大型汽轮机低压排汽缸气动分析研究

低压排汽缸的气动性能影响汽轮机组的功率和效率。文章对单独排汽缸和汽轮机低压末级整圈与排汽缸耦合进行了数值分析对比,发现汽轮机末级动叶出口流场的不均匀性和强烈的预旋影响低压排汽缸的气动性能。高性能的低压排汽缸设计应该考虑末级与低压排汽缸流场之间的相互作用。     

汽轮机低压末三级耦合排汽缸的气动性能研究

为满足大型核电汽轮机低压排汽系统的开发,采用ANSYS-CFX软件数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程和k-ε紊流模型方法研究了低压缸末三级与排汽缸的变工况气动性能.结果表明:变工况显著改变了末级动叶的气动性能,对次次末级、次末级和末级静叶的气动性能几乎没有影响;排汽缸的气动性能受变工况的影响较大,小流量工况下的涡系结构发生较大变化,降低了扩压器静压恢复能力,增加了总压损失和改变了蜗壳内的流场;排汽缸背压减小导致透平级流量的降低和末级动叶出口气流角的变化,进而改变了排汽缸进口的流场特征.研究结果可以为汽轮机排汽缸的设计和优化提供理论支持.     

叶顶汽封漏汽对汽轮机排汽缸气动性能的影响

利用CFD方法对某汽轮机的末级叶片、叶顶汽封和排汽缸进行了整圈耦合计算,考虑了筋板和撑管对流场的影响,较真实地对低压排汽缸进行了数值模拟,结果表明末级动叶片叶顶汽封漏汽对排汽缸气动性能有较大影响,为以后的排汽缸气动设计及优化工作提供了新思路。     

汽轮机排汽缸性能分析和气动设计的研究进展

大功率汽轮机低压排汽缸的气动性能分析和设计对于提高机组的经济性具有非常重要的作用。低压末级与排汽缸间的相互作用以及排汽缸内的复杂结构导致排汽缸具有典型的非定常和非周期性的流动特性。介绍了排汽缸的基本结构特点,综述了国内外在排汽缸气动设计和性能分析方面的研究进展,给出了西安交通大学TurboAero研究团队在大功率汽轮机低压排汽缸全三维性能分析和气动设计方面的研究结果,最后讨论了大功率汽轮机排汽缸方面的研究展望。排汽缸气动性能的影响因素可概括为:末级动叶出口旋流、顶部间隙射流、动叶尾迹和排汽缸几何结构。排汽缸的气动性能研究需要耦合低压缸通流结构开展,充分考虑通流结构和排汽缸间的相互作用。     

汽轮机低压末级仿生叶型优化及流动特性研究

采用数值模拟方法对某火电机组汽轮机低压末级在小容积流量工况下级内流动分离的发展规律进行了分析,为了提升汽轮机在小容积流量工况下的做功能力,将仿座头鲸头部凸起的结构应用于末级动叶背压面进行型线优化,并基于正交法分析对比了原叶型与不同仿生叶型的末级动叶力矩.结果 表明:在小容积流量工况下,仿生凸起结构对改进末级动叶的力矩具有积极作用;正交法分析获得了具有较好性能的优化型线,使进口相对容积流量=0.3580工况下的末级动叶力矩提高了26.6％.     

耦合末级叶片的汽轮机排汽缸气动数值模拟

为研究末级叶片出口流场径向的不均匀性对排汽缸气动性能的影响,基于稳态的三维N—S方程、能量方程以及连续性方程,采用商业CFD软件进行了排汽缸气动性能的数值模拟计算．结果表明：耦合末级叶片的数值模拟计算结果更接近真实值;动叶叶顶漏气射流对排汽缸内的流动结构有很大影响,使得计算得出的静压恢复系数有所增加;叶片叶顶漏气影响不可忽略,在今后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑末级叶片的影响;排汽缸进口条件对于其气动性能有着决定性的影响．     

百万核电汽轮机低压排汽缸气动性能数值研究

以引进的AP 1 000核电汽轮机为例,建立了低压排汽缸的三维模型,考虑到进口参数受末级动叶出口流动的影响,采用了低压末级叶片和排汽缸联合计算的数值模拟方法,详细分析了排汽缸内部的复杂流动情况,分析了该排汽缸三维流动情况和总参数,为核电汽轮机低压排汽缸国产化提供了重要的指导意义。     

某800MW改造机组气动优化

针对某800MW改造机组,研究了机组低压末级和调节级叶型设计。针对机组特点,低压末级动叶优选1029mm叶片,优化静叶和子午形状,以提高根部反动度和级效率。同时,考虑工艺、固体颗粒侵蚀、变工况等,全新设计了调节级静叶。三维数值模拟结果表明,低压末级优化后,机组效率提高了0.1%,热耗降低约7 kJ/(kW·h)。     

核电机组低负荷运行对汽轮机低压末级动叶水蚀的影响

介绍了汽轮机动叶水蚀的形成机理,分析了水蚀的影响因素和不同负荷下的水蚀侵蚀指数的变化趋势,实测了两台同类型核电汽轮机首个运行周期后低压末级动叶水蚀情况,经理论分析和实测证实,汽轮机低负荷运行将加速低压末级动叶的水蚀速率,且无法通过优化机组运行参数来降低低压末级动叶的水蚀速率。提出机组大修期间需加强对低压末级动叶水蚀情况的测量和评估。     

叶片顶端跨音速叶型的气动性能分析与优化

应用流动计算分析软件CFX,对某大型汽轮机末级动叶顶部截面叶型的跨音速流动进行了数值模拟研究,分析叶栅中激波结构特征和流动损失机理.采用3阶Bezier曲线表达叶型中弧线,2阶与3阶Bezier曲线组合表达叶型厚度分布,结合Kriging代理模型优化叶型,改善气动性能.结果 表明:末级动叶顶部截面叶型气动损失主要与激波强度及其反射位置有关;叶型优化后,叶栅内激波强度减弱,相比原叶型,激波损失减少约32％,同时削弱了激波对边界层的影响,边界层损失降低约17％;优化叶型总压损失下降24％,气动性能明显提高.     

叶顶间隙对于汽轮机排汽缸气动性能的影响

介绍了汽轮机末级动叶叶顶间隙对于汽轮机排汽缸性能的影响,通过耦合末级叶片的排汽缸气动数模拟来考察这一影响,发现排汽缸内的流场情况会随着间隙漏汽量的不同而产生变化,表征气动性能的压力恢复系数也随之变化.研究表明,叶顶间隙射流对于排汽缸内流场的影响是不可忽略的,在以后的排汽缸气动设计及优化工作中需要考虑叶顶漏汽射流.     

660MW汽轮机低压排汽缸联合末级整圈叶片气动性能研究

为了减少汽轮机低压端排汽余速损失,设计具有较大压力回收能力的低压排汽缸对整个机组的效率提升具有非常重要的意义。对660MW的汽轮机低压缸进行了CFD数值模拟,考虑到低压缸流动具有不对称性、强三维流动的特点,选择末级整圈叶片和低压排汽缸一起作为研究对象,研究结果表明该低压缸具有较好的气动性能,能有效地将末级余速损失转化为压力能回收。     

汽轮机排汽缸的气动研究进展

汽轮机排汽缸是连接凝汽式汽轮机末级出口至冷凝器的通道,改善其气动性能可提高汽轮机的效率。本文从数值分析及试验两方面对排汽缸的研究进行了分析,并对提高气动性能的新型措施进行了归纳。分析表明：末级与排汽缸湿蒸气汽液两相流的联合数值分析是排汽缸流场数值分析的发展方向;模型试验是排汽缸研究的主要方法,由于进口气流对排汽缸性能的影响敏感,进口流场应反映末级出口气流的真实状况,并要特别注意叶栅顶部出口气流的模拟。提高排汽缸气动性能的新型措施为：采用具有负超高的扩压器和非对称扩压器;中分面布置轴向栅格型涡阻尼器;采用除湿措施,减少湿度损失;冷凝器喉部结构及加强系统的改进。     

低压缸切缸工况下流动与鼓风特性数值研究

为了研究低压缸切缸工况时机组的运行能力,以国内某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立低压缸单边八级叶栅单通道流场三维计算模型,分析不同入口流量下其内部流动结构和气动性能以及末级动叶的鼓风加热特性。结果表明：随着低压缸入口流量的持续减小,排汽出口和末级叶栅内会陆续出现排汽回流和汽流分离现象,并伴随有动叶入口的负攻角现象;当低压缸入口流量减小至1.19%额定流量时,工质做功无法弥补低压缸转子旋转耗功,低压缸整机无法输出功率;当低压缸入口流量降低至7.44%额定流量时,末级通道动静交界面靠近叶顶区域和末级动叶通道靠近叶顶区域出现局部高温区,出现切缸工况末级动叶的鼓风加热效应;同时,切缸工况下末级静叶鼓风加热温度抬高程度显著大于末级动叶,相较于额定工况末级静叶和末级动叶表面最高温度分别抬高了约10596%和71.91%。     

某新型高效冷凝发电汽轮机排汽缸气动性能研究与结构优化

采用雷诺时均处理的N-S方程和标准k-ε湍流模型,将某新型高效冷凝发电汽轮机低压排汽缸与末级叶栅进行了联合仿真数值模拟研究。计算结果表明:排汽缸中存在以分离涡和通道涡占主导地位的漩涡流,导致气动性能不佳;为了改善扩压能力进而提高其气动性能,采取调整内外导流环扩张角度以及轴向长度等措施对扩压器进行了结构优化,优化后排汽缸出口静压恢复系数从-0.137提升到了0.1617,总压损失系数降低了近18.5%,整机效率提升了近0.5%。     

增压级末级流路和末级静叶安装角优化设计

为了改善增压级流场特性、提升包括增压级在内的低压压气机部件的性能水平,本文开展了增压级末级流路和末级静叶安装角的优化设计。通过优化增压级末级动叶和静叶的进口马赫数,验证了末级流路大曲率变化特征对于叶片根部流场的影响;通过优化末级静叶的安装角,降低了内涵支板对上游流场的堵塞效应;在此基础上,实现了低压压气机部件性能水平的提升。三维数值求解结果表明,低压压气机部件设计工况的效率提升了0.30个百分点;末级静叶进口静压的最大值下降了约2 000 Pa,进口静压的周向不均匀性明显降低。本文的研究成果在大涵道比航空发动机压缩部件的气动设计中具有重要的工程应用价值。     

小焓降宽负荷叶型开发

结合宽负荷叶型设计思想,在小焓降叶型的基础上,进一步优化其变工况性能,最终完成了小焓降宽负荷叶型的开发,并进行了吹风试验,验证了叶型的变工况能力。     

低压缸小容积流量工况的计算分析和改造措施

对某350 MW超临界机组汽轮机低压缸小容积流量工况的热力参数、流场、末级动叶强度和末级动叶动应力等进行了计算,分析了汽轮机低压缸在小容积流量工况级间热力参数和排汽参数的变化情况,得到了小容积流量工况下低压缸末级动叶的强度和动应力变化规律。对低压缸小容积流量工况的运行风险进行了分析,并提出了相应的改造措施。结果表明:随着低压缸进汽质量流量的不断减少,低压缸末级长叶片区域开始出现涡流和倒流现象,低压缸鼓风发热不断加剧,叶片温度升高,许用应力下降,动应力增大;可以采用增加温度测点和排汽区域喷水减温等手段来保证低压缸的运行安全。     

高速高载荷变转速汽轮机扭叶片优化设计及可靠性分析

为了完成高速高载荷系列工业汽轮机的低压级扭叶片的设计和应用,以常规驱动汽轮机叶片为原型,对其末三级扭叶片组进行了全三维气动性能分析;利用自适应差分进化算法对末三级叶片的型线和积叠规律进行了优化设计;然后根据常规强度计算结果,选择合适的材料并选择松拉筋配枞树型叶根的结构;最后采用有限元仿真软件对其进行了强度振动和动应力及疲劳分析。结果表明：优化后末三级叶片的气动效率提升约1.61%且强度满足要求;设计末两级动叶片时,优先考虑可靠性,其余级因其强度振动问题相对容易解决,优先考虑气动效率;末级叶片材料可能需要选择钛合金,而枞树型叶根是更可靠的叶根形式;选择抗弯模量大、厚度小的叶型搭配松拉筋有利于增加叶片刚度、减小叶片重量,从而为不调频叶片的设计提供参考。     

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。