大型透平汽流激励特性研究

针对某大型透平的通流部分,通过数值方法计算了额定工况和20%负荷工况下密封系统的汽流激振力,在非定常计算结果的基础上研究了静叶和动叶的汽流激振力,同时也分析了动静叶不同轴向间距对通流部分非定常气流激振特性影响。结果表明:密封结构的汽流激振力很小;叶片受非定常汽流力的幅值也较小;非定常汽流激振力的波动周期不受动静叶轴向间距的影响,但动静轴向间距对非定常汽流激振力具有显著影响。     

非定常尾迹对旋转叶栅影响的数值研究

采用SST k-ω紊流模型对非定常条件下尾迹对动叶栅的影响进行了数值模拟,给出不同截面涡量随时间发展变化的过程,对各种涡系的流动机理进行了分析。结果表明:动叶前缘区域内,涡旋脱落呈现明显的周期性;动叶尾缘区域内,涡的脱落随时间变化虽然仍有周期性变化的趋势,但已经不再具有严格的周期性。     

非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响

对非定常环境下动叶气膜冷却的流场进行数值模拟,研究非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响。结果表明,对于动叶的气膜冷却来说,由非定常尾迹形成的低速区对冷却射流的压制作用减小,使冷却射流更多地进入主流并与其掺混,使得气膜孔下游叶片表面的冷却效果降低。当尾迹宽度增大时,叶片表面气膜冷却效果降低的程度增加。非定常尾迹对压力面上冷却效果的影响大于吸力面。压力面上在第1个冷却孔后面冷却效率降低了15％,而吸力面上的冷却效果变化不是很明显。     

西门子汽轮发电机多级风扇轴向间距研究

运用三维粘性流动计算软件对一台西门子1000MW发电机多级轴流冷却风扇进行了数值模拟计算。针对3种不同动静叶轴向间距,重点分析了轴向间距的变化对风扇性能的影响。结果表明,在额定流量附近随着动静叶排轴向间距减少,动静叶片间距对风扇的效率和压升影响不大;并且随着轴向间距的减少风扇的效率和压升稍有提高。因此,适当改变风扇动静叶排轴向间距并不会影响风扇压升和效率,从而可减小多级风扇的轴向尺寸,以方便大型发电机结构布置。     

高参数大容量汽轮机组通流部分动静间隙及其汽封完善化

汽轮机是高速转动的机械,通常在三个部位留有动静间隙:轴的端部,隔板内圆和主轴之间,汽轮机通流部分。为了减少蒸汽泄漏,提高汽轮机效率,在各间隙处均设置阻挡汽流的汽封。本文将简述通流部分动静间隙对运行的经济性、安全性及机动性的影响以及汽封的改进趋向。通流部分动静间隙是指动叶栅进口侧与隔板,动叶栅顶部与汽缸之间的间隙(图1)。图1中δ_1及δ_2表示隔板与动叶栅进口处顶部、根部的轴向间隙,δ_3表示动叶     

非定常尾迹对复合角度叶片传热性能影响的数值研究

应用标准k-ε紊流模型及SIMPLE算法,在非定常环境下,通过直径分别为2,4,6mm的圆柱(尾迹宽度)来模拟燃气轮机静叶产生的尾迹,分析1个周期内展向倾角为45°时,射流孔中心线与叶片表面的夹角分别为30°,45°,60°的3种复合角度动叶表面的传热特性。结果表明:1个周期内动叶全表面努塞尔数明显不同;随着动叶复合角度的增大,尾迹使压力面传热效果增强,吸力面传热效果减弱;不同宽度尾迹对压力面传热效果的影响明显高于吸力面,而尾迹宽度为4mm时,下游动叶全表面的传热效果最佳。     

气相体积分数对导叶式离心泵内压力脉动的影响

为研究动静叶栅内气液两相流动所引起的压力脉动特性,采用延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,对带有径向导叶的离心泵进行了全流场非定常数值计算,得到不同气相体积分数下,动静、静静交接面、导叶和蜗壳内的压力脉动情况,并对比气相体积分数Cv=0.05时非定常数值模拟与试验的性能曲线.结果 表明:各监测点在不同含气量下压力幅值随时间呈周期性变化,静压值随着气相体积分数的增大而减小,压力脉动主频都等于叶频.动静(叶轮与导叶)交接面至静静(导叶与蜗壳)交接面间周向区域内,出现了局部低压区.从转轴中心沿径向方向压力脉动幅值降低.随着含气量的增大,导叶内压力脉动频域范围增大,流动开始出现紊乱,蜗壳内隔舌处的压力脉动高于其他位置.     

涡轮叶栅流场的PIV测量实例

详细介绍了PIV的工作原理、数据处理流程和使用要点。针对涡轮内部复杂的流动特性,应用具有较高空间分辨率的非接触式瞬态速度的PIV测量技术,获得了较清晰完整的沿叶高平面和叶栅出口速度场的瞬时速度场信息,并据此分析了涡轮静叶出口二次流的流动特性。叶栅实验中将模拟动叶的圆柱列每次沿周向方向移动1/4节距,测量沿叶高平面的速度场。研究发现,前排圆柱尾迹进入叶栅流道不同,对叶栅内部流场气动效率影响巨大;同时由压力面向吸力面运动的二次涡(低能流体,耗能过程)逐渐向后传递、扩张,并在吸力面卷起、堆积,使吸力面附面层骤然增厚,并引起沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化。     

非定常尾迹对动叶气膜冷却影响的数值模拟

采用SST k-ω模型在非定常尾迹情况下,分别模拟了3种转速(500 r/min、1000 r/rain和2000 r/min)和三种射流比(0.5、1和2)对动叶前缘气膜冷却效率的影响.结果表明,选择使得冷却射流与主流掺混后,在几乎整个叶盆区域形成类漩涡结构.在M-1的条件下,转速越高使得动叶前缘气膜孔问及压力面气膜...     

汽轮机末级叶片水冲蚀及水滴分离条件

根据动静叶片留下的冲刷痕迹，求出水滴飞行速度矢量，探讨湿蒸汽中的水滴在到达动叶入口边之前从汽流中分离出来的可能性，以及足够大的动静叶片轴向间隙及恰当的水滴飞逸通道对水滴分离的影响。并用国外大型汽轮机末级采用充分大的动静叶栅轴向间隙，畅通无阻的水滴飞逸通道以及长时间运行后动叶片无明显水冲蚀现象的事实，验证文章提出的论点。指出了国产３００ＭＷ汽轮机动静叶片轴向间隙的选取、水滴逸出通道及水滴捕集装置结构等设计不当之处提了一些改进意见     

多级压气机动叶片时序效应数值研究

对某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场进行了非定常数值模拟,研究第二级动叶时序(CLOCKING)效应对中间级各列叶片气动负荷的影响。计算过程采用基于谐函数(Harmonic)的频域变化方法对全三维Navier-Stokes(N-S)方程进行求解。通过对各列叶片非定常气动负荷进行时域和频域分析,指出转子叶片中间级动叶R2处于不同的CLOCKING位置时,会引起R2叶片本身以及下游中间级静叶S2气流激振力显著变化。在CLK0(各列动叶片在周向上安装位置相同)位置,中间级静叶片在部分时刻内受力与常规方向相反,且气动力和力矩波动幅度最大。在CLK2(动叶片在周向上错开1/2节距安装)位置上,R2叶片和S2叶片气动负荷的稳定性都得到改善。静叶S2气动力、气动力矩波动幅值明显较其他位置小,且方向的改变次数也较小。同时,S2对其上下游动叶一倍通过频率的响应也最小,因此具有比较稳定的气动负荷。     

贯流泵内部压力脉动特性的数值计算

压力脉动是影响贯流泵稳定运行的关键因素之一,本文采用大涡模拟对其内部流场进行分析总结,研究表明：压力脉动主要受叶轮旋转及动静相互干扰的影响;叶轮外缘与壁面间隙的存在,使小部分流体会从高压压力面流向低压吸入面出现回流,而加剧了压力脉动的影响,其幅值为进口压力脉动幅值的38倍;在大流量和小流量下压力脉动幅值均大于设计工况下的压力脉动幅值,导叶的整流特性减弱了叶轮压力脉动的影响;非设计工况下,在叶片进口边处,压力脉动幅频谱幅值最大,水力激振与叶轮旋转的影响相互叠加,在小流量下幅频谱幅值最大约为设计工况的1.5倍,在大流量下约为1.1倍。     

异步电动机转子断条故障运行时定转子温度场数值计算与分析

针对传统的单一求解电机定子温度场或转子温度场强加边界条件难以确定的问题,建立了笼型异步电动机转子有无断条故障运行情况下的定、转子全域温度场二维数学模型和温度场二维有限元计算模型。分别计算了额定负载情况下,转子正常和转子一根断条以及转子相邻两根断条时的定、转子全域稳态温度场。实验结果验证了三种情况下该电机温度场计算模型的合理性和计算结果的正确性。比较了三种情况下电机的温升分布,分析了电机转子断条根数对电机温度场的影响。温度场计算模型可以应用到其他无轴向通风冷却异步电动机转子正常或转子断条故障时的温度场计算与分析,并且可以从电机温度场变化的角度为电机断条故障提供诊断依据。     

基于CFD分析的轴流式叶片动应力问题研究

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值计算结果为基础,采用弹性力学非稳态有限元法开展了轴流式叶片的动应力问题研究.计算结果表明,水轮机内部随时间变化的压力场导致叶片结构承受了较大的动态应力,叶片上的最大等效应力点与实际叶片破坏的位置一致;各工况相比叶片转角越小,叶片应力波动越剧烈;叶片上各点的动应力频率成分与流道内的水压力脉动频率基本一致,叶片上的高幅动应力是引起叶片裂纹,导致结构破坏的主要原因.     

等离子体激励频率对压气机扩稳效果的影响

为考察放电频率对压气机扩稳效果的影响,实验研究了定常等离子体激励和非定常等离子体激励的扩稳效果。实验在单转子轴流压气机实验台上进行。压气机转速为900r/min时,采用激励电压峰峰值为14.8kV、功率为180W定常等离子体激励可以获得1.1%的扩稳效果。压气机转速提高至1 200r/min,采用定常等离子体激励无法实现扩稳,而采用非定常等离子体激励可以获得近2%的扩稳效果,且功耗为36W。可见相较定常激励,非定常激励的扩稳效果好且功耗低。通过分析电压波形,发现目前使用的非定常等离子体激励电源输出电压波动较大,这样易于发生爬电,限制了等离子体流动控制的效果,因此还需要进一步改进等离子体电源以获得更规则的电压波形。     

Calculation of gas turbine characteristic

The reasons and regularities of vapor flow and turbine parameter variation depending on the total pressure drop rate π* and rotor rotation frequency n are studied, as exemplified by a two-stage compressor turbine of a power-generating gas turbine installation. The turbine characteristic is calculated in a wide range of mode parameters using the method in which analytical dependences provide high accuracy for the calculated flow output angle and different types of gas dynamic losses are determined with account of the influence of blade row geometry, blade surface roughness, angles, compressibility, Reynolds number, and flow turbulence. The method provides satisfactory agreement of results of calculation and turbine testing. In the design mode, the operation conditions for the blade rows are favorable, the flow output velocities are close to the optimal ones, the angles of incidence are small, and the flow “choking” modes (with respect to consumption) in the rows are absent. High performance and a nearly axial flow behind the turbine are obtained. Reduction of the rotor rotation frequency and variation of the pressure drop change the flow parameters, the parameters of the stages and the turbine, as well as the form of the characteristic. In particular, for decreased n, nonmonotonic variation of the second stage reactivity with increasing π* is observed. It is demonstrated that the turbine characteristic is mainly determined by the influence of the angles of incidence and the velocity at the output of the rows on the losses and the flow output angle. The account of the growing flow output angle due to the positive angle of incidence for decreased rotation frequencies results in a considerable change of the characteristic: poorer performance, redistribution of the pressure drop at the stages, and change of reactivities, growth of the turbine capacity, and change of the angle and flow velocity behind the turbine.     

Design refinement of synchronous reluctance motors throughfinite-element analysis

In this paper, the key points in the design of synchronous reluctance motors are first evidenced and discussed, that is, the choice of rotor type, the stator-rotor joint design, and the optimization of the rotor structure. A purposely designed finite-element code is then introduced and validated, on the basis of properly obtained experimental data. Measured and computed torques are compared, with emphasis on the evaluation of the torque ripple. Last, the finite-element method code is used to illustrate some aspects of the stator-rotor design and to show the torque-ripple performance of different types of machine structure     

透平叶片与流场系统的稳定性分析--非定常欧拉解法

将三维非定常流场与固体弹性叶片作为一个系统,通过三维欧拉非定常流场与叶片动态响应的迭代计算,来研究叶片－流场系统的稳定性,对某一蒸汽透平动叶片,在一定的流量范围内,求得叶片－流场系统的动态特性,判别其运行的稳定性范围。     

基于定转子开窗的混合励磁双定子BSRM振动抑制

无轴承开关磁阻电机(BSRM)由于容错性高、损耗小、效率高等优点在工业领域已得到广泛应用,但电机运行时振动会限制其在某些领域的应用。以混合励磁双定子BSRM为研究对象引入一种在定转子齿部开窗的方法,通过改变外定子或转子铁心磁阻大小,可以减小气隙中的磁密大小,达到减小电磁振动的目的。采用电磁有限元法与正交试验法优化窗口的位置和尺寸,验证转子开窗对外定子径向力和转矩的影响,最后通过模态叠加法验证转子开窗对振动响应的影响。结果表明,该方法对混合励磁双定子BSRM电磁振动有较好的抑制效果但对电机转矩有一定影响。