涡轮能量损失及流量对叶栅内流场的影响

分析了液体流经涡轮钻具涡轮叶栅时作用于涡轮轴的力矩大小和变化因素，以及涡轮级中能量损失的组成和影响因素，认为涡轮叶型损失占涡轮级能量损失的相当部分，而影响叶型损失的主要因素有叶栅入口液流角β１、叶栅出口液流角β２和叶栅相对节距ｔ，β１和β２又与流经叶栅的流量Ｑ有关。采用粒子成像测速（ＰＩＶ）技术对同一叶栅模型进行了４种不同流量的内流场测试，获得相应的速度矢量图，对结果分析得知，流量对叶栅内速度场有较大的影响。建议选择适当的涡轮级工作流量，以降低涡轮级的能量损失。     

涡轮叶片型线结构对叶栅流场的影响研究

涡轮叶片型线影响涡轮液流压降变化和速度变化的平稳程度,从而影响涡轮水力能量转化效率。分析了涡轮叶片的结构参数,据此绘制出五圆弧叶型及三次多项式叶型涡轮的叶片型线,在此基础上,利用Fluent软件对常用的五圆弧叶型和三次多项式叶型的涡轮叶栅流场压力、速度变化进行了模拟分析。分析结果表明,三次多项式叶型涡轮的液流压降变化和速度变化比五圆弧叶型涡轮更平稳,因此前者的水力损失比后者更小,水力效率更高。建议涡轮钻具叶片型线设计时尽量采用三次多项式。     

涡轮叶栅密度对叶栅内流场的影响

为研究涡轮钻具叶栅密度（即叶栅相对节距）对叶栅内流场的影响，应用粒子成象测速技术对环流系数、流量、叶片进出口结构角和叶片安装角均相同而叶栅密度不同情况下的涡轮叶栅进行了内流场测试，获得了不同叶栅密度下的叶栅内流体的速度场和相应的速度矢量图。对测试结果的分析表明，叶栅密度过大或过小均会使叶栅内流体的速度分布状态变差。在设计涡轮钻具时，应选取合适的叶栅密度，叶栅相对节距取０．７４２为宜。     

环流系数对涡轮时栅内流场的影响

应用ＰＩＶ技术对涡轮钻具涡轮叶型环流系数分别为３．３、７．７４、１１．６的三种涡轮叶栅模型进行了内流场测试。利用拓扑图论法经计算机对获得的ＰＩＶ图象信息进行处理，得到涡轮叶栅内流场某一时刻Ｓ１ｍ流面的速度矢量场和旋度场。分析结果表明，随着环流系数增大，液体流入涡轮转子叶栅的液流角有所减小，转子叶栅进出口液流转折角有所增大，但叶栅内流场分布情况明显变差，使液体能量损失增大。建议不采用环流系数大于４的涡轮叶型。     

基于CFD分析的涡轮钻具力学性能预测

以φ115mm涡轮钻具涡轮为研究对象，采用实体建模、CFD前置处理器等工具生成涡轮定、转子的单周期跨叶片流道计算模型，应用CFD(计算流体动力学)商用软件研究分析了其在不同转速下的内流场。重点分析了转子叶片表面压力场的分布情况，并将模拟结果与10级涡轮台架的实验数据进行了对比，证明CFD模拟分析的有效性，为预测分析涡轮钻具力学性能、改进叶型设计、提高叶型的水力性能具有重要的指导意义。     

叶片数对水力减速级涡轮输出性能的影响研究

在涡轮钻具中装入一定数量的水力减速级涡轮可以显著降低涡轮轴的空转转速及工作转速,但目前对水力减速级涡轮的研究较少。鉴于此,借助NUMECA软件包,建立了不同叶片数的三维定转子模型,研究了定转子叶片数对水力减速级涡轮水力性能的影响。分析结果表明:在高转速下,随着叶片数的增加,水力减速级涡轮的制动扭矩呈先增大后减小趋势,轴向力呈先减小后增大趋势,压降呈先降低后增加趋势。当叶片数为30片时,扭矩、轴向力及压降等水力性能达到最优;某型号涡轮钻具100级涡轮级定转子配合50级水力减速级定转子,能够有效降低涡轮钻具的工作转速和空转转速。所得结论对水力减速级涡轮的设计具有参考价值。     

基于三坐标测量机的涡轮钻具叶型测量与分析

涡轮钻具的核心部件为定转子,在定转子逆向工程研究和定转子精度检验中,均需测量定转子的叶片叶型。但是,目前还没有具有一定精度的相关测量方法。通过分析涡轮钻具定转子的结构特点,提出采用接触测量方式测量叶片叶型,以平均水力半径为切割路径去掉叶片叶冠而获得叶型,给出了测量叶型吸力面和压力面型线的方法。在获得测量数据点坐标的基础上,结合流体流动的要求,提出以点分组控制三次曲线的方法拟合被测叶片型线。利用该方法,测量了φ127.0 mm涡轮钻具某型转子的叶片叶型,获取了被测叶型上196点的坐标值,并根据测点坐标值计算得到了叶片型线。实例证明,提出的方法可行,精度基本可以达到要求,可为涡轮钻具定转子叶片的测量检验或逆向工程设计提供技术参考。      

■73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及优化

小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景。目前,国内尚无■73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对■73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的■73 mm小尺寸涡轮钻具,使■73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用。设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对■73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求。     

环流系数对涡轮叶栅内流场的影响

应用ＰＩＶ技术对涡轮钻具涡轮叶型环流系数分别为３．３、７．７４、１１．６的三种涡轮叶栅模型进行了内流场测试。利用拓扑图论法经计算机对获得的ＰＩＶ图象信息进行处理，得到涡轮叶栅内流场某一时刻Ｓ１ｍ流面的速度矢量场和旋度场。分析表明，随着环流系数增大，液体流入涡轮转子叶栅的液流角有所减小，转子叶栅进出口液流转折角的有所增大，但叶栅内流场分布情况明显变差，使液体能量损失增大。     

ø73 mm小尺寸涡轮钻具叶型设计及优化

小尺寸涡轮钻具主要用于深部高温硬岩地层钻进,对我国油气、干热岩等深部能源矿藏的地质调查具有重要意义,在石油行业中小井眼钻井、老井加深及连续油管钻修井等方面具有较好的应用前景。目前,国内尚无ø73 mm小尺寸涡轮钻具,为推进涡轮钻具系列化,对ø73 mm小尺寸涡轮钻具的涡轮节中常规级定转子叶片及制动级定转子叶片进行设计优化,旨在研制长度短、转矩适中、转速适中、压降小、功率高及效率高的ø73 mm小尺寸涡轮钻具,使ø73 mm小尺寸涡轮钻具尽快在我国实现现场应用。设计出符合性能要求的3种常规定转子叶型方案和5种制动级叶型方案,通过理论分析及数值模拟,选出最优的常规定转子叶型及制动级叶型方案,并提出常规涡轮级与制动涡轮级复配的5种涡轮节结构方案,同时对涡轮节结构进行了性能分析及方案优选,优选的涡轮节方案在流量5.5 L/s,工作转速1 500～2 500 r/min时,输出转矩为109～140 N·m,平均压降为11.5 MPa,制动转矩为185.5 N·m,可满足小井眼钻井对ø73 mm小尺寸涡轮钻具的输出性能要求。     

直接空冷凝汽系统的控制策略

直接空冷凝汽系统广泛应用于电站蒸汽轮机空气冷凝器、自备电站汽轮机的空气冷凝器以及燃气-蒸汽联合循环使用的空气冷却器。对直接空冷凝汽系统的控制策略进行了讨论,以期为提高直接空冷凝汽系统效率及节能降耗提供一定的借鉴。     

冷却塔的节能改造与适用性分析

阐述了节能对企业的长期发展的必要性,说明了节能设备水动风机的原理、特点及适用条件,并通过实例分析了采用新型水动风机来取代风叶电机,必须有富余扬程和富余流量才可以满足推动水动风机的要求,才能对风机进行改造.如果没有富余扬程和富余流量或它们的参数达不到要求,改造水动风机就无法达到预期的效果.     

油气田在用燃气轮机系统的热力学分析及改进建议

目前油气田在用的燃气轮机系统实际运行指标（热效率及火用效率）与设计数值相差很大，使燃气轮机系统的性能未能得到充分发挥，达不到预期的经济效益，限制了燃气轮机在油气田的进一步推广。为此，对油气田在用燃气轮机的运行特性进行分析，其主要问题是余热锅炉运行时间短、负荷率低。根据燃气轮机热电联产系统特点，给出了热力学分析（能量平衡分析和火用分析）方法、评价准则及计算公式。利用实测运行参数，对一油气田在用燃气轮机系统进行了运行工况下的热力学分析。测算分析结果表明，该系统运行效率偏离设计值较远，运行效率较低。在各子系统的能量损失分布中，余热锅炉能损系数最大；火用损分布中，燃烧室火用损系数最大，其次为余热锅炉，表明燃气轮机的燃烧室和余热锅炉为系统能量利用的薄弱环节，为重点改造对象。建议扩大集中供热范围、采用余热发电和循环蒸气回注等提高运行效率的措施。     

油田井下微型水轮机的数值分析与研究

针对智能分层注水工艺中测调电能受限、测调周期较长等问题,提出了一种基于微型水轮机电能转化技术。根据实际注水井井下工况和空间等要求,设计了轴流式微型水轮机主体结构,建立了相应的数值模拟模型。采用计算流体动力学软件CFD对所设计的微型水轮机进行数值模拟试验,实现水轮机核心尺寸叶片数目和转轮叶片翼型进一步优化;对优化后的微型水轮机进行了效率、叶片正背面速度及速度矢量等性能测试,最后进行了流量速度实测,当流量大于35.23 m3/d时,可满足电能转化的要求。基于微型水轮机电能转化技术将为加密智能分层注水工艺测调周期提供技术保障。     

气动涡轮钻具涡轮副叶栅的优化设计

气动涡轮钻具涡轮副的设计包括强度结构设计和气动力计算2个方面,而气动力计算则在于合理设计涡轮副的气流通道。轮周效率只考虑定子、转子流道中的损失、余速损失,较明显地反映了流道中气流角度与涡轮效率的关系。运用鲍威尔法对其参数进行了优化设计,为了避免"退化现象",又提出修正算法,克服了退化不利的情形,能有效地收敛于无约束条件。应用实例表明,该优化方法可在涡轮副叶栅的初始设计中合理选择多个变量值,保证和提高了涡轮副的效率。     

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现代化的高效联合循环中，最大的不可逆损失是由于燃烧引起的。即使燃气轮机采取很高的温度，仍有将近30%的火用因为燃烧而被浪费掉了。而在燃料电池中，燃料的化学能量直接转化为电能，不受卡诺循环效率的限制。电化学反应过程中的火用损失要比常规的燃烧过程小得多。高效循环减少了二氧化碳排放而达到环境保护的目的，另外NO_x的排放量也比常规电厂大大减少。通过对已有管式固体氧化物燃料电池建模思路的考察，确立了零维模型结合ASPEN PLUSTM流程模拟的建模方法。模型采用天然气作为燃料输入，其验证的结果表明：该模型可以比较准确地预测不同工作条件下(独立的管式固体氧化物燃料电池发电系统或是构成混合循环)的管式固体氧化物燃料电池系统的性能。     

汽轮机试车问题探析与解决措施

工业汽轮机是1种以蒸汽为工质,并将蒸汽的热能转化为机械能的旋转机械.文中对某石化公司汽轮机试车过程中遇到的真空恶化、机体振动、油路故障、转速波动及超速联锁停机等典型故障进行了详细分析和总结,并提出了相应的解决措施,为今后同行业的汽轮机试车工作提供一些经验和参照.