透平长叶片级动叶通道内水滴运动模型研究

建立了旋转坐标系下蒸汽-水滴两相运动模型，并将其应用于波纹板汽水分离器内汽水两相流动过程的模拟，同实验结果进行的对比表明，该模型能够准确地描述汽水分离过程。在此基础上，细致地研究了透平长叶片级动叶通道中蒸汽-水滴两相流动过程，获得了不同入射位置、不同粒径水滴在动叶内的运动轨迹及撞击动叶表面的位置、速度和方向，计算得出的撞击部位与实际中动叶水蚀部位吻合良好。以上分析结果为液固撞击过程以及液滴侵蚀固体表面问题的研究提供了重要的数据。     

汽轮机末级动叶片出口边水蚀特性及疲劳裂纹扩展的研究

空冷汽轮机组、调峰汽轮机组及热电联产汽轮机低压缸在小容积流量工况下运行时，末级动叶片根部分离流区的回流会将排汽缸湿蒸汽中的水滴带回叶栅通道，使动叶片吸力面出口区侵蚀并引发疲劳裂纹。为了确定机组负荷工况对叶片水蚀特性及叶片安全性的影响，首先利用流线曲率法发展出一种计算回流气动特性及水滴撞击叶片速度的方法。并用以分析了一台200MW汽轮机末级动叶根部出口边水蚀的特性，分析结果与实际情况较一致。此后，采用断裂力学理论研究了出口边水蚀缺口处的裂纹萌生期与扩展的增长率，计算结果与实际裂纹发展情况较为符合。所发展的方法为研究预防叶片出口边水蚀方法和合理制定机组检修周期提供了有用手段。     

弯叶片对二次水滴运动特性及水蚀的影响

为探索减轻工业汽轮机末级叶片水蚀的主动控制措施,从气液两相流动的运动特性出发,研究了水滴在级环境下的运动特性与二次水滴侵蚀问题.通过比较静叶不同弯曲设计对二次水滴的影响,得到了弯叶片影响静叶表面水滴运动特性的机理,提出以弯叶片控制二次水滴撞击范围与强度的方法.结果表明:静叶反弯能够减小二次水滴在叶展中部的速度,这一作用对二次水滴在静叶表面的运动也适用;静叶反弯能够增大二次水滴在叶片两端的速度,有利于二次水滴顺利通过动叶栅通道,减少二次水滴对动叶的撞击;静叶反弯通过改变二次水滴速度分布,大幅降低了动叶顶部吸力侧的水蚀程度,静叶反弯25°可使动叶高侵蚀率区域面积减小90%以上.     

试验汽轮机内湿蒸汽测量研究

汽轮机内部的湿蒸汽会对机组的运行效率、动叶片水蚀及机组运行寿命产生重要影响。介绍了国内外对于汽轮机湿蒸汽研究的概况,使用基于多波长消光法与光阻法测量原理结合的湿蒸汽测量集成探针系统,对某汽轮机末级湿蒸汽1次、2次水滴进行了实测研究,介绍了1次水滴与2次水滴的测量方法及数据处理过程,给出了包括1次水滴湿度与2次水滴数目及粒度分布的计算结果。结果表明,沿着叶高1次水滴湿度与2次水滴粒度渐增,而经过运用除湿措施的末级后2次水滴平均粒径减小、粒度分布变窄。     

能同时测量低压汽轮机内流场和湿度的联合探针的研制及实验研究

了解低压汽轮机内湿蒸汽两相流的流场及湿度，水滴尺寸等对于汽轮机的叶片设计，提高效率，了解水蚀机理及防止是很重要的。     

基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法的汽轮机湿蒸汽测量实验研究

为了揭示汽轮机内湿蒸汽两相流动机理,提出了基于RGB三波段消光法和单帧单曝光图像法(SFSEI)的湿蒸汽测量探针系统,并采用2 100nm和960nm聚苯乙烯标准颗粒以及粒径范围为50~400μm的标准圆图像标定板对探针系统测量准确性进行了实验验证.利用该探针对某330 MW汽轮机在277 MW定压运行时末级后湿蒸汽进行了测量.结果表明:沿叶高方向,一次水滴的粒径分布在0.7~0.9μm,湿度在6%~9%,二次水滴的最大速度可达225.7m/s,最大粒径约200μm,并且二次水滴的速度、粒径和运动方向角随叶高变化不同;该探针系统可实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,为湿蒸汽研究提供依据.     

叶片表面超亲水和超疏水特性对二次水滴形成影响的研究

为了探索减轻汽轮机低压叶片水蚀破坏的新措施,从二次水滴的形成机理出发,提出叶片表面进行超亲水和超疏水处理,搭建了水滴形成试验台,模拟汽轮机内叶片表面水膜在超亲水和超疏水表面破碎形成水滴的过程,采用单帧单曝光图像法测量了水滴粒径和速度,得到了试样模拟叶片表面亲疏水性能对二次水滴粒径和速度的影响规律.结果表明:与普通试样模拟叶片和超疏水处理的试样模拟叶片相比,超亲水处理试样模拟叶片所形成水滴的尺寸较小,较小水滴易被主汽流携带加速,可以减轻水蚀破坏;通过对静叶片表面进行超亲水处理有可能减轻叶片水蚀.     

汽轮机变工况下末两级内的非平衡凝结流动特性研究

汽轮机级内湿蒸汽凝结流产生的水滴会降低汽轮机做功功率,同时对汽轮机叶片带来潜在威胁。为研究不同负荷下汽轮机湿蒸汽内的非平衡凝结流动特性,采用非平衡凝结流动模型对汽轮机末两级叶片进行数值模拟计算。结果表明：不同负荷下,过冷度最大值均在次末级静叶,最大值为20K,然后逐级降低至0K;同一负荷下,汽轮机湿蒸汽级内的湿度大小逐渐增加,且末级动叶20%叶高处的湿度最大,最大值为9.5%;同一负荷下,湿蒸汽的成核率在次末级的静叶处达到最大值,且3种不同负荷下成核率最大值分别是50/（m³·s）、45/（m³·s）、13/（m³·s）;凝结水滴的直径较小,在0～1μm之间。这对汽轮机通流部分设计和改造提供了理论参考。     

某除湿级动叶两相流数值模拟

核电汽轮机的大多数级工作在湿蒸汽区,湿蒸汽引起的侵蚀主要有长期低负荷运行引起的静叶出气边根部水蚀以及在动叶进气边顶部的水蚀。如何有效提高动叶除湿能力,降低进气边顶部侵蚀是汽轮机研究的重要课题。基于CFD软件平台,选择k-ε湍流模型和离散相模型研究5μm、20μm、50μm、100μm、150μm、200μm直径的水滴在某除湿级动叶流道中的运动情况,获得动叶内部流动特性以及对水滴的捕捉能力,为除湿级动叶研究和设计提供一些技术建议。     

光学探针测量汽轮机排汽的实验研究

本文介绍了作者研制的湿蒸汽光学探针及其在12MW汽轮机上测量的初步实验结果.表明光学探针的研制是成功的.为测量汽轮机内效率、排汽湿度和水滴尺寸,为研究湿蒸汽两相流和叶片水蚀,提供了一种新的测量手段.图6表1参13     

Numerical simulation of a new hollow stationary dehumidity blade in last stage of steam turbine

As a result of adopting saturation steam and long blade, problems of water erosion of last stage blade for steam turbine become more prominent. In order to improve the operation reliability and efficiency of steam turbine, it is necessary to investigate the nonequilibrium condensing wet steam two phase flow and the dehumidity method. A wet steam model with user defined function based on FLUENT software was investigated to simulate the steam condensing flow in the cascades. The simulation consequences show that the pressure variations in simulation depict a good agreement with the experiment data. On the basis of the discrete phase model simulation results and experiment data, the efficiency of existing dehumidity blade with suction slot was calculated. A new stationary dehumidity blade was designed to elevate the dehumidity efficiency: the efficiency in the suction surface was increased by 21.5%, and that in the pressure surface was increased by 12.2%.     

湿蒸汽两相压缩过程工作特性理论研究

为了抑制高温进汽水蒸气压缩过程的温度升高,可以采用湿压缩方式,利用水滴升温显热和汽化潜热来降低压缩终了的排汽温度,改善压缩机工作性能。本文通过对两相湿压缩过程的分析,建立水蒸气基元容积两相湿压缩过程数学模型。根据所建立的模型,采用数值模拟的方法对螺杆压缩机压缩水蒸气过程进行了计算,并分析了湿蒸汽进汽千度及水滴微粒直径对排汽温度和压缩功率的影响。     

汽轮机内湿蒸汽两相流流场的实验研究

凝汽工汽轮机末几级往往工作于湿蒸汽区，工作条件恶劣。作者研究了能同时测量汽液两相流动状况的集成化探针，并成功地在电厂进行了实测。实验结果表明：汽轮机中湿蒸汽的流动特性沿叶高是不均匀的，湿蒸汽中二次水滴的流动速度和方向与主汽流都有很大差别。讨论了湿蒸汽流场的测量方法并对部分实验结果进行了分析。     

Numerical study and control method of interaction of nucleation and boundary layer separation in condensing flow

The spontaneous nucleation flow in turbine cascade was numerically studied. The model was implemented within a full Navier–Stokes viscous flow solution procedure and the process of condensation was calculated by the quadrature method of moments that shows good accuracy with very broad size distributions. Results were presented for viscous and inviscous flow, showing the influence of boundary layer separation and wake vortices on spontaneous nucleation. The results show that the degree of flow separation in wet steam flow is greater than that in superheated steam flow due to condensation shock and that the loss cannot be neglected. Furthermore, the impact of boundary layer separation and wake vortices on velocity profiles and its implications for profile loss were considered. The calculations showed that layer separation and wake vortices influence nucleation rate, leading to different droplet distributions. A method for controlling homogeneous nucleation and for reducing degree of flow separation in high-speed transonic wet steam flow was presented. The liquid phase parameter distribution is sensitive to the suction side profile of turbine cascade, which impacts the nucleation rate distribution leading to different droplet distributions and affects the degree of flow separation. The numerical study provides a practical design method for turbine blade to reduce wetness losses.     

复杂阻尼结构汽轮机末级长叶片寿命评估相关研究进展及展望

目前汽轮机叶片设计和安全性考核主要采用的是以许用应力为基准的静强度准则和以安全倍率为基准的动强度准则,随着汽轮机设计制造水平的提高,尤其是近年来在超临界和超超临界大功率汽轮机中广泛采用具有复杂阻尼结构的长叶片,该方法已经表现出越来越多的局限性,建立一套从寿命损耗角度评估叶片安全性的方法十分必要。总结了近年来国内外在叶片寿命评估相关研究如静态应力分析、动态应力分析、叶片高周和低周疲劳寿命分析以及叶片水蚀疲劳分析等4个方面的研究进展,并对进一步深入研究提出了一些思路和方法。     

东方空冷600MW两排汽汽轮机的设计

在我国西北地区由于水资源严重短缺,而这些地区又富产煤,在我国以煤电为主的能源结构情况下,大力发展空冷机组是一条必由之路。国家已将建设大型空冷电站列入“十一五”规划纲要。我国空冷技术在20世60年代开始起步,经过多年的发展,在各个方面均取得了丰硕的成果,特别是在空冷汽轮机的设计方面积累了丰富的经验,同时随着国家对节能环保要求的进一步提高,开发高参数、大容量的高效空冷汽轮机已到了水到渠成的时候。该文就大型空冷600MW两排汽汽轮机设计中的关键技术如机型、容量、效率、末级叶片、排气装置、系统配置等进行论述。实践证明,东方空冷两排汽汽轮机组设计先进,可靠性高。     

先进的具高出力的核电汽轮机

介绍了西门子设计制造先进大功率核电汽轮机的长期运行经验,并发展半速饱和蒸汽核电汽轮机,功率达1700MW,末级长叶片高度为1829mm,从设计、工艺、材料选择等方面论述了提高机组出力、提高机组效率、减少腐蚀的方法,其中包括套装叶轮设计、3DSTM叶片技术、高压透平和低压透平等。