涡轮第二级动叶冷却结构设计研究

以某涡轮第二级动叶为研究对象,结合参数化特征建模技术研究设计冷却结构,并研究了温度分布,结果表明:叶片的改型对于流道内的温度分布影响很小,而叶片内部温度的分布有一定变化.在叶片后腔所在区域底部截面上,温度下降了10 K左右,在中部截面和顶部截面上冷却效果没有明显改善.     

涡轮导叶冷却结构设计及性能分析

按照涡轮传热分层设计流程,对某型燃气轮机高压涡轮导叶进行了冷却结构设计。利用管网设计方法快速得到符合设计要求的基本冷却结构,采用UG建模与自编程序相结合快速生成实体模型,并选取两种典型冷却方案进行全三维气热耦合计算。计算结果表明：两种冷却方案总冷气量基本相同时,前腔冷气流量更大的方案2满足设计要求,其前腔无量纲流量为0.052 7,后腔无量纲流量为0.049 4,叶片表面无量纲平均温度为0.666 7,无量纲最大温度为0.737 1;增大吸力面“簸箕”形状气膜孔的冷气流量,可以有效降低吸力面中后部高温区域的温度;利用管网设计可以快速搜寻合理的冷却结构方案,该设计方法显著地缩短了设计周期。     

某重型燃机透平动叶冷却结构设计

在对某重型中低热值燃机透平动叶冷却结构分析的基础上,采用流体计算软件建立气热耦合计算模型,完成叶片内外部流场和温度场气热耦合计算,并对冷却结构的换热效果进行分析,在不增大冷却流量的前提下增加湍流结构提高了叶片的冷却效果。     

某型涡轮动叶气动性能的实验研究

在环形涡轮叶栅低速风洞上,对原型和改型两套动叶栅进行了不同冲角下的吹风实验。应用五孔探针与设置在叶片表面上的静压测孔,分别测量了叶栅出口横截面的气动参数沿节距与叶高的分布以及根、中、顶3个廻转面内静压系数沿叶型的分布。实验结果表明:与原型动叶比较,改型动叶总损失在-10°、-5°、0°、5°和10°5个进气冲角条件下分别降低了6.17%、4.73%、13.53%、19.34%和21.7%,而且具有良好的冲角适应特性。     

某型燃气轮机高压涡轮动叶冷却结构设计研究

对某型燃气轮机高压涡轮动叶进行气热耦合数值模拟,分析了该叶片的温度场情况。叶片表面最高温度为1 210 K左右,平均冷却效果为0.425。为了解决该叶片前缘温度较高且存在较大的温度梯度,以及顶部叶冠的冷却需要消耗大量冷却空气的问题,对该叶片进行了去掉顶部叶冠、增加前缘气膜的改型设计。通过对改型叶片进行数值模拟,并根据结果进行优化,最终得到一个满足设计要求的冷却结构。优化后的涡轮叶片前缘温度降到1 150 K以下,平均冷却效果达到0.45,满足设计要求。     

舰船燃气轮机高压涡轮动叶多维热耦合设计方法

针对舰船燃气轮机复杂高效冷却叶片设计,基于压力修正算法建立冷却叶片一维管网设计方法;通过快速求解可压缩边界层微分方程获得叶片外换热边界,基于参数化的叶片网格生成方法,采用全隐式有限体积的固体导热求解方法,构建了冷却叶片的耦合传热模型,开发了耦合传热计算程序。对某高压涡轮动叶进行多维热耦合设计,确定冷却流路及冷气分布,通过三维气热耦合计算验证了设计方案的可行性,通过对比分析验证了多维热耦合设计方法对主要流通单元的流量、压力误差小于5%,具备较高的工程应用价值。     

涡轮第二级导叶冷却结构设计研究

以某涡轮第二级导叶为研究对象,结合参数化特征建模技术研究设计冷却结构,并进行气热耦合分析,研究结果表明:低压导叶外部各截面上的温度分布均匀,尤其是在冲击冷却的部位,温度明显低于尾缘区域,而且冲击冷却在压力面上的冷却效果要好于吸力面,冷却效果理想.低压导叶内部温度梯度较大,整个叶片内壁面由冲击射流和横向流动作用使得冷却充分均匀.     

汽轮机阀门活动试验工况下高压第一级动叶热应力分析

针对阀门活动试验工况下的叶片安全问题,以某1 000 MW核电汽轮机组高压缸第一级动叶片及其进汽腔为研究对象,通过商业仿真软件ANSYS,对机组额定工况以及95%和85%额定工况下的阀门活动试验工况进行了数值模拟,并通过瞬态流-热-固耦合方法,对进汽腔后第一级动叶进行了热应力及变形分析。结果表明：在全周进汽下,调节阀关闭使进汽腔后出现非均匀流场,动叶热应力受流场影响有较大波动,3种工况下叶片所受极值热应力在18～55 MPa之间,叶片瞬态最大变形量在0.498～0.52 mm之间;降低至机组额定功率的95%和85%进行阀门试验,使叶片平均极值热应力分别上升15.1%和23.2%,由于热应力极值小于材料的疲劳极限,认为95%和85%额定功率下的阀门活动试验对叶片安全运行产生威胁不大。     

某型高压汽轮机动叶栅的气动优化设计

利用CFD(计算流体力学)技术对某冲动式汽轮机的高压级动叶进行了改型设计。对比数值模拟结果,优化后有效地改善了叶栅流道中的流动状况,级性能有了显著的提高。     

烟气轮机动叶轮盘冷却共轭传热数值分析

使用CFD方法,对带有蒸汽冷却的某烟气轮机动叶轮盘进行热-固耦合数值分析。轮盘温升与其周边流场与温度场的耦合计算采用CFX的共轭传热方法,忽略热辐射影响,将流体域与固体域内的传输方程进行耦合求解,通过能量方程平衡流体和固体界面上热流,实现了流场与温度场的耦合数值分析。计算结果揭示了烟气轮机轮盘处复杂流动中烟气、冷却蒸汽对轮盘气动加热特征,并给出了冷却蒸汽对动叶轮盘温度场分布的影响规律。     

基于流热耦合的燃气轮机透平叶顶冷却设计

燃气轮机透平叶顶区域存在复杂的流动和换热问题,承受很高的热负荷。为了降低透平动叶叶顶温度,在透平叶顶现有结构的基础上提出气膜冷却和气膜+内冷通道冷却两种叶顶冷却方案,并通过流热耦合计算分析冷却升级前后叶顶区域的换热和流动特性。研究发现：叶顶气膜冷却方案可有效降低叶顶温度,特别是叶顶前缘至中弦区域;而气膜＋内冷通道冷却方案基于外部气膜冷却,结合内部冷却通道设计,可进一步降低叶顶尾缘的温度;与原型叶片相比,气膜+内部冷气通道的复合冷却设计可以使叶顶尾缘最高温度降低24 K。     

燃气涡轮无气膜动叶设计流程及分析

为了进行涡轮动叶冷却结构设计,采用一套设计流程,完成了某型涡轮第一列动叶无气膜方案设计。结果表明:管网计算设计中,得出调整后冷却结构的第一腔流量为16.85 g/s,第二腔流量为40.78 g/s,前缘最大温度为1 169 K,低于材料许用温度,满足设计要求。三维导热中的最大温度相比管网计算得出的温度有所上升,通过分析,管网计算未能考虑极值温度,因此三维导热计算是有必要的。从给出的三个截面温度场可以看出,前缘位置存在一定高温区,但最大温度低于设计温度,温度场符合设计要求。     

透平冷却空气量计算方法综述

燃气轮机效率提高的主要途径是提高透平进口温度。随着透平进口温度的不断提高,对冷却空气量的需求也逐渐增多,为保证透平安全可靠运行,透平冷却空气量的计算就显得尤为重要。本文对比了国内几篇文献中针对V94.3燃气轮机透平冷却空气量的估算方法,同时介绍了国内外其他研究人员利用流体网络法的研究成果。通过对比分析可知,采用叶片冷却模型以及从燃气轮机功率角度估测冷却空气量的方法适用于工程应用。流体网络法有严谨的理论支持,可针对空气系统具体部件进行计算分析。     

国产1000MW超超临界机组转子的冷却系统

转子冷却系统是有效防止转子热疲劳,提高转子材料使用等级的重要装置。重点分析了国产1 000MW超超临界汽轮机的高中压转子的冷却系统及其特点,以期为现场技术人员提供参考。     

30Cr1Mo1V钢转子锻件差异热处理工艺研究

用差异热处理的方法处理了３０Ｃｒ１Ｍｏ１Ｖ钢高、低压联合转子,使转子性能满足了设计要求,特别是低压侧的脆性转变温度ＦＡＴＴ５０降至工作温度以下。与原油冷工艺相比,差异热处理方法明显改善了转子的综合性能。     

超超临界汽轮机中压转子冷却的非定常数值模拟

对超超临界蒸汽轮机中压级转子冷却流动进行了非定常数值计算,在一个周期内取10个物理时间步,分别取出t/T=0.0、0.2、0.4、0.6、0.8,5个典型的计算位置点进行比较分析.计算结果表明,动、静叶相对位置的变化将引起动叶根部及吸力面温度场随时间发生相应的改变,并且温度变化的主要区域在动叶根部附近.     

动叶端壁离散孔气膜冷却的数值研究

基于某F级燃气轮机第一级动叶栅的数值模拟,以实现动叶端壁气膜冷却全覆盖为目标,分析定常下动叶端壁的流动与传热特征,拟综合考虑端壁二次流结构特征与级间封严冷气泄漏流的影响,将端壁划分为四个具有不同流动传热特征的区域,并据此设计了叶根端壁仅13孔数的离散气膜孔布置方案各区域采取不同的冷却方式根据不同吹风比下的研究结果发现:吹风比为0.75时端壁冷却有效度均值在0.2以上,实现了全端壁冷却的目标;前缘附近端壁冷却效果受吹风比影响显著,吹风比在0.75以上时冷却有效度达到0.5以上;除近压力面区域,气膜冷却效果随吹风比的增大而提高。     

空冷汽轮机末级长叶片设计特点

简要介绍空冷汽轮机运行的工况特点和末级叶片的设计特点,通过对空冷末级叶片的结构力学设计特性和气动设计特性的定性分析,总结了叶片的大刚度大阻尼结构设计、成圈结构调频设计、优化排汽环形面积设计(最佳叶高)、优良的叶形通道设计、优良的变工况性能设计,以及小容积流量下叶片的动应力和颤振特性等设计原则。     

燃气涡轮静叶冷却结构设计流程及分析

为了快速设计一套涡轮静叶的冷却结构,采用单元设计法、管网计算、三维导热计算方法对某型涡轮第一级静叶进行内部冷却结构设计。设计结果表明:管网计算设计得到第一级静叶冷却结构的实际冷气量为7.28 g/s,略小于设计最大值7.8 g/s。最大无量纲壁温为0.98,小于设计允许的最大无量纲壁温1;三维温度场计算表明,叶片表面平均无量纲温度0.876,冷却效率为0.530。