汽轮机切向进汽蜗壳设计方法研究

采用3种切向蜗壳设计方法对某50 MW机组高压进汽流道进行了切向设计,获得3种形式的切向蜗壳:切向等截面设计、等环量设计以及线性收缩设计。采用数值仿真方法对3种形式的切向蜗壳进行了气动分析,获得了切向蜗壳的气动性能、流场分布等。结果表明:3种形式切向蜗壳的气动性能各不相同,等截面切向蜗壳的总压损失最大,出口均匀性最差,而等环量和线性收缩切向蜗壳的总压损失更小,出口均匀性也更好。其中,等环量设计的总压损失和出口均匀性均为最优。对于汽轮机进汽流道,不同切向进汽设计方法会导致不同的截面积周向变化规律,进一步影响蜗壳的气动性能。因此,汽轮机进汽流道在进行切向设计之前有必要选择适合的切向进汽设计方法。     

超超临界百万千瓦汽轮机主调阀流场非稳态数值研究

采用计算流体力学商用Fluent软件,对某百万千瓦超超临界汽轮机主调阀系统(主汽阀和调节汽阀组成的进汽系统)正常运行时的蒸汽稳态流场和快速关闭时的非稳态流场进行了全三维数值计算及分析.结果表明:稳定工作状态下,阀门全开时的阀组总压损失约为进口总压的1.23%,其中调节汽阀损失占总损失的57.52%;主汽阀、调节汽阀都为快开特性的阀,它们的相对升程大于30%时流量基本不可调.采用Fluent中的动网格技术,计算分析了调节汽阀从全开到快速关闭的非稳态过程中蒸汽的流动特性,并给出了调节汽阀快速关闭时的行程、流量及阀后压力与关闭时间的动态曲线.     

1000MW超临界汽轮机主调阀内流动和噪声计算分析

针对某1000 MW超临界汽轮机主调阀系统(主汽阀和调节阀)内的蒸汽流动和噪声辐射,进行了全三维计算分析.通过求解全三维N-S方程和к-ε湍流模型,并考虑水蒸汽热力性质参数,得到了阀门流道中的蒸汽流场参数;然后采用基于FW-H方程的剪切流噪声模型,求解了蒸汽流场内的噪声源幅度分布.计算结果表明:主调阀流道内的压力损失为1.38%,其中调节阀部件的压损占主调阀总压损的66%;主汽阀和调节阀的喉口位置和阀腔流动死区等位置处的涡量很强,从而成为主要的气动噪声辐射源.     

工业汽轮机调节级段复杂流动特性研究

喷嘴调节是工业汽轮机进行变工况调节的主要方式之一。由于调节级部分进汽运行和过渡腔室内气流大幅偏转等原因,从调节级到压力级第1级的通流区域内流动情况复杂,效率损失严重。以某工业汽轮机为例,对包含调节级、过渡腔室和压力级第1级的通流区段进行全周全三维数值计算,分析了4阀点、3阀点和2阀点3个典型工况下的三维流动与各区域压力损失的情况。分析表明,随阀点减少,通流效率从86.1%降低至54.2%,过渡腔室内切向流动加剧,总压损失从2.2%增至45.8%,是影响流动效率的首要因素。另外,中分面螺栓安装时占据部分流道空间,使过渡腔室内通流面积在局部区域变化幅度过大,产生额外流动损失。而且,过渡腔室内的强烈有旋流动会影响下游压力级的入口流场均匀程度和攻角分布,3阀点和2阀点工况时,大的正攻角会使压力级第1级内流动效率降低。研究成果可为工业汽轮机整机变工况运行性能优化和高气动性能过渡腔室设计提供参考。     

工业汽轮机不同进汽结构的气动特性数值研究

高压进汽结构是影响工业汽轮机安全高效运行的关键部件之一。采用数值模拟方法对比和分析了优化前后两种不同进汽结构的气动性能。研究结果表明:在相同的进汽压力和温度下,新型进汽结构的总压损失明显减小,且与原始进汽结构之间的总压损失差异随着流量的增加而增加,证明新型进汽结构对不同蒸汽过热度的适应性更为出色;此外,也考虑了轴向制造偏差对不同进汽结构所产生的影响。本研究将为新型流道在工业汽轮机上的应用提供参考。     

汽轮机主汽阀结构对其通流特性的影响

采用CFD方法，研究了某汽轮机新型主汽阀结构和阀芯布置对其通流特性及流动损失的影响，提出了改进的主汽阀布置方式和结构，分析对比了不同滤网结构在相同工况下的压力场和速度场，得到了滤网对流动阻力影响的变化规律。滤网的使用可以使得阀门流道内沿阀芯轴向速度分布更为均匀，减少涡的产生，出口下游蒸汽到达稳定状态所需的出口流道长度缩短，整流效果明显，但进出口压差变大，压损增加。与原结构相比，改进后，无滤网条件下主汽阀压损由2.169%降低到0.847%,减小了1.322%,滤网结构不变的条件下压损由3.402%降低到1.545%,减小了1.857%。所做工作对于新型主汽阀结构设计和改进具有重要的价值。     

600MW汽轮机组高压联合进汽阀变工况内部流场的特性分析

采用数值模拟方法对某600 MW汽轮机高压联合进汽阀的内部流动进行了分析.通过求解全三维N-S方程和k-ε湍流模型,得到了阀门内部的流场特性.在3种不同负荷下对主汽阀全开、调节阀阀门不同开启顺序时的流场进行模拟,并分析了流动损失产生的机理.结果表明:调节阀B的流量比调节阀A大,流动状态比调节阀A好;先开启调节阀B后开启调节阀A时,各截面的压损小,各阀门的流动状态好.     

600MW汽轮机组高压联合进汽阀变工况内部流场的特性分析

采用数值模拟方法对某600 MW汽轮机高压联合进汽阀的内部流动进行了分析.通过求解全三维N-S方程和k-ε湍流模型,得到了阀门内部的流场特性.在3种不同负荷下对主汽阀全开、调节阀阀门不同开启顺序时的流场进行模拟,并分析了流动损失产生的机理.结果表明:调节阀B的流量比调节阀A大,流动状态比调节阀A好;先开启调节阀B后开启调节阀A时,各截面的压损小,各阀门的流动状态好.     

600MW超超临界汽轮机高压主汽调节联合阀内部流场的数值模拟分析

采用非结构化四面体网格,对某600MW超超临界汽轮机组高压主汽调节联合阀的额定工况进行了数值模拟.针对3种不同结构的模型分别进行了计算,分析研究了阀门内部流场的流动特性,以及在主汽阀内加置挡板和滤网对内部流场和阀门损失的影响.     

600MW汽轮机主汽调节阀流动特性的数值研究

对某600MW亚临界汽轮机主调阀在全开度下的流动特性进行了数值模拟。给出了阀门内流动总压损、压损沿流程分布情况以及调节阀门的流量分配。分析了蒸汽在阀门中的流动特点及流动损失产生的机理。为进一步研究阀门的流场特性及结构改进提供了参考。     

调节阀内部流场数值模拟及能量损失分析

针对小流量单座调节阀,首先应用三维建模软件对其该阀进行宾体建模与造型,其次基于计算流体力学技术对阀门内部三维粘性流场进行数值模拟,从而获得了调节阀的流动特性参数,并对数值模拟计算结果进行了分析,得到了调节阀流道内能量损失的原因,最后以降低流动损失为目的,对能量损失严重的部位进行流道优化,并对优化后流道进行模拟计算.计算结果表明,与优化前的流道相比较,在满足原有调节性能的同时流动得到改善,能量损失明显降低.     

某型压气机高压进气机匣的改进设计

为了降低某型压气机进气机匣的总压损失,借鉴了作者在流道设计方面的经验,及进气道设计典型结构和设计原则,给出了3种改进的进气机匣结构设计方案,应用Fluent软件,对原方案和3种改进方案进行三维流场CFD计算,对比分析几个方案计算结果,得到了一个比较理想的改进方案,使最终优化改进方案进气机匣的总压损失降低到原方案总压损失的1／4,并提出了进气道设计改进的一些基本方法和有效措施。     

浮动平台小汽轮机高压主汽调节联合阀设计初探

本文通过介绍分析主汽调节联合阀总体布局、支撑方案、阀门配汽设计和冗余、阀门总体气动布局、强度校验及冲击摇摆强度计算,证明由主汽调节联合阀负责汽轮机组高温高压主蒸汽进汽参数的联通、截止、调节、稳定性控制的设计性能优良。该设计对于保持汽轮机组在浮动平台上长期、连续、安全、高质地运行发电发挥了至关重要的作用。     

两种进汽结构气动性能的数值研究

对传统进汽结构和新型切向进汽结构的流场细节进行了数值研究。通过对总压损失系数、阻力系数、马赫数分布以及出口截面压力不均匀度的分析,得到数值结果。计算结果显示:与传统进汽结构相比较,新型切向进汽结构本身的气动性能优于传统进汽结构,这包括总压损失小,阻力系数小,出口参数的不均匀度小。另外切向进汽结构可以为其后的压力级叶片提供了更为理想的的进汽条件,从而保证机组的经济性。     

提高空冷机组效率的阀门管理

季节变化导致空冷机组背压变化,进而在额定负荷下引起阀门节流损失。针对这一问题,设计了一种阀门控制喷嘴数量不相等的高压缸进汽结构,能组合出两个三阀点,分别对应空冷机组夏季工况和冬季工况的额定流量。基于不同三阀点进行阀门管理,减小了节流损失,提高了机组效率。     

扩压管流道改型对汽轮机排汽缸流动的影响

当容积流量减小时,排汽缸内的流动将偏离设计工况,静压恢复系数和总压恢复系数都将发生变化。基于国内外研究现状,联合末级全周建立了三维计算模型,设计了3种不同导流环倾角的扩压管流道,分析了100%、70%、40%等3种容积流量工况下排汽缸内的流动特性及涡系特点,得到了3种方案不同容积流量下的静压恢复系数及总压损失系数。研究表明:导流环倾角增加将抑制导流环附近漩涡的产生及发展,静压恢复效果显著,能量损失较原型有所减小。研究结果可为汽轮机排汽缸扩压管改型提供参考。     

套筒结构对阀门节流特性影响机理分析

为研究套筒结构对汽轮机高压旁路阀节流特性影响机理,利用SST湍流模型对阀门内流道进行数值模拟,对比迷宫弯折型、条形孔型和圆柱直孔型3种套筒结构与同一套筒不同盘片对阀门节流特性影响。结果表明:3种套筒结构中迷宫弯折型套筒对阀门内汽流的降压、降速能力最强,其引起汽流滞止量最少,进入套筒内流道汽流碰撞损失最少;套筒各盘片的节流特性不同,越靠近套筒上方的盘片对汽流降压能力越强,越靠近套筒下方的盘片对汽流降速能力越强;阀门开度不同时同一盘片对阀门的节流特性影响也不同,但相对来说影响较小。     

汽轮机高压缸进汽蜗壳的数值研究

文章采用商用计算流体动力学软件CFX,针对某高压缸进汽蜗壳进行了详细的数值研究,并对影响切向进汽蜗壳气动特性的因素进行了研究,结果表明：切向进汽方式具有优越的气动特性,其进汽蜗壳截面的收缩比、截面形状以及进口管横向间距均对切向进汽室气动特性影响较大。湍动能和总压损失系数随截面收缩比的增加逐渐减小并趋于平缓。截面形状和进口管横向间距对切向进汽室总压损失系数影响较小,但对出口处湍动能影响较大。     

600 MW机组主调汽门系统的改造方案

针对某电厂600MW机组运行实测主汽阀和调节阀组系统压力损失偏大的问题,提出对主汽阀更换滤网通流面积更大的滤网、对调节阀碟接触面以下的部分型线进行改造这样两个改造方案,并对两个改造方案进行了计算,计算结果表明,若实施改造后,阀组系统的总压损失可以从原来的6.35%下降到4.2%左右,下降幅度达到30%,而且这两种改造方案对阀组系统的固定部件不做改动,对控制系统、油动机行程等都没有影响,实施方便,经济效益明显。图5表3参1     

光热汽轮机低压进汽结构气动性能分析与优化设计

为满足新能源汽轮机低压进汽系统的开发,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程研究了耦合第一级的光热汽轮机低压进汽结构的气动性能,并对无叶通道进行了优化设计,同时考虑了不同蒸汽调节阀结构对低压进汽系统通流能力的影响。结果表明:原始低压进汽结构会造成较宽跨度的静叶进汽攻角和较大的进汽不均匀度,最大汽流角分布在蜗壳的左右两侧;优化的策略在于增大进汽弯管的出流面积和倾角,通过减小滞止涡来降低汽流角跨度和进汽不均匀度,这样可以有效地改善第一级静叶进口的汽流组织;随着调节阀门偏心度的增加,蒸汽阀通流能力增大,且总压损失降低。研究方法和结果为高性能光热汽轮机通流设计提供了技术支撑。