小容积流量下汽轮机末级流场涡流结构特性分析

采用计算流体动力学软件CFX对汽轮机在小容积流量下的末级流场进行了数值模拟计算,分析了动叶不同截面流线特征,得到根部回流和动静顶部涡流的结构特征。结果表明:汽轮机末级在30%设计工况下动叶根部出现回流,动叶压力面出现附面层分离流。20%设计工况下末级达到鼓风工况,动静顶部出现涡流。且每种涡流的发展方向并不相同。为分析小容积流量下末级的安全性奠定了基础。     

末级长叶片透平级气动性能的数值研究

采用数值求解RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和S-A湍流模型的方法研究了背压和进口流量对汽轮机低压缸末三级通流部分流场结构的影响,特别是对末级长叶片透平级气动性能的影响特性。结果表明:背压升高和进口流量降低导致末三级总总等熵效率降低;随着背压升高和进口流量降低,进口汽流角(攻角)增大,叶栅通道内出现涡流,出口汽流角增大,使得余速损失先减小后增大。在高背压和小质量流量工况下,动叶出口扩压段出现回流区,动静间隙顶部出现环形涡流。指出了末级出口相对容积流量可以作为判定背压和流量变化引起末级长叶片和低压缸通流变工况特性变化的气动参数。     

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。     

深度调峰工况下350 MW汽轮机组低压缸流场与温度场分布特性研究

针对某电厂350 MW超临界机组汽轮机低压缸结构,建立了由末5级叶栅通道组成的低压缸通流区域单通道三维模型。选取从热耗率验收工况（THA）降低至1.5%THA的7种运行工况,构建了低压缸蒸汽流量变化全域图谱。利用计算流体动力学方法,在不同蒸汽流量下对末级汽轮机低压缸低压流场以及温度场进行计算。计算结果表明：在THA工况下,蒸汽能够顺畅地流过低压缸通道;随着蒸汽流量降低,回流涡出现在末级动叶叶根以及中弦后方区域,叶栅通道蒸汽流动混乱度逐渐增强;当蒸汽流量降低到14%THA时,末级动叶进入到鼓风加热状态,蒸汽对末级动叶做负功,末级动叶内功率为负值;当蒸汽流量降低到5.8%THA时,末级动叶吸力面顶部出现小范围200 ℃高温区域;当蒸汽流量降低到3.0%THA时,鼓风加热现象加剧,末级动叶顶部和静叶吸力面的叶尖区均出现了200 ℃高温区域,必须采取必要的措施予以低压缸降温。     

火电机组“热电解耦”后低压末级叶片动应力分析

电厂"热电解耦"后低压末级叶片处于小容积流量运行状态,叶片流场将发生变化,叶片沿叶高的热力参数将重新分布,汽流在动叶片根部和静叶栅出口顶部区域出现脱离,形成涡流,在小容积流量下,叶片流场涡流分布较多,低压末级叶片动应力会出现"突增现象",此时的动应力比设计工况要大约5～10倍,如果还是按常规算法给定激振力,是算不出动应力"突增现象"。研究了叶片在小容积流量下动应力计算方法,并得到与实验结果趋势相吻合的变负荷动应力曲线。     

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%。     

深度调峰工况下600 MW汽轮机低压缸流场数值计算与分析

为了解某600MW发电机组汽轮机低压缸在深度调峰工况下流场情况,建立了汽轮机低压缸7级叶片模型,采用数值模拟的方法进行了6种工况的计算和分析,得到了6种不同进汽参数下低压缸整个流场和末级叶片温度场的分布情况,并分析了低压缸进汽流量、进汽温度对整个流场和末级叶片温度的影响。结果表明:低压缸在质量流量为140t/h时,排汽出口开始出现回流,且出口区域底部最早出现回流;小流量工况下,末级叶片的最高温度出现在静叶片叶顶出汽边附近,且进汽流量越小,回流越严重,叶片表面温度越高;降低低压缸进汽温度,可有效改善鼓风效应并降低末级叶片表面温度。     

汽轮机高压缸小容积流量工况数值模拟

建立了某汽轮机高压缸的两级叶栅通道的数值模型,并且通过减小背压降低流量以达到模拟高压缸小流量工况的目的.对不同流量工况进行流场分析可以得到,小流量工况下高压缸的动叶顶部间隙处由于速度分布和间隙流的影响最易形成涡流,其随流量的减小,逐渐向流道底部发展.并且容积流量的减少会导致负攻角的产生,导致级内的分离流动.在小流量下分...     

小流量工况下汽轮机末级的脱流特性研究

利用CFX软件对小流量下汽轮机低压缸末级叶片的脱流特性进行研究。结果表明:在额定背压、G_1/G_0=0.3工况下,动静叶间隙开始形成脱流涡。随着流量的减小,脱流涡沿叶高向叶根方向发展。当G_1/G_0=0.08时,脱流涡几乎占据整个叶高,涡核由72.7%相对叶高迁移到49.1%,严重恶化末级流场,威胁叶片安全。     

小容积流量下汽轮机末级叶片流场特性分析

借助商用计算流体动力学软件CFX,选择入口质量流量不变,改变出口背压的方式,对不同容积流量下某大型汽轮机低压缸末级进行了全三维黏性定常流动的数值研究,全面分析了低压缸末级的流动特性。结果表明:在背压10k Pa(相对容积流量k=0.52)下,末级动叶10%叶高截面受逆压梯度的作用,在吸力面近尾缘区域开始发生流动分离,并随着流量的进一步减小,逐渐发展形成回流涡。背压升高到15k Pa(k=0.36)时,负攻角首先导致末级动叶50%叶高截面前缘区域发生流动分离,随着流量的进一步减小,流动分离产生的涡逐渐增大;90%叶高处由于扭转角度较大,负攻角的作用一直不大,但是压力升高到25k Pa(k=0.23)时,开始受到静叶扩压和动叶离心力产生的叶顶涡的影响,流场比较混乱。从15k Pa(k=0.36)开始,由于静叶扩压和动叶离心力影响,动静叶叶顶出现漩涡,后随压力升高逐渐增大,同时由于动叶旋转离心力造成的径向压力梯度,叶根尾缘区域也出现漩涡,并随压力升高向流道前部发展。     

665毫米末级叶片在小容积流量工况下的试验研究

一、前言现代汽轮机单机功率越大,末级叶片就越长。末级的功率占整台机组功率7～9％左右。因此,保证汽轮机低压末级长叶片在设计工况特别是在变工况下的安全经济运行,是发展大功率供热、调峰、空冷机组的关键技术问题在深度变工况下,末级喷嘴与动叶之间的轴向间隙顶部产生旋涡,动叶出口根部产生脱流和倒流,排汽部分过热,使末级效率显著降低,动应力水平增高,发生失速颤振和动叶根部出汽边水蚀,造成叶片断裂事故。为了保障末级叶片的工作可靠性,应从     

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。     

深度调峰运行时汽轮机低压叶片的安全性分析

为了满足电网深度调峰和供热的要求,低压缸需要长期在低负荷甚至零出力工况下运行。本文以某660 MW汽轮机为对象,对其深度调峰和供热工况下低压叶片的通流特性和运行安全性问题进行了研究,得到了不同排汽压力时低压末级叶片的流场分布以及相关参数随背压变化的规律,分析计算了叶片所受汽流弯应力,确定了汽流弯应力随背压的变化。结果表明：该机组在深度调峰和供热的小容积流量工况下,叶片所受汽流弯应力很小,满足不调频叶片的设计要求,能够保证机组安全稳定运行;小容积流量工况下,汽轮机的排汽压力降低,真空度提高,其低压部分摩擦鼓风损失大幅度降低,鼓风发热问题减少,汽流弯应力降低,汽轮机可以安全稳定运行。     

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％.     

汽轮机排汽通道喷水减温对末级流场的影响

汽轮机超低负荷运行时,末级的鼓风工况导致汽轮机排汽超温,因此需要对排汽通道进行喷水减温.采用欧拉-拉格朗日质子追踪法对排汽通道内喷水减温的传热传质特性进行了数值研究,分析了喷水减温对末级流场的影响.结果表明:排汽通道内的流场具有蒸汽与减温水温差小、蒸汽流动速度快的特点,导致减温水的蒸发量极小.喷水对动静间隙涡和分离涡的...     

汽轮机末级动叶片大负攻角工况下的气流激振分析

在小容积流量工况下运行的大功率机组的末级动叶顶部进口气流的负攻角流动易造成叶片压力面的气流分离,在一定条件下会诱发叶片颤振。对一典型平面动叶栅大负攻角下的二维分离流场进行数值分析,得到了详细的流场信息和叶片作用力及力矩与攻角的关系。采用准定常的方法,给出了叶片发生扭转和弯曲振动时,激振流场对叶片的气动功的计算方法,并根据能量法的原理,讨论了判断叶片颤振的方法。     

H级联合循环汽轮机深度调峰技术研究

研究了某H级联合循环汽轮机深度调峰下的运行模式及该工况对汽轮机造成的危害,提出了增设流场干涉元件、进行末叶片喷涂、分段多路并行喷水、基于监测进行运行调控的技术优化方案。以上方案可改善汽轮机深度调峰下低压缸的经济性,提升叶片抗水蚀能力,避免过度鼓风发热及叶片颤振,从而提高H级联合循环汽轮机的深度调峰能力。     

汽轮机低压通流区鼓风态流场数值分析

为了研究低压缸进汽流量变化对某汽轮机低压通流区域流动鼓风特性的影响,建立了低压末级通流区域全5级流动分析数值计算模型,并应用SST湍流模型对三维RANS方程组进行了求解。数值计算结果表明:当低压缸进汽流量降低至8.9%THA进汽流量时,末级会出现较为明显的鼓风态流动现象。随着流量的减小,鼓风现象愈加明显。鼓风温度最高的区域位于末级静叶与动叶之间。研究成果可为低负荷工况下汽轮机设计及运行提供参考。     

汽轮机末级旋转不稳定性研究

基于汽轮机低压末级流动的非稳态数值计算结果,研究了低质量流量下低压末级流道发生的旋转不稳定现象。为了更好地了解在低流量下汽轮机运行的旋转不稳定性,采用低压末级整圈动静叶流道耦合排汽缸进行非稳态数值计算。发现末级动叶已经处于压气机状态并且流动的周向均匀性被破坏,以及在叶顶间隙泄漏流与主流的挤压下形成的泄漏涡撞击到毗邻叶片吸力面并发生溢出、形成二次泄漏流等情况。泄漏涡进一步影响叶片间叶顶前缘的压差分布,以长波的性质形成旋转不稳定。频谱分析捕捉到了旋转不稳定在绝对与相对坐标系下的旋转频率以及周向扰动个数。     

沙角A电厂N300-16.7/538/538机组在小容积流量工况下性能的计算和分析

采用开发的“大功率中间再热汽轮机热力性能和气动性能计算软件包和低压级组小容积流量流场,气动性能计算程序”,对沙角A厂300MW汽轮机低压级组在小容积量工况下性能进行计算和分析,预测了末级产生脱流工况的结果,可供调峰运动参考,图9表2参6。