汽轮机湿蒸汽特殊形态二次水滴探讨

为了开展汽轮机内湿蒸汽二次水滴流动机理实验研究,研制了基于单帧单曝光图像法(SFSEI)的汽轮机湿蒸汽测量探针系统对太仓港协鑫发电有限公司330MW机组低压汽轮机末级进行了湿蒸汽二次水滴测量,获得了几种特殊形态二次水滴图像,并对其特征与形成原因进行初步探讨,为此类问题的后续实验研究提供参考。     

光散射法及其在测量汽轮机排汽湿度上的应用

本文比较了光学法和热力学法测量饱和湿蒸汽湿度的优缺点,讨论了光学法测量蒸汽湿度和水滴直径的原理和方法。介绍了上海机械学院所研制的蒸汽湿度光学测量装置及其性能,并给出了在山东邹县上海汽轮机厂生产的300MW汽轮机中的初步测量结果。     

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.     

集成探针号动部分的风洞标定

为了验证测量汽轮机内湿蒸汽的探针的性能以及分析流场实验数据,对探针在开式空气风洞和湿蒸汽风洞中作了标定,标定马赫数范围0.1～1.1,气流攻角从-10°～40°,气流偏转角从-10°～10°,这一范围测量得到的标定曲线完全覆盖了汽轮机末级前后可能出现的情况.通过比较在空气、过热蒸汽和湿蒸汽3种介质中的标定数据,提出了可以用空气风洞标定取代复杂的过热蒸汽或湿蒸汽风洞标定的结论.     

低压汽轮机内湿蒸汽两相流测量

报道了作者近年来在低压汽轮机内湿蒸汽两相流测量技术方面的进展。由于湿蒸汽两相流中的 1次水滴、2次水滴和流场密切相关 ,作者研制了能同时测量 1次水滴、2次水滴和流场所有参数的集成化探针 ,并在 35 0MW和 2 0 0MW汽轮机上作了实测 ,得到了 1次水滴的尺寸和浓度 ,2次水滴的尺寸、速度和流动方向 ,以及流场的各参数     

集成探针气动部分的风洞标定

为了验证测量汽轮机内湿蒸汽的探针的性能以及分析流场实验数据,对探针在开式空气风洞和湿蒸汽风洞中作了标定,标定马赫数范围0.1～1.1,气流攻角从-10°～40°,气流偏转角从-10°～10°,这一范围测量得到的标定曲线完全覆盖了汽轮机末级前后可能出现的情况。通过比较在空气、过热蒸汽和湿蒸汽3种介质中的标定数据,提出了可以用空气风洞标定取代复杂的过热蒸汽或湿蒸汽风洞标定的结论。     

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。     

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。     

直接空冷汽轮机末级蒸汽异质／均质成核凝结过程的在线测量

采用新研制的改进型联合探针测量了某300 MW直接空冷机组低压汽轮机末级后部分区域变背压过程中的汽流参数,包括马赫数、攻角、偏转角、静压、流速和蒸汽湿度及水滴尺寸等参数.结果表明:空冷低压汽轮机末级在较高背压时并不处于湿蒸汽状态,随背压降低先出现异质成核凝结,而后才出现均质自发成核凝结.2种凝结状态之间存在着2种凝结机理共存的阶段,在此阶段凝结会出现很大波动.异质成核凝结产生的水滴尺寸大于均质自发成核凝结的水滴.     

光谱消光法测量高压湿蒸汽的研究

在前人工作的基础上发展了光谱消光法在线测量技术,并将其应用于高压湿蒸汽两相流湿度和水滴尺寸分布的测量.在数据处理上,提出了改进的 optimized regularization 反演算法,该算法比以往的 Phillip-Twomey-NNLS 算法有更大的抗噪性、准确性和稳定性.还进行了标准颗粒测量实验和高压湿蒸汽在线测量实验.结果表明:通过增大测量区与接收光纤间距和减小接收光纤面积,可大大降低颗粒前向散射光(包括低浓度时的不相关单散射光和高浓度时的复散射光)对消光光谱的影响,从而保证了在高浓度情况下湿蒸汽测量的准确性.湿蒸汽实验结果表明:在高压状态下湿蒸汽中的水滴尺寸比低压汽轮机内湿蒸汽中的水滴小,并且分布也较窄,这也是核电高压汽轮机水蚀较少的原因之一.     

盐分对微波谐振腔测量蒸汽湿度的影响

汽轮机排汽中含有盐分会改变湿蒸汽的介电性质,势必对湿度测量结果产生一定影响.将电导率引入纯净湿蒸汽复介电常数关系式和湿度测量关系式,定量分析了电导率对湿蒸汽介电性质及蒸汽湿度测量精度的影响.结果表明:湿蒸汽复介电常数的实部随微波波长增大、电导率提高、湿度增大、温度升高而变大;虚部随微波波长增大先增大后减小,随电导率提高、湿度增大、温度升高而变大;湿度测量偏差随电导率提高、湿度增大、温度下降、工作频率降低而增大;汽轮机排汽中的盐分对湿蒸汽复介电常数的影响很小,湿度测量可以达到较高的精度.     

300MW直接空冷汽轮机低压末级流场测量

直接空冷汽轮机组背压受气象条件变化大,造成低压转子运行工况变化大,给末级叶片设计带来新的要求,但未见国内外有报道对直接空冷机组末级流场和湿蒸汽进行过实测研究.作者用新研制的改进型联合探针对某电厂300MW直接空冷机组低压汽轮机末级流场和蒸汽湿度进行了测量.测量结果表明汽流速度从叶根到叶顶逐步增,但静压则基本不变.本文给出了流场测量的所有结果.     

四孔楔形气动探针标定与灵敏度分析

在汽轮机末级湿蒸汽测量中,采用四孔楔形探针对流场进行测量.探针上布置有4个测压孔,通过对压力信号的分析与计算,能够反演出气流速度的方向与大小.首先用Fluent进行数值模拟,计算了探针不同楔形角(70°、90°、120°)对气流偏转方向的敏感性能,对其进行对比得出了在70°楔形角的情况下,探针对气流偏转灵敏度最高,1°的变化就可以测得,考虑坐标架的转动控制,实际可以控制在2°以内.在德国斯图加特大学热力透平与机械研究所标准风洞中对70°楔形角探针进行气动标定和灵敏度验证,获得该探针流场测量的标定系数,证实了数值模拟的结果.     

汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究

在汽轮机湿蒸汽透平级中,湿蒸汽两相凝结流动现象的出现降低了透平级的流动效率,并且造成了透平叶片的水蚀损坏.本文针对汽轮机中的自发凝结流动,介绍了湿蒸汽两相流动数值研究发展的现状,以及西安交通大学TurboAero研究组在此方面的研究情况,以期对我国湿蒸汽汽轮机的设计以及湿蒸汽两相凝结理论的工程应用起到推动作用.     

凝结法与加热法测蒸汽干度的比较

蒸汽干度的准确测量,对汽轮机的安全性和经济性具有重大意义。基于凝结法和加热法测量蒸汽干度的原理,推导出了干度的测量误差计算公式,分析了两种方法测量误差的来源,比较了影响两种方法测量蒸汽干度误差的关键因素。最后给出了用凝结法和加热法测量不同湿蒸汽干度的测量误差,并对两种方法的误差进行比较,确定了两种方法测量湿蒸汽干度的最佳范围。     

关于汽轮机内湿蒸汽两相凝结流动的研究进展

汽轮机内的湿蒸汽非平衡凝结流动会导致机组效率降低和叶片水蚀损坏。由于两相流动远比单相流动复杂,通过实验难以测量其凝结特性。对此,通过分析国内外湿蒸汽两相流理论和实验研究现状,总结了现有的3种研究方法,并指出研究中存在的问题,讨论了两相流凝结机理及其求解方法,阐述了几种湿蒸汽测量方法优点及不足之处。分析指出:凝结相变过程十分复杂,传热传质在微米级水平发生,因此,有必要发展一种考虑两相间耦合的凝结模型。结合两相流数值研究的现状,对汽轮机两相流数值的求解方法进行阐述。湿蒸汽两相流研究为汽轮机通流部分设计和改造提供了理论参考。     

单帧图像二次水滴粒径、速度和流动角度测量方法研究

为了研究汽轮机内湿蒸汽两相流中二次水滴的特性,本文研究了用图像法测量二次水滴的可行性,在水滴喷雾实验台上进行实验,对单帧图像进行处理,得到了运动水滴粒径、速度和流动方向角.实验分析结果表明,该方法可以测量汽轮机内二次水滴这些参数.     

新型加热法测量流动湿蒸汽湿度的试验技术

提出了流动湿蒸汽湿度的新型加热法测量思想,并以此为依据进行湿度测量装置的设计研制,建立湿蒸汽实验台,并用所研制的测量装置对收缩喷管试验段出口处汽流的湿度进行测量,测量结果表明：新型加热法的思想是可行的,所研制的装置具有相当高的测量精度,可以作为实际透平中汽流湿度在线测量装置的原型。     

西安交大对湿蒸汽两相流科研的概况

大功率汽轮机末几级以及轻水反应堆核电站汽轮机和地热电站汽轮机的各个级的工作蒸汽都包含汽与水两个相的湿蒸汽两相流。湿蒸汽中以水滴和水膜形式出现的水份对汽轮机的效率及叶片的工作安全性具有甚为有害的影响。随着电力工业的迅速发展和地热资源的广泛利用,国内外近年来在理论及试验方面对湿蒸汽透平级中湿蒸汽两相流的形成机理、流体动力特性及其造成的有害影响和防护措施开展了广泛和深入的研究。     

流动湿蒸汽湿度谐振腔微扰法测量的实验研究

介绍了谐振腔材料微扰技术连续测量流动湿蒸汽湿度的原理,设计了适用于流动湿蒸汽湿度连续测量的谐振器及测量系统。与现有的热力学法或光学法测量方法相比,测量系统简单,抗污染能力强,能实现蒸汽湿度的在线连续测量。影响测量精度的因素主要是温度、压力的测量精度和谐振腔形状微扰。图4表1参10