枞树型叶根间隙漏气对级性能影响的试验研究

隔板汽封间隙、叶根径向汽封间隙及枞树型叶根与轮槽间隙三者之间匹配设计对透平级效率及转子推力的大小有显著影响。文章针对某1000 MW高压末三级空气透平试验进行相关研究,保持隔板汽封间隙、动叶根部径向汽封间隙不变的条件下,对枞树型叶根间隙改变前后级性能的变化进行试验分析。试验结果表明,叶根间隙封堵后,透平级效率降低,根部反动度升高,转子推力变大。合理的枞树型叶根间隙的存在有利于提高级性能,汽轮机通流设计时应注意叶根间隙与隔板汽封间隙的优化匹配。     

带平衡孔结构透平级内部流动的数值模拟

采用NEMECA商用软件包之Fine/TURBO求解三维定常的Navier Stokes方程组,对带围带汽封、隔板汽封和平衡孔结构的蒸汽透平高压级内部的复杂三维流动进行数值模拟,采用多区域结构化网格,并对透平级进行适当的几何简化处理,着重对平衡孔结构内部的流动进行分析。     

平衡孔对轴流式透平气动性能影响的试验和数值研究

在3级空气透平试验台上,开展了变平衡孔面积对透平气动性能影响的试验研究。同时对试验透平级进行数值计算分析,研究了透平级性能随平衡孔面积变化的规律,并与试验结果进行了对比。结果表明：无平衡孔时透平效率最低,平衡孔直径小于25 mm,效率随平衡孔直径的增大而逐渐提高,但之后逐渐降低。计算得到的效率变化规律与试验结果吻合良好,平衡孔与隔板汽封漏气面积比为2～3时,效率最优。     

转子轴向偏移对交错齿迷宫密封动力特性的影响

为了分析汽轮机转子轴向偏移对交错齿迷宫密封动力特性的影响,建立了交错齿迷宫的三维CFD模型,并利用Fluent软件计算了在不同轴向偏移下的转子表面汽流力,得到了不同的动力特性系数.结果表明:交错齿迷宫密封的转子从中间位置逆着汽流方向发生轴向偏移后,系统的稳定性提高;反之,如其从中间位置沿着汽流方向发生轴向偏移后,则系统的稳定性降低.为此提出:在汽轮机安装时,使转子逆汽流方向有一定的热膨胀预留量,可提高系统的稳定性.     

考虑叶顶泄漏的透平级非定常气动性能研究

针对存在动叶顶部间隙泄漏流的一级半透平级非定常流场,应用全三维黏性非定常数值模拟方法详细研究了动叶顶部间隙泄漏流气动特性,旨在揭示泄漏流与下游静叶栅的非定常干涉作用.结果表明：动叶顶部间隙泄漏流引发第二列静叶前缘85%叶展位置处静压波动;受相邻叶排间势干涉作用,第二列静叶50%叶展位置处的静压波动集中于流道中部;在第二列静叶出口截面,动叶顶部泄漏流引发的泄漏涡,其强度及空间分布并未随时间发生明显变化;汽封内的泄漏流静压随时间周期性波动,压力值的更新首先出现于下游并朝向上游流发展.     

汽轮机动叶顶部间隙泄漏流动特性的数值模拟

以一个小展弦比轴流透平级为研究对象,采用数值方法对不同动叶顶部间隙情况下的间隙泄漏流动进行了分析,研究了间隙流和间隙涡的形成、发展及其对透平级性能的影响.以三维流线和极限流线为手段,分析了6种间隙尺寸下动叶顶部的泄漏流和泄漏涡造成的损失及其与主流掺混的过程.结果表明:动叶顶部间隙两侧压力面和吸力面之间的压力差使汽流从压力面被吸入间隙,跨过叶顶,进入相邻叶栅通道的吸力面,导致泄漏流动;与无间隙的情况相比,叶顶间隙的存在使上端壁处的流场发生明显变化,引起损失迅速增长;随着间隙的增大,泄漏涡的产生位置提前,强度增大,从而导致更大的流动损失.     

冲动式汽轮机级平衡孔面积对级性能影响的研究

针对某600 MW机组高压缸冲动式级的模拟透平级在隔板汽封一定的条件下,通过改变平衡孔的孔径及总面积,对模拟透平级进行数值计算分析,研究平衡孔面积的变化对透平级效率和气动性能的影响,并与试验结果进行了分析比较.结果表明：叶轮上开平衡孔有利于改善级间根部流动,提高了透平级效率;与无平衡孔透平级相比,随着平衡孔面积的增大,级效率逐渐提高;但面积增大至一定值后,级效率变化不明显;在叶轮结构和强度许可的条件下,设计时平衡孔面积可尽量取大一些,以保证设计工况时级间根部保持不吸不漏或少量漏气状态;平衡孔面积较大,也有利于减小隔板漏气量增加对级效率的影响作用;对于反动度较小的冲动级,要获得最佳级间漏气工况（相对漏气量约-1%）是不太可能的.     

考虑汽封条件下汽轮机调节级多工况的数值研究

具有部分进汽特性的汽轮机调节级,其动叶围带顶部汽封齿后的泄漏流动同主流的相互作用,不仅影响机组的气动性能和效率,而且对机组的安全稳定性也有一定影响。基于三维黏性可压缩的Navier-Stokes方程对某150MW汽轮机调节级进行了全三维的数值模拟,建立了安装汽封齿全周流动模型,对不同进汽度下的汽轮机调节级内部流场进行了数值研究。结果表明:处于进汽段的动叶栅其流量和动叶扭矩都比较大,汽封内部流动总体是按照从动叶前缘向后缘的流动;而处于非进汽段的动叶栅,内部汽体基本处于呆滞状态,甚至存在蒸汽对动叶的扭矩为负值的情况,汽封内的流动方向改变,从动叶后缘向前缘发展。随着部分进汽度的降低,泄漏比例则显著增大,而轮周效率显著降低。     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

动叶间隙对压气机气动性能的影响

为研究动叶间隙大小对压气机性能及流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、0. 5倍、1. 5倍及2倍设计间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,随着间隙增大,压气机效率及总压比下降。大间隙下泄漏流增强,导致动叶叶尖及其下游区域损失增加,压气机转子效率随间隙增大而线性下降;同时,泄漏流的增强也恶化了动静叶匹配,导致静叶上端壁产生额外损失,压气机级效率下降幅度大于转子效率。