汽轮机叶片流体激振安全性的全三维、全功能与全方位分析系统

总结了对于汽轮机叶片流体激振安全性进行全三维、全功能与全方位分析的概念和方法。全三维是对流体激振安全性的分析建立在三维粘性和三维振型的基础上 ,全功能是对流体激振分析建立在弹性力学方程和流体力学方程弱耦合的基础上 ,进而得到流体激振时的动应力并与疲劳寿命相联系。全方位则是可以对汽轮机叶片的各种形式的流体激振 (如小流量下失速流激振、叶尖间隙流激振等 )和强迫振动 (如部分进气激振、静叶尾迹流对动叶的激振、抽汽口激振等 )进行安全性分析。这种流体激振三全系统 (全三维、全功能、全方位 )的建立 ,将是汽轮机叶片的安全性分析水平的重要进展     

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。     

用振荡流体力学方法确定汽轮机叶片的气动激振力

提出了利用振荡流体力学方法确定由于不均匀来流（如静叶出口尾迹等）引起的在汽轮 叶片上的三元非定常气动力。将任意非定常来流通过付里叶变换转化成若干个简谐振荡来流的迭加，用振荡流体力学的方法进行振荡流场计算，从而得到作用在叶片上的气动激振力，与试验结果对照证实了该方法的可行性，并应用本文方法计算了某汽轮机上末级叶片上的激振力。     

大型汽轮机汽流激振研究现状及展望

分析和总结了大型汽轮机汽流激振的产生机理及特征。对国内外汽流激振研究概况作了介绍,并重点对效率系数β的取值进行了介绍和分析,认为β值与偏心、叶顶间隙、叶距、叶片进出β相对汽流角及升力系数等诸多因素相关,且取值跨度较大。从加大转子刚度、增大系统阻尼和减小汽流激振力等方面对汽轮机汽流激振的预防及消除措施进行了总结,最后从效率系数β的取值、非线性动力学问题的求解、汽封的形式、叶片激振力的优化及轴系稳定性等5个方面对大型汽轮机汽流激振的研究存在的问题及今后的研究方向做了展望。     

用振荡流体力学方法确定非均匀来流对动叶的气动激振力

提出了用振荡流体力学方法确定由于不均匀来流（如静叶出口尾迹等）引起的在汽轮机转子叶片上的三元非定常气动力。将任意非定常来流，通过傅里叶变换转化成若干个简谐振荡来流的迭加，用振荡流体力学的方法进行振荡流场计算，从而得到作用在动叶上的气动激振力，与试验结果对照证实了该方法的可行性，并应用该方法计算了某汽轮机末级动叶上的激振力。     

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.     

汽轮机叶片激振力模型和计算方法

详细研究了在稳定运行工况时影响汽轮机叶片激振力的主要因素。在建立抽排汽口、有偏差的静叶流道、静叶尾迹、冲角等各主要影响因素模型的基础上建立了通过傅立叶谐波分析定量确定各阶谐波激振力的一整套力学模型和数值计算方法。计算结果从一般规律上给出了各阶谐波激振力量值与其主要影响因素之间的关系，在确定叶片激振力和动应力计算中直接应用，不仅具有理论意义，且有工程实用价值。     

汽轮机叶片激振力分析及优化

分析了汽轮机叶片的激振源并建立了激振力数值计算模型，在此基础上，应用谐波分析技术对转速倍率的各阶谐波激振力分量给出定量结果，建立激振力对相关参数敏感度的计算方法。     

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%。     

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。     

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。     

叶片动应力计算的重要改进及其在不调频叶片设计上的应用

叶栅流场中的叶片受流道中汽流力的作用，同时也承受了流道中谐波汽流力的激振。由于谐波汽流力沿周向波动，其对叶片的激振力应该是流道宽度内谐波激振力的积分。本着这一观念对ASME早期发表的动应力基本方程进行改进，重新作了推导，并指出了降低叶片共振应力的途径。多年来已取得了成功应用，其中涉及带冠单叶片的动强度特性及不调频叶片事故处理的材料综合抗振强度对比分析，对工程实践具有一定的参考借鉴的价值。     

叶片可靠性预测的非线性振荡低网格边界元法

为了预测叶轮机械叶片的流体激振可靠性,基于非线性流体激振理论,建立流体结构耦合分析的边界积分方程直接求解格式,采用等效均值和离差的线性化处理来估算可靠度指标,提出了叶片可靠性分析的非线性振荡低网格边界元法。数值计算结果显示,该方法能快速、有效地预测叶片结构的工作性能,可应用于新型叶轮机械的优化概率设计。     

工业汽轮机调节级部分进汽的瞬态研究

采用计算流体力学方法研究某给水泵汽轮机调节级在低压喷嘴单独进汽和高低压喷嘴同时进汽两种工况下的三维非定常流动特性,以及动叶因周向不均匀来流而所受到的激振力变化。结果表明:当喷嘴组给定不同进汽参数工质时会造成调节级动叶入口参数周向不均匀,从而影响动叶做功;动叶离开高压区进入低压区前,动叶做功能力最大;动叶离开低压区进入高压区前动叶做负功;叶片上受到的气流激振力主要脉动频率为1倍轴频及其高阶谐频,叶轮转子受到的气流激振力主要脉动频率为1倍叶片通过频率,其受力大小与入口工质初参数有关。     

超超临界汽轮机汽流激振研究现状与展望

对当前国内汽流激振的研究现状进行了分析和综述，分析和总结了汽流激振的机理、特征，并对汽流激振的国内外研究发展概况进行了介绍。总结了当前国外一些厂家超超临界汽轮机组所采用的一些汽封结构形式；归纳了防汽流激振的有效措施，最后对超超临界汽轮机汽流激振未来的研究方向进行了展望。     

汽轮机叶片激振因子和阻尼分析

激振力和叶片阻尼是影响汽轮机叶片安全的重要因素，本文在综述有关激振力和叶片阻尼方面的研究文献的基础上，给出了估算激振力因子的公式和叶片阻尼的方法，可用于叶片动力响应分析和动应力分析。     

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.     

斜置静叶对喷嘴内固体颗粒冲蚀作用的影响

汽轮机调节级采用斜置静叶可有效降低固体颗粒的冲蚀率。通过fluent软件进行数值模拟,建立汽轮机静叶的不同斜置角度的计算模型,基于三维定常可压缩流体的N-S方程,在连续相流场的基础上添加离散相模型,分析不同斜置角度下不同粒径的固体颗粒的运动轨迹及其对叶片的冲蚀作用。分析表明:静叶斜置角度的改变对固体颗粒的运动轨迹是有影响的,斜置角度为45°时,固体颗粒的运动轨迹最好,对壁面的冲蚀作用最小。随着斜置角度的增大,固体颗粒的运动速度减小,固体颗粒与壁面的碰撞角减小,对壁面的冲蚀率减小,汽轮机组的安全性提高。     

适用于舰用汽轮机的准三维设计体系

建立了以多级Ｓ２流面计算为主,Ｓ１流面计算程序和单列叶栅全三元Ｅｕｌｅｒ方程求解程序为辅的舰用汽轮机设计体系。Ｓ２流面计算中考虑了变比热并引入损失模型,用来比较准确地估算机组的效率,进行汽轮机级间和动静叶之间的匹配计算。Ｓ１流面和三维有粘、无粘计算程序用来考核叶栅空间通流性能。该体系适用于舰用汽轮机的校核计算和变工况性能分析。     

超超临界汽轮机汽流激振的研究

分析了超超临界汽流激振的原因和特征，介绍了有关汽流激振的试笋研究、计算分析和设计判据，给出了超超临界汽轮机消除汽流激振的建议措施。