调节级非定常流动与汽流激振力数值研究

采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了亚临界600MW汽轮机调节级在不同工况下的三维非定常流动特性与汽流激振力的变化规律。结果表明:随着调节阀门的开启,调节级后的压力升高,焓降和功率逐渐减小,级效率升高,余速损失减小;部分进汽调节级会对动叶产生明显的激振力;在进汽弧段,动叶激振力变化均匀,而从进汽弧段旋转到非进汽弧段以及在喷嘴端面附近时,汽流激振力会发生很大突变。两阀全开时动叶受切向力最大,随着阀门的开启,叶片受切向力逐渐减小。动叶片受到的低频激振力频率集中区域均小于1 000Hz,远小于高频激振力频率。     

考虑kick效应的汽轮机调节级叶片安全性分析

采用喷嘴配汽的汽轮机调节级，部分进汽不仅对机组的气动性能和效率产生影响．而且还会产生很强的汽流激振力，影响到其自身和整个机组的安全性能。文章首先基于ANSYSCFX，计算了某调节级叶片的全三维气动特性．对调节级非定常气动特性和汽流激振力的变化进行了研究．分析得到了动叶进出不进汽弧段所受到的汽流载荷急剧变化的现象，该现象被称之为调节级的kick效应；然后基于ANSYS的结构动力学模块．考虑kick效应对调节级动叶在考虑气流载荷下的动响应进行了分析；最后，根据动响应计算结果，对调节级的安全性进行了评价。整个研究过程和结论．对于调节级的安全性设计具有重要的工程参考价值和指导意义.     

部分进汽对密封间隙流体激振力影响的研究

针对喷嘴调节汽轮机在调节级出现的部分进汽对密封间隙内流场的影响,参考某型300MW汽轮机高压前轴封结构,建立了数值计算模型,研究了不同的进汽条件下的密封间隙内流场的分布和流体对转子的作用力。结果表明:部分进汽改变了密封间隙内压力和速度分布,在不进汽区域内出现低压区;间隙内的流体会向低压区填充,出现较大的切向速度;流体对转子的作用力会随进汽方式的不同而改变。与调节级动叶间隙激振力共同作用,可对转子运动和轴系的载荷分配产生影响。     

汽轮机调节级气动性能分析和结构优化设计

喷嘴配汽调节级具有大焓降和低反动度的设计特点而应用于大功率冲动式汽轮机高压缸中。论文首先综述了大功率汽轮机喷嘴配汽调节级的气动性能和气流激振方面的研究进展。然后论文在300MW汽轮机反流初始设计喷嘴配汽调节级的气动性能分析基础上,提出了顺流结构优化设计方案。对反流初始设计和顺流优化设计的喷嘴配汽调节级在设计工况和变工况下气动性能进行了分析比较。研究结果表明优化设计的顺流结构具有优良的气动性能而结构设计更加简单。论文最后给出了研究结论并对大功率汽轮机调节级的气动性能分析和气流激振机理研究方向进行了展望。     

调节级局部进汽对下游动叶气动负荷影响的数值研究

基于舰船用主汽轮机多工况、变转速、变参数的特点,应用商业软件CFX对具有3组喷嘴的复速级叶栅进行全周数值模拟,着重分析了调节级局部进汽对下游动叶气动负荷的影响,数值模拟结果表明,各个喷嘴组边界壁面的存在对流动具有较大影响,同时喷嘴叶栅Ⅰ的叶片型线的不同导致边界畸变对流动的影响更敏感。动叶叶栅的压力分布特点表明了尾迹低速区和主流低压区是形成动叶流动参数不稳定的主要因素,从而形成了叶栅内特有的非定常流动现象。     

汽源内切换状态下流动诱导的汽轮机振动特性数值模拟

针对工业给水泵汽轮机汽源内切换状态下,周向非均匀蒸汽引起机组振动问题,应用ABAQUS软件进行了数值模拟。采用模态瞬态动力学分析方法,得到了转子系统的主要模态,对比了在不同调节方式、运行工况下调节级动叶及转子系统的瞬态响应。计算结果表明:调节方式与运行工况对调节级动叶的响应频率影响较小,且主要表现为低频响应;相比于低压蒸汽单独进汽VWO工况、低压蒸汽单独进汽30%THA工况和高低压蒸汽混合进汽30%THA工况,高低压混合进汽VWO工况三个方向振幅均最大;调节级轮盘受整圈调节级叶片气流力作用时,调节级轮盘与转轴的X向(轴向)响应频率不同,Y、Z方向的振动响应曲线基本相同;同一调节方式下,VWO工况监测点Y向振动峰值是30%THA工况的3. 7～3. 8倍。     

部分进汽下调节级叶顶偏心激振特性研究

建立了某350 MW汽轮机调节级全三维计算流体力学模型,研究部分进汽时不同阀序及阀门开度下转子偏心和叶顶围带对流体激振特性的综合影响规律。结果表明:随着各阀后压力升高,累计质量流量增大,激振力先增大后减小;激振力主要来自叶片内弧,但对于偏心状态下的自由叶片,累计质量流量较小时激振力主要来自叶片顶部;垂直与水平方向上的激振力近似相等;非对角进汽时比对角进汽时的激振力大,其中有、无围带叶片模型分别在开启Ⅰ阀、Ⅱ阀和Ⅲ阀时及非均匀开启四阀时的激振力达到最大值,约占高压转子重力的24%～35%;转子偏心及叶顶围带结构均会导致激振力增大,但也受到进汽阀序、转子偏心方向及两者相对位置的影响;相同工况下,转子偏心时最大激振力约为无偏心时的133.94%,有围带叶片的最大激振力约为自由叶片的150%。     

600 MW汽轮机叶轮偏心汽流激振力分析与模拟

以某发电厂超临界600 MW汽轮机转子为研究对象,根据蒸汽做功原理对动叶流道处的动偏心激振力进行了分析.在围带汽封处采用CFD软件模拟涡动转子泄漏蒸汽的三维黏性流场,确定了汽流激振力.计算结果表明:在不对称进汽工况下,转子将受到较大的静态汽流力;当采用对称进汽时,汽流激振力很小,有利于提高转子的稳定性;与额定工况比较,在阀门全开(VWO)工况下,径向激振力的增幅很大,而切向激振力和泄漏量的增幅却很小,表明大型汽轮机采取对称进汽方式可以提高转子运行的稳定性.     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

静叶尾迹流引起的气流激振力计算方法与激振力特性研究

在研究汽轮机叶片气流激振力的来源与性质的基础上,建立了静叶尾迹流产生的气流激振力计算模型,开发出了基于Matlab的气流激振力计算与分析软件,以探讨叶片气流激振力特性随叶栅结构参数的变化关系。对国产300MW汽轮机某级叶片的气流激振力进行了计算与分析,结果表明:叶栅的结构参数δ、z、B1、b1、t1对气流激振力特性有较大的影响。在汽轮机设计过程中,合理地选择上述结构参数,可以有效地控制气流激振力。     

新型大功率汽轮机调节级动叶振动分析

调节级动叶运行工况恶劣,其承受复杂的激振力,为了调开共振,必须对其频率进行准确的把握.调节级动叶结构复杂,其频率采用常规方法计算及试验均存在较大难度.本文采用有限元方法对某采用轴向插入双T型叶根的成组调节级动叶频率进行了计算,准确模拟调节级动叶片实际工作状态,提高了计算精度,计算结果满足工程设计要求,为调节级的设计和优化改进提供了一种可靠的手段.     

冲动级与反动级叶高之比较

电厂汽轮机主要以反动级和冲动级为主,相同参数下两者叶片高度的比较是研究叶高损失的重要途径。运用连续性方程、级的焓降公式,从理论上证明了在相同进汽参数、蒸汽流量和平均直径下,反动级叶片高度大于冲动级,前者的叶高是后者的1.315倍,即前者的叶高损失小于后者。并通过敏感性分析,得出了忽略喷嘴前后比容变化的影响是可以接受的,冲动级采用一定的反动度,对叶高比的影响不大。影响两者叶高比的主要因素是设计喷嘴的出口汽流角以及动叶出口的余速利用。     

烟气轮机动叶片冲蚀机理的数值研究与分析

本文采用Spalart-Allamaras湍流模型,应用NUMECA软件对某单级烟气轮机内部流场进行数值模拟,并根据计算结果对此烟气轮机动叶片的冲蚀机理进行分析.分析结果表明:喷嘴斜切部分产生激波,受激波影响喷嘴出口气流不稳定,加之动叶扭曲规律及安装角与工质在动叶入口的速度方向不符,使动叶流道内存在大面积的二次流动、附...     

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%。     

双层围带侧装式调节级动叶安全性设计

对侧装式调节级动叶的强度振动计算分析及其应用范围进行了介绍,并对部分进汽时进汽喷嘴的布置方法提出了建议.     

30万千瓦汽轮机调节级叶片改进设计前后叶片频率特性静态模拟试验

概述国产30万千瓦中间再热汽轮机的进汽参数原为165ata和565℃/565℃,调节级动叶高度为41.5mm。后来,考虑到材料问题,为确保机组安全可靠运行,把额定进口温度降低至550℃/550℃,在保持部分进汽度不变条件下,调节级动叶片高度增加至46mm。为了降低叶片应力,设计上采用各调     

基于谐响应工业汽轮机调节级动应力分析研究

数值计算部分进汽、变转速工业汽轮机调节级动应力,讨论转速对其影响。某高温高压工业汽轮机,转速变化范围7200r/min～11 000r/min。分析结果表明最低转速的等Q准则涡面积较最高转速增加17%～23%,同时部分进汽产生的低频冲击力也增加7%～16%。将瞬态汽流力傅里叶分解为若干简谐激振力之和,然后使用ANSYS计算循环对称盘片结构在这些简谐力下的响应,因各节径振动之间具有正交性,将以上响应叠加就可以得到整个盘片瞬态动应力,这样不仅节约计算资源而且结果更精确。判断哪些转速会产生较大的动应力可以有效减少计算量,一般危险转速为最低转速和可发生节径共振的转速。高频频激振力虽小,若其满足盘片系统共振条件,所产生的破坏要比部分进汽低频激振力大。所分析的调节级最大动应力对应的转速为最低转速7200r/min,其应力变化幅度是最高转速的120%,叶根销孔处动应力最大,也最容易失效,从时间上看,最大动应力出现在叶片从进汽弧段进入堵塞弧段这一时刻,设计工业汽轮机调节时应避免盘片在转速范围发生与喷嘴当量只数相同倍频的共振,同时要注意优化喷嘴弧段分布以减少动应力。     

汽轮机调节级隔断尺寸对流动特性的影响研究

针对调节级喷嘴以半周方式布置的小型工业汽轮机,采用CFD方法研究了在100%负荷工况下喷嘴隔断周向尺寸对调节级流动和激励力的影响。在喷嘴周向间距a不变的情况下,通过改变隔断周向尺寸b,设计了4种方案,b/a分别为0.5、1.5、2.5和3.5。数值研究结果表明：隔断周向尺寸的增加会导致下游静叶70%弦长处静压升高,流道内气体出现强烈的膨胀和压缩现象,影响调节级效率。此外,隔断周向尺寸的变化会影响单个动叶的汽流激励力的主导频率,但对整圈动叶的汽流激励力主导频率没有影响,只影响动叶振幅。研究成果可为调节级隔断设计提供参考。     

汽轮机调节级进汽方式对机组振动影响的试验研究

汽轮机调节级部分进汽引起的叶轮受力不平衡会导致机组受到的不平衡激振力显著增加,这种激振力是引起汽轮机振动的重要因素之一.为了降低汽轮机机组的振动,分析了单通道和对称的双通道两种不同的进汽方式下试验台在低频段的振动情况,并通过实验验证了理论分析的结果.结果表明:采用对称的双通道进汽时,试验台由汽流激振力引起的低频振动相比单通道进汽时有大幅度的降低,轴系的稳定性和安全也得到提升.     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片可靠性影响的数值研究

采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法,数值模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶CLOCKING效应对中间级静叶片气动负荷的影响。通过对各列叶片非定常气动力和气动力矩进行时域分析,指出不同CLOCKING位置对应的气流激振力对叶片的气动负荷造成了明显的影响。进行了中间级动叶和静叶的振动可靠性分析。计算结果表明,该压气机的3组静叶片避开共振区的程度各不相同。R2转子叶片处于不同的CLOCKING位置会引起下游S2静叶片气流激振力发生显著变化,导致S2叶片产生比较强烈的共振。