅值最大,吸力面平均脉动幅值最小,压力脉动的周期与叶轮叶片数有关;导叶内静压分布与叶轮尾缘和导叶前缘相对位置有关,叶轮尾缘对导叶入口流动的阻塞效应,是诱发导叶内静压脉动的主要原因。     

汽轮机初终参数耗差分析与初压优化

在无汽轮机任何结构尺寸的条件下,提出了一种依据热平衡图构造机组热力系统变工况计算模型的方法。以某600MW亚临界机组为研究对象,采用所构造的变工况模型研究了主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度和背压对热耗率和功率的影响。通过寻优计算确定了不同负荷下机组的最优运行初压,计算结果表明:制造厂提供的最优运行初压设计值与计算得到的最优运行初压值相比偏低;机组背压变化后,最优运行初压值也将发生变化,背压每升高1kPa,最优运行初压值将增大约0.1~0.2MPa。     

跨音速级压气机湿压缩数值研究

湿压缩技术是能够提高燃气轮机性能的一种经济有效的手段。文中采用CFX软件,选择k-湍流模型,利用安托万方程求蒸汽饱和压力,对跨音速一级NASAStage35进行进口加湿湿压缩数值模拟研究。模拟结果表明,当此跨音速压气机运行在靠近失速边界的一段范围内,湿压缩可使其性能提高,而对于靠近阻塞边界的一段范围内,湿压缩却降低了压气机各个性能参数;当压气机运行在设计工况时,在进口喷入较小颗粒尺寸的水滴可降低比压缩功、提高压比及流量并缩小激波后低能流动区域,而在进口喷入较大颗粒尺寸水滴却降低了压气机各性能参数,整个流场也并无改善。     

基于变背压改造的燃气-蒸汽联合循环变工况性能优化

为了优化燃气-蒸汽联合循环变工况性能,本文对常规燃气-蒸汽联合循环系统进行改造,提出了一种变背压改造方法。改造系统在常规联合循环机组的余热锅炉尾部烟道布置引风机,以此降低机组部分工况下的燃气透平背压。以S109FA燃气-蒸汽联合循环作为参比机组,通过对参比机组和改造机组建模,采用等透平入口温度+燃料调节运行策略,分析并比较了二者的变工况性能。结果表明:与参比机组相比较,改造机组部分负荷下的顶、底循环效率均有所提高,联合循环负荷在84%~35%时,顶循环效率提高0~2.7百分点,底循环效率提高0~3.0百分点,联合循环的效率也相应提高,增幅为0~2.5百分点。变背压改造系统可以充分利用IGV流量调节,并提高相应流量下的燃气初参数,为燃气-蒸汽联合循环电站高效改造及运行提供了技术借鉴。     

汽轮机低压缸喷水减温对末级叶片气动性能和强度性能的影响

为探究低压缸喷水减温对汽轮机末级动叶气动性能和强度性能的影响,用欧拉-拉格朗日质子追踪法计算喷水减温条件下末级动叶的气动性能,继而应用流固耦合方法计算喷水减温条件下末级动叶的强度性能。结果表明:低压缸喷水减温使末级动叶的压力系数增加,使叶根尾缘吸力面的压力载荷显著增加。同时,喷水减温使末级消耗的轴功减小,使叶片最高温度降低3～9℃。叶片最大变形量位于叶片前缘80%相对叶高处,最大等效应力位于叶顶吸力面60%～80%相对弦长处。入口蒸汽流量减少,最大变形量与最大等效应力均增加。入口蒸汽流量为20%～5%末级入口额定蒸汽流量(rated steam flow at the last stage inlet,LRSF)时,喷水减温使最大变形量减小0.47%～7.08%,使吸力面上的最大等效应力减小1.77%～2.94%,使压力面上的最大等效应力减小1.13%～2.65%。     

基于随机森林的600 MW直接空冷机组背压运行优化

直接空冷机组的背压值主要依靠运行经验设置,导致机组经济性较差。通过合理方法找出不同工况下的最佳背压是提高机组经济性的有效措施。本文利用灰色关联度分析法分析了影响机组净功率的主要因素,基于某电厂600 MW直接空冷机组运行数据,使用随机森林算法建立了不同负荷段、不同环境温度下的直接空冷机组的净功率-背压模型。通过模型得到了不同工况下机组净功率最大时所对应的背压,即最佳背压。研究发现:最佳背压随着环境温度、负荷的增大而增大;优化背压大都小于实际背压,适当降低背压有利于增大机组净功率;机组在低负荷下使用最佳背压优化的净发电功率增量更显著。     

汽轮机首级静叶面积对机组性能的影响与改造

汽轮机首级静叶面积设计偏大是机组实际运行经济性较差的主要原因之一。根据《工程热力学》理论,分析蒸汽在汽轮机中的热力过程,阐述了汽轮机首级静叶面积的改造方案:(1)对首级静叶栅汽道实施部分堵塞;(2)通过热控或就地关闭最后1个开启的调节阀油路,使其在机组运行中不再开启;(3)合理降低叶栅高度或缩小叶栅汽道喉径以缩小汽轮机首级静叶面积。采用方案(3)对某台亚临界300MW汽轮机改造后,其原设计调节级喷嘴名义面积由245.3cm2降为190cm2,240MW工况相对300MW工况的发电煤耗率相对下降了6.4g/(kW·h),节能效果显著。     

供热方式下SCAL间接空冷系统降低背压运行和防冻的应用实践

通过350 MW SCAL间接空冷系统的介绍以及在冬季供热期的运行工况的数据和经验积累,对冬季采取降低背压运行方式和冬季扇区的防冻措施进行了分析。结果表明:SCAL间接空冷系统冬季可以通过有效的防冻措施降低其背压运行,显著提高运行经济性。