汽轮机高效调节阀通流特性及通用设计曲线研究

针对某汽轮机新型调节阀的流动特性进行了系统的分析和研究，建立了阀门的CFD仿真模型，采用数值模拟方法，计算确定了调节阀的压损及流场，获得了其通用流量特性曲线和提升力特性曲线等设计参数。在进出口压比相同时，提升力曲线的变化趋势是随着阀门开度的增加先下降，在相对升程约为25%后上升；给定阀芯升程时，随着压比降低相对流量和提升力均减小；阀芯相对升程0～35%时，相对流量系数曲线基本成一条直线，在相对开度35%左右趋于一个稳定值。依据所得到的相对升程-流量系数和相对升程-提升力系数曲线，可以实现汽轮机调节系统的配汽计算，为新型调节阀的设计和应用提供了依据。     

微小固体颗粒气力输送固气比试验研究

对微小固体颗粒在密相气力输送情况下进行试验,研究输送压力最高可达0.5 MPa的输送过程中,输送系统的罐压、背压和粉量调节阀的开度以及流化风量和载气流量分别对固气比的影响。结果表明:差压增大会导致固气比增大;粉量调节阀开度增大,有助于固气比提高;适当增大流化风量或载气流量可提高固气比,达到峰值后,固气比会随着流化风量或载气流量的增大而减小,固气比达到峰值时对应的流化风量、载气流量为最佳值。     

常规岛凝结水调节阀在小流量工况下的流场特性研究

为研究小流量工况下常规岛凝结水调节阀内部流场特性及能量耗散过程，以某新型国产调节阀及其管路系统为研究对象，建立三维瞬态仿真模型。选择电厂实际运行中存在工况，分析和探讨小流量工况下的调节阀流动特性，并通过速度功率谱密度对可引起调节阀流致振动的流场激振力进行研究。结果表明：多级套筒孔式结构为调节阀的主要压降机构，且各级槽道承担压降不均匀，其中第Ⅰ级承担压降份额最大，约为总压降的70%,并逐级递减；随着阀门入口压力上升，最大流速逐渐增大，流场稳定性下降，但整体流场分布相似；新型国产调节阀设计的迷宫环路使得不同槽道间的流体相互掺混，能量不断耗散，流场均匀性增强，有利于流场稳定；调节阀流体激振力主要在多级套筒孔式结构附近及内部迷宫环路，其中环路部分的振动强度和频率均高于相邻槽道，振动均为低频振动，集中在0～20Hz的低频波段，其可造成流致振动和阀内噪声。     

考虑重叠度的汽轮机调节级变工况改进算法

汽轮机调节级变工况计算对汽轮机的热力校核和在线仿真具有重要意义。通过对调节阀联合升程流量特性的分析,建立相邻两个不完全开启调节阀的流量计算模型,并引入到调节级变工况计算中,提出考虑重叠度的汽轮机调节级变工况改进算法,解决以往重叠区内工况无法计算的问题,保证机组在线仿真的连续性。对国产200MW机组进行调节级变工况计算,结果表明:计算误差在工程设计要求的范围之内,最大为3.07%。     

球型调节阀内流动特性及结构优化

以球型调节阀实体为依据建立数值模拟模型,研究小升程下阀内流体的流动特性,并基于流动分析进行调节阀的结构优化.结果表明:小升程下阀内流型交变,流场不稳定因素主要表现为环形通道气流速度较高、静压变化剧烈,阀碟下方存在低速高静压的漩涡区,阀座及扩压段区域壁面附近存在低速流体区域;在阀腔加装270°节流挡板、一定程度增大入口管径以及在阀碟下表面开圆柱形槽,都能够改善小升程下流场极不稳定的情况;加装270°节流挡板后,阀碟横向受力减为原来的0.08倍;当入口管径增大20%时阀碟受力最小,其中横向受力减小约12%.     

枞树型叶根间隙流量试验与数值研究

为了研究气流在涡轮枞树型叶根间隙内的流动特性,以及校核与优化现有叶根间隙流量计算关联式。以某型地面燃气轮机涡轮一级转子枞树型叶根间隙为对象,对其进行了流量试验与三维数值模拟研究。测量了进出口压比范围为1～2工况下通过叶根间隙的流量值,该流量值对应的流动雷诺数范围为1 700～16 500。并在ANSYS/CFX中对相同模型及进出口边界条件下叶根间隙内的流动进行数值模拟,获得叶根间隙截面流动结构,同时计算了长径比39～118范围内,不同压比工况下通过叶根间隙的流量。研究表明：随着压比增大,流过叶根间隙的流量增大趋势逐渐减小;随着长径比增大,流过叶根间隙流量逐渐减小;文献[10-11]提供的叶根间隙流量计算关联式的计算结果与试验测量值平均误差16.3%;与关联式流量计算值随压比变化趋势不同,试验测量值分布曲线随压比增大无明显转折;两端宽、中间窄的叶根间隙通道结构使得流道内层流与湍流共存,从而造成了上述偏差;针对上述偏差,根据试验与三维数值模拟结果拟合了新的叶根间隙流量计算关联式。     

机匣处理结构离心压气机喘振裕度提高试验研究

以新建自动控制涡轮增压器试验台架为研究平台,以某新开发高压比离心压气机为原型,开展扩稳试验研究与分析。研究结果表明:消音挡板结构对压比≥3.5工况具有一定的扩稳效果,最大可使喘振流量减小6.4%,流量范围拓宽2个百分点;正向导叶结构在增压压比为2.0~4.5时具有一定的扩稳效果,可使喘振流量减小3.0%~6.6%;机匣处理导叶结构引起压气机效率降低,最大降低幅度为3个百分点;蜗壳A/R值减小,具有一定的扩稳作用,可使压气机压比≤4.5时的喘振流量减小,尤其是最高压比1.5~3.5工况,A/R值减小17%,喘振流量可减少10%以上;TRIM减小对压比≥2.5工况具有一定的扩稳效果,可使喘振流量减小,转速越高减小幅度越大,TRIM值由52减至48时,喘振流量最大减小12%,流量范围最高可拓宽4%。     

基于CFD的悬臂式多级离心泵径向力与轴向力研究

为提高悬臂式多级离心泵的运行稳定性,以某不锈钢悬臂式多级离心泵为例,采用Pro/E与ICEM软件完成全流场三维模型与网格划分,在ANSYS CFX中选取RNGκ-ε湍流模型方法,研究了以全流场非定常数值计算为基础提取得到的计算模型在多个典型工况下作用在叶轮上的径向力和轴向力。发现外特性曲线的模拟值和试验值吻合良好,说明径向力与轴向力的数值预测规律能够反映泵运转状态下的实际变化规律。分析结果表明,各级叶轮在一个单旋转周期内所受径向力较小,且分布不均匀;随着流量的增大,各级叶轮所受径向力均呈现先减小后增大的趋势,在设计点工况达到最小值;各级叶轮所受到的轴向力随流量增大而逐渐减小,首末两级叶轮较大,第二与第三级叶轮较小;总轴向力大小与流量呈现非线性关系,流量越大轴向力减小越快;随着流量的增加,单个周期内的总轴向力出现脉动频率等于叶轮和导叶叶片数最小公倍数的周期性现象。     

汽轮机阀门流量升程曲线的研究进展介绍

获得汽轮机准确的阀门流量曲线,是机组能够稳定、灵活运行的重要保障。梳理了目前针对阀门流量特性曲线优化研究的各种方法,对传统的试验方法及数值仿真方法进行了调研,阐述了国内外的发展现状,同时分析了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的阀门升程-功率预测方法,利用调节阀门升程指令直接预测汽轮机机组的输出功率。研究成果可为汽轮机阀门流量升程曲线优化工作提供参考。     

油气混输泵球阀运动性能的分析研究

通过分析混输泵球阀受力,针对影响阀球受力的几个主要因素,用FLUENT模拟软件动网格技术对球阀进行数值计算分析,得出了介质气液比、弹簧刚度系数、阀球材质对球阀运动性能的影响规律。随介质气液比增大,阀球受力、升程和速度减小,在介质气液比超过0.5达到某个值时,阀球受力逐渐达到平衡,当气液比继续增大超过一定值以后,弹簧刚度系数对球阀性能影响减小。弹簧刚度系数越大,阀球受力达到平衡位置所用时间越短,且升程,速度达到极值所用时间也越短。随着介质气液比越来越大,阀球材质密度较大或较小,对阀球受力、升程、速度都有较大的影响。对于钢和铜材质的阀球来说,介质气液比对其影响较小且2种材质的阀球受力、升程、速度变化趋于一致。     

发动机电控节气门瞬态流动过程三维数值模拟与研究

以某型号发动机电控节气门为研究对象研究了其基本结构和工作原理。按照节气门实际结构,利用计算流体力学(CFD)的方法结合运动网格技术及用户自定义编程方法,实现了节气门由关闭向全开位置转动时空气瞬态流动过程的三维数值模拟。研究了节气门运动对空气流动过程的影响,重点分析了节气门处于不同转角时刻空气速度场、压力场及流动噪声的变化规律。计算结果表明:在节气门转动初期,节气门后侧流动区域有气旋形成,在节气门前后两侧的压力发生了陡降,在节气门上止点和下止点附近产生流动噪声区,节气门开度在40°附近时声功率峰值达到最大。随着节气门开度的逐渐增加,节气门后侧的气旋逐渐减弱,节气门前后两侧的压力陡降幅度也逐渐减小,流动噪声则是先增大后减小,噪声峰值始终存在于节气门后侧,出现流动噪声峰值的位置也逐渐远离节气门中心。当节气门接近全开时,空气速度场、压力场和流动噪声也逐渐接近稳定。     

滤网部件对补汽阀性能的影响研究

实验研究滤网部件对补汽阀性能的影响.通过流量计监测补汽阀流量,阀前、阀后压力由压力传感器测得,通过位移传感器测量阀杆的振动情况.多组压比条件下的实验结果表明,流量先随阀杆升程的增加而增加,而后逐渐平缓并最终趋于稳定.滤网具有的良好整流效果,不仅可以使蒸汽流经滤网后流动更加均匀,降低压损,还可以降低由扰流和射流引发的自激...     

某船用汽轮机短座阀流量与提升力特性数值模拟计算

由于汽轮机内部空间的限制及船用汽轮机多工况的要求,部分船用汽轮机采用了短座阀。因扩压段长度的大幅减小．阀门的气动性能及强度振动特性产生较大变化,对汽轮机总体性能有较大的影响。本文对某短座阀在试验研究的基础上进行了数值计算分析：通过气动试验,得到某船用汽轮机短座阀的流量系数与提升力系数曲线簇;基于可压缩,N-S方程,利用S-A湍流模型及有限积分法,采用四面体非结构性网格．对此阀门进行了数值模拟计算。通过对该阀门的数值计算得到在不同相对开度及不同压比下的计算结果与试验结果吻合良好;得到对各种短座阀广泛适用的计算方法．为船用调节阀、旁通阀的设计和性能分析提供了重要依据。     

凝水压力控制阀的设计与数值研究

在船用凝汽式汽轮机凝水系统的设计与调试中,为防止凝水泵出现汽蚀,通常需要对凝水系统压力进行调整。为实现凝水系统压力的在线便捷调节,稳定凝水泵出口扬程及流量,设计了凝水压力控制阀。该阀采用二级节流的结构形式,可通过调整阀开度改变节流效果。通过公式计算得到了不同开度下凝水压力控制阀的调节性能,根据计算结果,控制阀满足设计要求。采用CFD流体计算软件对凝水压力控制阀进行三维数值模拟,验证计算的准确性。     

全可变液压气门机构的气门运动特性

通过对全可变液压气门机构的气门升程和液压压力的试验测量,研究了全可变液压气门机构的气门运动特性.采用流通面积随气门升程可变的节流孔控制气门落座速度,分析了节流孔形状、最小节流面积和节流面积变化率等对气门落座过程的影响;采用单向阀通道降低液压系统内的液压流体的压力波动,保证了气门的平稳开启.通过对多种工况下气门落座速度的分析,得出气门最大升程对气门落座速度有重要影响,而发动机转速对气门落座速度的影响相对较小的结论.试验结果表明,通过合理匹配有关结构参数,全可变液压气门机构可实现气门平稳开启和平稳落座.     

燃气轮机陆基试验台进气系统阻力模拟装置气动性能数值分析

为某型燃气轮机陆基试验台进气系统设计了一种由5个节流板组成的进气阻力模拟装置,用于模拟燃气轮机实船状态下的进气阻力。采用CFD数值模拟方法,分析该装置阻力模拟装置节流板不同偏转角度对燃气轮机进口空气流场及总压损失的影响,通过试验验证了数值模拟结果的准确性。数值结果表明：节流板顺时针持续偏转,下流底部回流区域逐渐扩大,下游主流流速分布较均匀,有利于燃气轮机运行;同时节流板偏转使得燃气轮机进口截面顶部区域低速区扩大,截面高速分布区域更加均匀。节流板逆时针偏转会增大燃气轮机进口截面不均匀度,且引起的总压损失要大于顺时针偏转,不利于燃气轮机运行。同时还通过试验验证了数值计算模型和相关分析的可靠性,为节流板的设计、安装提供了重要的理论依据。     

前缘改形对翼型气动噪声特性影响

为得到高气动性能、低噪声的风力机专用翼型,基于参数化建模翼型,研究前缘外形对风力机翼型气动性能及气动噪声的影响规律。通过分离涡模拟方法和声学类比方程建立噪声预测方法。针对非对称翼型S809通过样条函数参数化处理前缘改形进行气动噪声计算。结果表明:翼型压力面前缘加厚,对翼型升阻力系数无明显影响,但大攻角时翼型周围压力分布均匀,流动相对稳定,且气动噪声声压级低于原始翼型,随压力面厚度增加气动噪声越大;吸力面加厚使得翼型升力系数增大,阻力系数减小,能抑制翼型失速时尾缘涡与前缘涡的生成,变形量越大气动噪声越小;翼型前缘上弯,翼型在失速区升力系数减小,阻力系数增大,流动越加不稳定,声压级随着攻角的增加呈递增趋势;翼型前缘下弯,翼型处于失速区升力系数增大,阻力系数减小,能抑制流动分离,未生成前缘涡和尾缘涡,当前缘下弯不变时,随加厚厚度增加翼型声压级呈减小趋势,且前缘下弯翼型声压级小于前缘上弯。     

补汽调节阀技术在百万千瓦全周进汽汽轮机中的应用

全周进汽的运行模式可提高百万千瓦超超临界汽轮机的经济性及安全可靠性。环保及节燃料消耗要求进一步提高所有运行工况的效率。本文介绍一种补汽阀技术,即在原两个主调节阀基础上再增加一个附加的补汽调节阀,可提高额定负荷工况的进汽压力,并使机组在没有节流损失条件下具备快速的调频能力。补汽阀是一项提高机组调频灵活性、提高效率和可靠性的成熟技术。本文还详细介绍了补汽阀的特点,提供了补汽阀的经济分析数据。     

匹配新能源电能并网的压缩空气储能站性能研究

  [目的]  压缩空气储能系统在电能释放环节依托节流降压阀进行调压的方法,存在较大的空气压力能损失,降低了压缩空气储能系统的能量转换效率。  [方法]  引入喷射调压理论,通过高压流体对低压流体的自动卷吸作用获得中压流体的方法来完成调压过程,减少由节流降压阀引起的压力能损失。在研究过程中,分别构建了融合“节流阀调压”、“固定式匹配器调压”以及“可调式匹配器调压”三种不同调压方式的压缩空气储能系统并进行了性能比较分析。  [结果]  研究结果表明:“固定式匹配器调压”方法与“可调式匹配器调压”方法通过压力能回收,使得首台膨胀机可做功气流总量分别增加了2%与4.1%,储能系统的能量转换效率也由节流阀调压储能系统的59.26%分别提升至59.60%与59.97%。  [结论]  性能优化后的压缩空气储能系统能够服务于新能源电能并网需求,通过储能站与新能源电能发电站形成联合体的方式,促进新能源电能的消纳。