一种基于图像的燃气轮机叶型参数测量方法

叶型参数的准确测量是实现叶片性能诊断和逆向建模的关键步骤。为了提高叶型参数的测量效率,提出了一种基于图像的参数提取方法。首先,采用骨架提取算法对叶片中弧线进行定位;然后,通过拟合计算获得中弧线函数及叶型厚度分布;最后,采用优化算法提高叶型参数辨识精度。实验结果表明,所提出的基于图像的叶型测量方法具有较高的准确性,测量相对误差小于1.5%,且应用方便、灵活,为叶片几何参数的快速、准确测量提供了新的解决方法。

汽轮机轴封加热器换热性能计算

轴封加热器是汽轮机机组中的换热装置,对轴封系统的工作性能有重要的影响。提出一种在已知参数较少的情况下,通过迭代计算得出轴封加热器相关参数的计算方法,并与Aspen Plus软件计算得到的轴封加热器基本换热参数进行对比验证,误差在0.4%以内,表明所提出的计算方法可靠性较高。以华能北京热电有限责任公司联合循环汽轮机组实际应用为例,使用该计算方法计算进口参数改变时的壳程出口液相、气相流量并建立进口参数波动与加热器换热参数间的关联模型,验证了该方法的有效性。

切向/螺旋进气道稳流实验与数值仿真

为了研究内燃机进气道及缸内的流动规律,并验证数值仿真在内燃机中流动的可行性,对典型的内燃机切向/螺旋组合进气系统的三维流场进行了稳流实验,并用商业软件F luen t数值仿真了实验条件下进气道及缸内流场.由文中给出的算法计算的涡流比及流量系数与实验结果具有较好的一致性.通过仿真流场分析发现,随着气流逐渐远离气缸盖,垂直于气缸轴向的截面上速度分布越规整,越易形成单一方向的旋涡.研究结果表明,数值仿真可以较准确地得到直观的进气道和缸内流场,补充了稳流实验.

进口漩流对透平排汽缸内部流动的影响

使用CFD软件CFX数值模拟了不同漩流条件下大功率汽轮机低压排汽系统实验模型内部的复杂三维流动,定义了衡量非轴对称流场周向不均匀程度的周向不均匀系数。通过对不同漩流条件下计算得到的总压损失系数、静压恢复系数、周向不均匀系数以及缸内流场的对比分析,发现来流在不同径向位置处的漩流角对排汽缸内流动有不同的影响,在此基础上提出了能改善排汽缸气动性能的来流切向气流角分布并进行了数值验证分析。

基于虚拟仪器及PXI技术的传感器标定

为了借助虚拟仪器技术实现对叶轮机械各种测试技术的集成,本文将虚拟仪器及PXI技术运用于传感器的标定中。文中阐述了基于虚拟仪器及PXI技术的传感器静态特性标定系统的结构、标定方法、数据处理以及被标定传感器的静态特性指标,并与传统仪器组成的标定系统进行了比较。结果表明,基于虚拟仪器及PXI技术的传感器静态特性标定系统,比用其它手段更精确、快捷和方便,为虚拟仪器在叶轮机械试验测试中的进一步应用打下了基础。

轴流透平与排汽系统间流场相互作用研究

为了研究轴流透平与非轴对称排汽系统流场间的相互作用,对带有单级透平的300/600 MW汽轮机排汽系统模型内流场进了模型实验,并用商用软件CFX数值计算了实验工况下带有全周叶栅通道的单级透平与排汽系统内的耦合流场.对比实验与数值模拟结果,二者吻合较好.通过对实验和数值结果分析发现,排汽系统内的非轴对称流场使透平叶栅通道内流动沿周向发生变化,扩压器内出现大的流动分离,排汽系统内总压损失增大,静压恢复系数为负.

来流条件对排汽缸内非轴对称流动的影响

研究了大功率汽轮机低压缸排汽在不同气流角及不同总压分布下的流场,以模型为对象进行了三维流场的数值模拟。结果表明:排汽缸入口较大的旋流角会恶化排汽缸性能,而总压沿径向变化梯度为负时则有利于改善排汽缸气动性能。基于这一结果提出了通过改变总压分布抑制由于来流方向对排汽缸性能产生的负面影响的方法。

汽轮机排汽系统优化设计与性能分析

本文将试验设计方法、响应面近似建模方法及优化算法与排汽系统参数化造型程序及CFD求解软件相结合,应用于汽轮机排汽系统优化设计与分析。并以300/600 MW汽轮机低压排汽系统模型为研究对象,在两种入口条件下应用该方法对其进行了气动优化设计。与原始排汽系统相比,优化后扩压性能有较大的改善,验证了本文提出的气动优化设计方法的有效性,同时表明排汽系统入口条件和几何参数都会影响优化结果。

内燃机内流动的研究

较系统地从流动试验测试手段和装置、流动数值模拟3个方面叙述了目前该领域内研究的现状和发展趋势。对内燃机几种重要的流动形式的形成及其对内燃机性能的影响进行了归纳,特别是将燃油射流形成的流动作为重要的流动形式之一进行了论述;总结了内燃机流动试验研究的几种测试手段和装置;介绍了几种流动数值模拟软件及其特点。

柴油机组合进气道布置位置优化研究

针对某型柴油机切向/螺旋组合进气道进气系统进行了稳态流场的数值模拟,分析了组合气道的流动特性,为进气道位置优化提供了依据;在不改变原机气道形状的基础上,通过稳流试验确定了最终进气道位置的优化方案,证实了流动数值模拟在气道优化中的指导作用。

柴油机进气涡流旋流器的研究

对直进气道柴油机诱导产生进气涡流新装置 (旋流器 )进行了结构设计 ,并对其性能进行了稳流气道试验、水模拟试验 PIV测试以及实际发动机装机试验。试验结果表明 ,该新装置可以在短直进气道柴油机上诱导产生中、低强度的进气涡流 ,改善了混合与燃烧 。

旋转气流的数值模拟及试验验证

用稳流气道试验台对切向引入式的标准旋流筒进行了稳流试验,并用CFD软件对旋流筒内的三维流场进行数值模拟。提出数值模拟与稳流试验对比的方法,验证了模拟的正确性。

燃气轮机透平叶片流-热-固耦合分析及蠕变寿命预测

本文采用流-热-固耦合方法,对某燃气轮机透平动叶的流场、温度场以及应力分布进行了计算分析,并据此对叶片的蠕变寿命进行了计算,得到了蠕变寿命云图,发现该叶片的寿命最短点与温度最高点、应力最大点不在同一位置。相较于传统的选取温度最高和应力最大的节点作为危险点进行寿命分析的方法,对叶片所有节点进行寿命计算,形成寿命云图的方法,能更加直观准确地找到寿命最短的位置,从而更好地评估设计方案。

雷诺数对微透平性能影响的数值模拟

在研究厘米级微型向心透平工作特性和结构特点的基础上,设计了7～8 kW级的厘米级微型向心透平。通过放大或缩小已设计的厘米级微透平来改变雷诺数,采用CFX软件对不同雷诺数的微透平在绝热情况下的特性进行了数值模拟。结果表明:雷诺数对静压的影响主要发生在动叶,且集中在动叶的前缘和吸力面。雷诺数减小使得马赫数分布图中尾迹相应变厚,且透平级的总总效率随着雷诺数减小而有所降低。

基于计算机视觉的三维重建技术在燃气轮机行业的应用及展望

燃气轮机的整机性能及运行安全与其各部件的性能和工作状态密切相关,部件性能优劣和健康状态直接反映在表面的形貌上。因此,根据部件的形貌特征对其性能及健康状态进行判读,是评估燃机设计和健康状态的最为高效的方法,而三维重建技术是实现这一方法的关键技术。首先围绕基于计算机视觉的三维重建,系统地阐述了基于单目视觉、基于双目视觉及基于深度学习的三维重建技术及其发展现状;之后讨论了三维重建技术在燃气轮机行业的发展现状及可能的发展方向;最后,以燃气轮机透平叶片为对象,比较了基于阴影信息及多视图学习网络的三维重建效果并讨论了其各自的优缺点。

基于时间序列图谱化的轴承故障诊断方法研究

目前故障诊断问题常使用的人工智能方法是根据采集的传感器信号建立多维特征空间,然后基于经典机器学习方法对故障信号进行诊断。上述方法能够取得较为理想的诊断结果,但在连续时域应用上具有局限性。针对这个问题展开研究:基于轴承振动数据集,通过对单一信号的不同时间序列引入GAF变换得到对应的特征图像数据集,采用CNN进行图像分类实现故障诊断,同时将随机森林、支持向量机和决策树作为对照方法进行分析。实验结果表明:在时间维度上,“GAF+CNN”方法具有一定的分类效果,其诊断准确率低于决策树,略低于随机森林,但优于支持向量机,说明在时间维度上进行特征提取和故障诊断具有可行性且能达到与对照方法相近的诊断效果。

燃气轮机排气扩压器研究现状

燃气轮机是关系国家安全和国民经济发展的核心装备,排气扩压器气动性能对燃气轮机整机效率有重要影响。排气扩压器与上游流场的相互作用及其复杂的几何结构,导致了扩压器内流场易分离、多损失的流动特征。为探明扩压器的流动特征及其与透平的耦合机理,综述了国内外扩压器气动性能和优化设计的研究现状,讨论了扩压器设计与优化方面未来的研究方向,未来的研究需要充分考虑透平和扩压器的相互作用以及将参数化等方法引入扩压器优化设计问题以提高工作效率。

基于椭圆基神经网络模型的排汽缸优化设计

本文以最优拉丁超立方试验设计方法构建样本库,采用椭圆基神经网络构建近似模型,结合多岛遗传算法搭建全自动优化设计系统。以排汽缸静压恢复系数最大化作为优化目标,采用此系统对某型号汽轮机机组排汽缸导流环型线进行气动优化设计。结果表明:各设计变量中导流环起始角度对排汽缸性能影响最显著。优化后排汽缸扩压器、排汽蜗壳性能均有改善,排汽缸静压恢复系数提高7.91%,总压损失系数下降5.98%。在其他运行工况,优化结构性能仍优于原型,且在THA工况下性能改善显著,排汽缸静压恢复系数提高13.45%,总压损失系数下降10.44%,表明该优化系统对汽轮机低压排汽缸气动设计有效可行。

应用于有机朗肯循环的新型小流量低转速离心膨胀机特性研究

相对于向心式膨胀机动辄数万转的转速,离心式透平能在较低的转速条件下实现较高的功率输出。本文以适用于有机朗肯循环(ORC)的某小流量低转速离心式透平膨胀机为研究对象,以R134a作为工作介质,用数值模拟的方法对新型透平膨胀机的气动特性进行了研究;采用CFX软件计算了该膨胀机在3 000 r/min转速下的工作特性曲线,并重点分析了在膨胀比1.7的工况下,叶片不同叶高位置的速度分布、表面压力分布、压力损失系数以及动叶内部流场马赫数云图。结果表明:该膨胀机能够在3 000 r/min转速下实现4.0的膨胀比,因此有效降低了轴承的转速和负荷;然而,由于静叶叶型设计不合理,静叶流道内出现了堵塞现象,同时叶顶间隙对动叶性能有较大的影响,这些均对离心膨胀机的性能产生了影响。本文研究结果将为离心式膨胀机的优化改进提供理论基础。

不同流量工况下透平与排汽缸耦合流场变化特性数值研究

本文借助商用计算流体动力学软件CFX数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS),研究了工况改变对末级透平与单侧径向排汽缸气动特性的影响,分析了120%到10%设计流量工况范围内,排汽缸与轴流透平内的耦合流场结构和气动性能参数。结果表明,流量降低将引起透平动叶负攻角增大,叶栅通道内流动分离增大,挤压气流从静叶根部和动叶顶部流向下游,透平输出功由正变负。流量减小,透平出口总压径向正梯度变化显著,气流旋转方向与透平旋转方向趋向一致,排汽缸内的流动形态发生变化,沿蜗壳后端壁直接流出的气流减少,总压损失及流场周向不均匀程度有所降低。