工业汽轮机高效压力级叶型优化与应用

为进一步提高汽轮机效率,追求更高的运行可靠性和更好的维修便捷性,开展了工业汽轮机高效压力级叶型优化的工作。优化获得的多个候选高效叶型,效率提升明显,并且具有较好的变工况特性。和国外某先进厂家新开发的高效叶型的气动性能相对比,优化获得的高效叶型的气动性能更好,变工况性能更佳,且强度振动性能与其相当。用某两台实例汽轮机机组进行应用验证,设计工况时压力级组效率分别提高了0.9%和1.38%,证明了叶型优化工作是成功的。     

加弯叶型在轴流风机噪声控制中的应用研究

在风机叶轮直径不变的条件下,利用叶型加弯方法对轴流风机进行改型设计,可在较低转速下获得设计全压,从而达到控制风机气动噪声的设计目标。根据轴流风机的设计参数设计了一个基于原始叶型、转速为9 000 r/min的风机模型和一个基于加弯叶型、风机转速为8 000 r/min的风机模型,两者的叶型升力系数分别为0.72和1.02。通过数值模拟和试验对两风机的流场与性能进行研究。结果表明:在设计工况附近,原始叶型风机与加弯叶型风机的性能基本相近,全压误差约为6%。在半转速运行条件下,加弯叶型风机模型的气动噪声比原始叶型风机降低了1.4 d B,而气动性能基本不变。     

小焓降宽负荷叶型开发

结合宽负荷叶型设计思想,在小焓降叶型的基础上,进一步优化其变工况性能,最终完成了小焓降宽负荷叶型的开发,并进行了吹风试验,验证了叶型的变工况能力。     

高效宽负荷叶型气动性能研究

针对叶片根中顶3个截面不同的安装角,设计了相应的高效宽负荷叶型,并采用数值模拟的方法,分析了叶型对负荷的适应性,重点分析了对攻角和马赫数的适应性。数值计算表明,以变工况性能较好的高效后加载叶型为母型开发的高效宽负荷叶型,可以实现机组变负荷运行时保持较高通流效率的目标,攻角变化范围为±30°、马赫数变化范围为0.2~0.6时叶型损失变化不超过0.5%。     

非设计工况风扇形变与气动影响数值模拟研究

当发动机在非设计点工作时,由于离心力和气动力的差异,风扇叶片的真实热态叶型将与设计状态的热态叶型产生偏差。本文以某型民机大涵道比风扇叶片为基础,针对换算工况与物理工况的热态叶型形变偏差,以及部分转速与设计转速热态叶型的形变偏差,分析两种偏差下热态叶型的变化,并对形变带来的特性和流场变化开展数值模拟分析,量化形变对风扇叶片性能的影响,进而为风扇叶片数值分析结果的修正提供了依据。     

工业汽轮机调节级动叶气动性能优化与应用

随着计算机技术和计算流体动力学的发展,结合现代优化理论,采用全三维CFD方法进行汽轮机通流部分气动优化的工作得以实现。开展了工业汽轮机大负荷调节级叶型优化的工作。优化获得2个候选高效叶型A3_opt和A5_opt。在某台实例汽轮机机组上进行应用验证,结果表明:通流效率在广泛的负荷变化范围内均有提高,提高范围为1. 1%～5. 5%;随着调节级负荷的增加,调节级效率增益不断提高;在调节级负荷增大到一定程度后,随着调节级负荷的进一步增大,效率增益稍微降低。应用实例表明,所研究的优化方法、优化策略和优化获得的大负荷调节级动叶叶型是成功的。     

高效宽负荷汽轮机通流气动技术研究

文章针对高效宽负荷汽轮机中的通流气动技术进行了研究,包括高中压亚音速叶型设计、低压超音速叶片优化和低压排汽缸气动优化。亚音速叶型设计的主要目的是提高其宽负荷性,对新设叶型进行了叶栅试验和多级透平试验,新设的亚音速叶型不仅能量损失得到了降低,且攻角适应性更好;优化末级动静之间的匹配参数、静叶流型和弯曲规律及动叶型线的扭转规律,并对末级变工况性能进行分析,末级收益达到了预期收益效果;对低压排汽缸汽流的流动机理进行了深入分析,以削弱或消除通道涡为目的对排汽缸进行优化,极大程度改善了排汽缸的性能。     

高亚声速叶型优化设计研究

搭建了一叶型优化平台,并基于此对一高亚声速叶型进行了多目标优化设计。研究结果表明,应用叶型优化技术后,叶型负荷呈前加载分布且前缘Spike强度减弱,设计以及非设计冲角下的气动损失均大幅度降低,叶型有效工作范围冲角增加。     

地面重型燃气轮机压气机叶型的优化设计

将优化理论引入压气机叶型设计,建立了具有自动优化设计能力的平台。该平台由自主开发的二维叶型生成程序、网格生成软件Gambit、流场计算分析软件CFX以及自主开发的优化模块组成。以某地面重型燃气轮机压气机叶型为优化对象,以总压损失系数为目标函数,流场分析中考虑转捩情况。优化设计之后,叶型气动性能有较明显改善。设计工况下叶型总压损失系数较原型下降了3.63%,非设计工况下的性能也优于原型。     

某跨音速叶型的优化设计

采用Num eca的FINE/Turbo分析软件对4种原始叶型及其优化叶型进行了三维数值模拟,并对在不同马赫数与不同冲角下的气动性能作了比较。     

燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究

基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s, 5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。     

几种超音速叶型的设计与比较

针对3种超音速叶型,基于遗传算法和人工神经网络,对这3个叶型进行单个工况点的优化设计,并对得到的所有叶型的气动性能进行多个马赫数工况点的数值分析以及综合比较,分析叶片型面的改变对多个工况下叶片气动性能的影响。结果表明,优化设计使2种叶型在超音速工况下的气动性能显著提高,1种叶型在临界及亚临界工况下的气动性能显著提高,从而获得每一工况点下的最优叶型。     

轴流压气机多叶片排的气动优化设计

对某多级轴流压气机前三排叶片径向积叠方案进行了气动优化。该方案以商用软件iSIGHT作为平台,利用试验设计方法对整个搜索空间进行初步探索,采用逐次序列二次规划算法进行局部寻优,利用商业软件NUMECA进行粘性流场数值评估。对压气机全工况性能的计算表明,在流量和压比不减少的情况下,优化后的叶型设计工况和非设计工况性能均得到了改善。     

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％.     

汽轮机高效叶型开发气动性能试验研究

通过开发高效的叶型提高汽轮机通流效率是汽轮机通流设计中最重要的手段之一,为提高汽轮机机组经济性,东方汽轮机有限公司开发一种高效叶型,为了解该叶型的气动性能,对该叶型开展了系统的气动性能试验研究,首先通过平面叶栅、环形叶栅试验得到叶栅详细的损失特性、通流能力等气动性能参数,最后通过多级空气透平试验验证叶型的通流效率,所获得的试验数据和分析结论为高效通流设计中叶型的合理选取提供了重要的基础理论和试验数据支撑。通过与原有叶型的对比结果表明,通流设计中采用新开发的高效叶型,通流效率得到明显的提升,有效提高了汽轮机机组的经济性。     

单级离心压气机气动性能预测与优化设计

为了提升低转速工况下压气机的气动性能,采用人工神经网络与遗传算法相结合的优化方法对某单级离心压气机离心叶轮的弯特性进行优化计算。利用NUMECA软件对该离心压气机进行了不同转速的数值模拟,得到压气机不同工况下的气动性能。通过设置不同控制参数和曲线形式对离心叶轮叶片进行参数化拟合,以8个改变叶片弯特性的参数为自由参数进行了叶型优化设计,最终得到了优化后的叶轮叶片。结果表明:优化后在低转速的设计工况下离心压气机压比增加了4.69%,稳定裕度拓宽了17.41%。     

宁德电厂闭冷泵节能优化改造

通过对宁德电厂闭冷水泵进行诊断测试,发现选型裕量太大,扬程偏高,泵效率达不到设计要求,运行工况远离设计工况,制造工艺欠佳,流道对称差.后经过叶片进出口叶型优化、叶轮轴面流道型线优化、叶轮整体流道的优化、提高检修安装工艺等方法,消除了管道振动,降低了厂用电率,实现了节能降耗的目的.     

基于Krain离心压气机叶轮的叶型优化

本文以设计压比为4.7的Krain离心叶轮为研究对象,以设计工况下多变效率为优化目标,对压气机叶型进行优化。采用CFX软件对其进行数值模拟,通过对内部流场分析发现叶轮入口存在较强的激波;基于ANSYS Design Exploration平台,采用Bezier曲线对该离心叶轮的叶片中弧线进行参数化,通过改变Bezier曲线控制点得出一系列设计叶型;对设计叶型进行数值模拟,筛选得出最优结果。优化后,设计工况下,叶轮多变效率提高0.84%,叶轮入口激波强度有所降低;同时也证明了使用ANSYS Design Exploration平台进行离心压气机优化的可行性。     

空冷汽轮机低压排汽面积选择和变工况特性分析

根据我国西北某地区的典型环境温度对600MW直接空冷机组的低压末叶片进行优化,得到合理的低压排汽面积,同时根据末级叶片的设计特点对其变工况特性进行分析,从而对620mm末叶片的变工况性能有一定了解。分析结果表明,设计背压为15kPa.a时,末叶片采用620mm比较合适;采用专用强化叶型、控制反动度、控制攻角等方法的620mm末叶片可以有效保证空冷机组变工况安全高效运行。     

跨音速涡轮叶栅叶型损失预测

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式跨音速平面叶栅风洞,进行了3套跨音速涡轮叶栅吹风实验.在此基础上,结合近年发表的跨音速涡轮叶栅叶型损失数据,详细讨论了跨音速涡轮叶栅在设计和非设计两种工作状态下叶型损失的预测方法.在具体分析设计状态下Kacker&Okapuu损失估算模型的基础上,针对发生在进出口区域的激波损失,提出了工程上更为适用的激波损失计算方法,初步建立了跨音速涡轮叶栅在不同攻角状态下的叶型损失预测系统,为跨音速涡轮的工程设计提供了较为可靠的基础性支持.