汽轮机静叶除湿缝性能分析及结构改进

基于数值模拟方法,采用双流体模型,分析了汽轮机静叶除湿缝特性对除湿能力和级性能的影响,结果表明:随着除湿缝角度减小或宽度增大,除湿能力逐渐提高,级效率逐渐降低;除湿缝进口倒斜角或圆角,能提高除湿能力,但会略微降低级效率;在吸力面或压力面增加除湿缝数量,能显著提高除湿能力,但会大幅降低级效率。综合考虑除湿能力、级效率、叶片强度和加工可行性,该机组末级静叶除湿缝角度建议取45°,宽度建议取4 mm,进口建议倒斜角。

储能空气透平低压进气结构优化设计

本文对某储能空气透平低压进气结构进行了优化设计,包括在进气管道与进气腔室衔接处增加过渡倒圆、采用变截面腔室、腔室底部增加平直段和导流锥三种方式,数值分析结果显示:相对于原始方案,优化后进气结构内的局部流速明显降低,流线分布更加均匀,因此壁面熵显著减小,最终导致压损大幅降低,仅为原始方案的53.1%;此外,进气结构出口马赫数和气流角分布也更加均匀,导致首级叶片效率提升约3.3%;对比来看,增加过渡倒圆结构收益最大,采用变截面腔室、底部增加平直段和导流锥也有一定的收益。

掺混腔室对透平性能影响的多工况对比研究

基于某变转速透平小机,采用数值模拟方法,研究了阀门全开和额定工况下,掺混腔室轴向长度对机组性能的影响,结果表明:随着掺混腔室轴向长度增加,级段效率逐渐提高,且额定工况效率增加的速度更快。掺混腔室轴向长度主要影响调节级(包含进汽室和掺混腔室)和第2级的性能。阀门全开工况下,随着掺混腔室轴向长度增加,调节级动叶域损失逐渐增大,但掺混腔室出口汽流均匀性得到改善,因此调节级效率逐渐降低,第2级效率逐渐提高。额定工况下,随着掺混腔室轴向长度增加,调节级动叶域损失逐渐减小,掺混腔室出口汽流均匀性得到改善,因此调节级和第2级效率均逐渐提高。

汽轮机先进高效冲动式叶型级试验及模拟

对2种先进高效的汽轮机冲动式叶型(LH、LL叶型)进行多级空气工质级试验和数值模拟分析,研究2种叶型在真实级环境下的总体性能差异.结果表明:2种叶型空气流量的试验值和模拟值基本一致;LH叶型具有更高的通流效率;2种叶型最佳速比的模拟值均高于试验值;随着根部速比的增大,通流级根部反动度逐渐增大,并且反动度的模拟值高于试验值.相比于LL叶型,LH叶型的设计理念更加合理,性能提升达到预期,研究结果可以为LH叶型的工程应用提供重要参考.

大功率百万汽轮机侧齿汽封气动性能数值研究

以典型大功率百万汽轮机组的叶顶汽封为对象,利用数值方法研究侧齿结构位置、数量和尺寸在额定工况下对密封效果的影响,并与传统城墙齿汽封对比,达到漏汽最小的最佳适用效果。结果表明:城墙齿汽封的侧齿结构通过划分腔室使主流产生大漩涡,进而抬升主流,阻碍蒸汽向前流动;对于大功率百万汽轮机,与城墙齿汽封相比,侧齿的数量、位置和尺寸均存在较佳值,使防泄漏效果最优,泄漏量相对减少7.5%。

汽轮机中反动度通流技术研究

介绍了汽轮机中反动度通流技术的设计理念,并开展了宏观方案论证、叶型优化设计和性能分析,得到如下结论:为降低机组成本,根径减小后,反动度若降低6%,可以保证轴向排汽和静叶的适用性,仅需重新设计动叶;与原始动叶相比,新设动叶与中反动度通流方案更匹配,消除了攻角,降低了叶型损失,进而改善了流场分布,获得了更高的效率。总体来看,所研究的中反动度通流技术经济性与原始反动式通流技术相当,可以在保证效率的前提下减小根径,进而满足机组降本需求。

调节级单通道与全周数值方法对比研究

本文以某350MW亚临界机组为研究对象,采用单通道和全周两种数值模拟方法,分析了调节级在VWO、THA和75%THA工况下的性能。结果表明:由于单通道模型未考虑部分进汽、进汽室等影响因素,对调节级内复杂流场的模拟不准确,所得损失明显较低,进而导致效率明显高于全周计算结果。此外,单通道和全周计算得到的调节级动叶域内的损失差异较静叶域内更大,导致单通道计算得到的压力反动度明显低于全周计算结果,以压力反动度为输入参数,计算得到的调节级轴向推力值差异也较大。实际工程中,评估调节级推力时,建议以全周计算得到的压力反动度为输入参数。

汽轮机三维通流自动仿真技术研究

为了提升汽轮机通流技术开发效率,研究了三维自动仿真技术。基于国际通用的商业软件搭建仿真流程,构建交互式场景,设计几何建模、网格划分、前处理和后处理组件,开发具备叶片通道设计、汽封通道设计和仿真模拟功能的三维通流自动仿真模块,实现全自动模型创建、数值计算和结果处理,大幅减少工作量,降低错误率。采用三维通流自动仿真模块对某汽轮机高压缸进行模拟,并与一维设计和常规仿真结果对比,发现自动仿真具有非常高的可靠性,能够得到准确的关键参数和流场分布。

低成本高效率反动式叶片平面叶栅试验和数值研究

本文介绍了适用于中小功率机组的低成本、高效率反动式叶片设计理念,并采用平面叶栅试验和数值计算方法,详细分析对比了原始大功率反动式叶型和新设中小功率反动式叶型的气动性能,结果表明:新设叶型在马赫数为0.7时损失最低,攻角适用范围为-40°~20°,表面压力分布和流场分布合理。总体来看,新设叶型的气动性能优于原始叶型。试验和数值计算结果比较相符,验证了数值计算方法的合理性。

抽汽对抽背式汽轮机性能影响的数值研究

抽背式汽轮机抽汽流量大、抽汽口数量多,研究抽汽对通流性能的影响对机组优化设计具有重要意义。以某抽背式汽轮机典型抽汽口为例,采用数值仿真方法,研究了2种不同抽汽结构下抽汽流量对前后级效率、抽汽压损和转子受力的影响。结果表明:抽汽对上游级效率几乎没有影响,对下游级效率有一定影响;随着抽汽流量占比增加,抽汽后一级静叶损失逐渐增大,动叶损失先减小后略微增大;抽汽压损随着抽汽流量占比的增加而增大,抽汽流量占比小于20%时,结构2的压损更小,抽汽流量占比大于20%时,结构1的压损更小;抽汽对转子受力波动的影响很小。总体来看,结构1适用于抽汽流量占比较大的机组,结构2适用于抽汽流量占比较小的机组。研究成果可为抽背式汽轮机设计提供有益参考。

基于局部色温估计的电子内镜图像自动白平衡算法

电子内镜的光源老化将导致色温和亮度的降低,严重影响成像质量,不利于医生对病灶处的观察。为补偿色温变化,需要对图像进行白平衡处理。以完美反射理论为基础,通过分析内镜图像共有固有特征,提取图像中高光点作为理想参考点,利用高光点的空间位置信息进行局部色温估计,从而校正图像色差。根据色差修正系数进行算法评估。相对于经典反射理论算法,该算法将平均色差修正系数从9.03%提升至79.34%,能够有效校正色差,剔除光源干扰。采用亚采样模板简化色温估计计算过程,单幅图像的平均处理时间减少54.95%。该算法是针对电子内镜图像的一种有效的自动白平衡算法,能够更加准确地还原人体组织的颜色特征,且具有较好的实时性。

补汽流量和结构对机组影响的数值研究

本文利用数值计算的方法,以某百万等级机组为研究对象,分析对比了A、B两种不同的补汽结构下,补汽流量大小对前后级性能和转子运行稳定性的影响。分析结果表明:随着补汽流量的增大,补汽前一级的效率变化不大,补汽后一级的效率明显下降,补汽对转子运行稳定性的影响也越来越大。从级效率和转子运行稳定性的角度来看,补汽结构A优于补汽结构B。

汽轮机切向进气蜗壳气动性能研究

采用实验测量和数值模拟的方法,研究了单独切向进气蜗壳和切向进气蜗壳耦合静叶结构的气动性能和流场特性。实验测量了3种出口马赫数下的单独切向进气蜗壳和4种进出口压比下的切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数、出口气流角、质量流量。采用数值求解三维RANS和SST湍流模型分析了实验测量的切向进气蜗壳的流场形态。数值模拟得到的气动参数值与实验值吻合良好,验证了数值方法的可靠性。结果表明:单独切向进气蜗壳与切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角的分布与大小基本上不随进气总压的增加而改变,出口气流角在152.0°左右,切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角在166.6°左右;与单独切向进气蜗壳相比,切向进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角沿周向的分布更为均匀;单独切向进气蜗壳和切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数和质量流量随着进气总压的增加而增加,单独切向进气蜗壳的总压损失系数由0.73%增加到1.64%,切向进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数由0.82%增加到2.66%。研究工作可为汽轮机切向进气蜗壳的设计和性能分析提供参考。

横向间距和截面形状对汽轮机切向进气蜗壳气动性能的影响

为了降低蜗壳总压损失并提高出口气流均匀性,对影响切向进汽蜗壳的气动特性和流场形态的因素进行了研究。采用数值方法求解了三维RANS方程和SST湍流模型,分析了横向间距和截面形状对汽轮机切向进气蜗壳气动性能的影响。数值模拟得到的部分切向进气蜗壳的质量流量和出口马赫数与实验测量数据一致,验证了数值方法的可靠性。对比分析了不同进口总压下5种切向进气蜗壳耦合静叶结构的气动性能参数和流场型态,结果表明:5种进气蜗壳耦合静叶结构的出口气流角基本不随进气总压的增加而改变;5种进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数和质量流量会随着进气总压的增加而增加;进气蜗壳出口气流角随着横向间距的增加而增加,圆特征截面进气蜗壳出口气流角大于类多边形特征截面进气蜗壳的;随着横向间距的增加,5种进气蜗壳耦合静叶结构的蜗壳总压损失系数增加,静叶总压损失系数减小,进气蜗壳耦合静叶结构的总压损失系数先减小后增加;进气蜗壳截面形状对总压损失系数的影响明显大于横向间距的,类多边形特征截面蜗壳的总压损失系数明显大于圆特征截面蜗壳的;静叶出口气流角几乎不受横向间距和特征截面的影响;圆特征截面切向进气蜗壳耦合静叶结构具有最低的总压损失系数,圆特征截面完全切向进气蜗壳耦合静叶结构在蜗壳出口具有最佳的出口气流角周向分布均匀性。