反动式工业汽轮机超高转速大流量低压级组优化

杭汽轮引进的西门子反动式工业汽轮机低压扭叶级组在转速和热力性能方面已经无法满足现有市场的需求。针对上述问题,采用优化算法对该系列叶型进行优化,同时,引入了斜T型叶根和枞树型叶根,改进了T型末叶根骑缝螺杆锁紧结构,提高了叶片和转子的材料等级,此外,还通过分析已运行的同类型低压级组的运行数据,推算出优化后级组的最大许用质量流量。综上,优化后的级组子午面尺寸未发生改变,总总效率较优化前最高提高了2.5%,最高连续转速提高了20%,且通流能力保持不变。

透平机械叶轮叶片三维参数化造型及六面体网格生成方法研究

叶轮是向心透平和离心压缩机中的重要部件,其几何形状比较复杂,采用良好的网格进行有限元分析,以获得精确的强度和振动特性,是其安全性的重要保证。针对叶轮结构特点,采用CAGD(computer aided geometric design)技术实现叶轮的三维实体参数化造型;然后使用同胚原理和BMSweeping(sweeping via background mesh interpolation)等方法建立叶轮六面体网格生成方法。为了保证有限元分析的精确性,建立叶轮上叶片根部倒角、轮盘气道进口处等特殊结构的网格生成方法。100 kW微型燃气轮机的向心叶轮网格划分表明,使用上述方法生成的网格质量较高,能很好地满足有限元分析要求。

汽轮机叶片三维参数化特征造型研究

针对汽轮机叶片的结构特点, 提出了叶片参数化建模的特征分类形式,采用CSG与B rep共同构造了叶片的三维实体。然后利用这一技术开发了汽轮机叶片的参数化特征造型系统,其中采用VisualC++开发了良好的人机界面,并使用OpenGL图形技术进行叶片造型显示。以某汽轮机低压缸围带双倒T叶根扭叶片为例阐述了参数化特征造型的思路,并展示了该造型系统的一些功能。该三维参数化特征造型方法不仅可以应用于汽轮机叶片,也可以应用于其它一些典型结构件的参数化设计,为进一步进行有限元分析以及数控加工奠定基础。

高背压大流量空冷汽轮机低压级组叶片设计及优化

开发出一套基于一维热力设计、准三维设计分析和优化、全三维流场分析以及叶片结构设计、强度、振动分析的开发体系。通过以空冷低压级组为实例进行设计,结果表明通过该设计开发体系,能够方便可靠地进行汽轮机通流和结构的设计和优化,这对汽轮机设计和改型具有很好的实用意义。

基于谐响应工业汽轮机调节级动应力分析研究

数值计算部分进汽、变转速工业汽轮机调节级动应力,讨论转速对其影响。某高温高压工业汽轮机,转速变化范围7200r/min~11000r/min。分析结果表明最低转速的等Q准则涡面积较最高转速增加17%~23%,同时部分进汽产生的低频冲击力也增加7%~16%。将瞬态汽流力傅里叶分解为若干简谐激振力之和,然后使用ANSYS计算循环对称盘片结构在这些简谐力下的响应,因各节径振动之间具有正交性,将以上响应叠加就可以得到整个盘片瞬态动应力,这样不仅节约计算资源而且结果更精确。判断哪些转速会产生较大的动应力可以有效减少计算量,一般危险转速为最低转速和可发生节径共振的转速。高频频激振力虽小,若其满足盘片系统共振条件,所产生的破坏要比部分进汽低频激振力大。所分析的调节级最大动应力对应的转速为最低转速7200r/min,其应力变化幅度是最高转速的120%,叶根销孔处动应力最大,也最容易失效,从时间上看,最大动应力出现在叶片从进汽弧段进入堵塞弧段这一时刻,设计工业汽轮机调节时应避免盘片在转速范围发生与喷嘴当量只数相同倍频的共振,同时要注意优化喷嘴弧段分布以减少动应力。

饱和蒸汽工业汽轮机设计方法研究

饱和蒸汽工业汽轮机设计方法需具有通用性广、精度高的特点。实践证明鲍曼经验公式对汽轮机气动效率的评估,西门子经验公式对叶片水蚀和主要零部件金属腐蚀、侵蚀影响评估具有良好的效果。采用金属表面强化处理、设计除湿环等措施可有效防止叶片水蚀,采用高铬合金钢材料,对缝隙表面进行耐磨、耐蚀处理等措施可减缓金属的腐蚀和侵蚀,合理设计疏水口可增加机组运行的安全性。

兆瓦级S-CO_(2)轴流透平气动设计与分析

采用自主研发的热力计算程序与高效叶型对兆瓦级S-CO_(2)轴流透平进行了一维气动设计,根据所得结果展开建模造型,并利用FLUENT软件进行了三维气动数值分析,结果表明,研究中采用的一维气动设计方法具备可行性,且设计点气动性能优良,满足设计要求。

不调频叶片设计改型研究

将计算固体力学分析、三维计算流体动力学分析以及流固耦合技术与传统的常规计算方法和汽轮机行业安全性准则相结合,综合判断动叶片在其共振点上运行的安全性。针对某一低压叶片级组,通过对其进行改进设计,在基本保持原有气动性能的前提下提高了叶片的安全性能指标,扩大了该低压级组转速运行范围。

离心压缩机湿压缩的气动性能分析和强度校核研究

采用湿压缩技术可以降低压缩机出口的温度,有效解决裂解气的结焦问题。采用CFD方法对某离心压缩机进行了湿压缩的气动性能分析,将气动计算所得到的叶片表面压力加载到CAE模型中,从而进行了湿压缩的强度校核。结果发现:在合理选取的进气温度为30℃,喷水量为工质流量的1%时,此压缩机的出口温度明显降低,流量增加,单位质量工质所需要的耗功也降低;在水滴直径为5μm时,对叶片强度影响很小。此研究为离心压缩机湿压缩的发展和安全使用提供了一定的基础。

工业汽轮机枞树型叶根设计方法研究

枞树型叶根是一种高承载能力酌叶根，其特点是装配和更换方便，在长期运行过程中展现出良好的可靠性和安全性。工业汽轮机的特点是高温高压、高转速、变转速。针对这一特点本文总结了工业汽轮机的枞树型叶根设计方法，以及两种强度校核方法——有限元和常规计算校核方法。

不调频叶片设计改型研究

工业汽轮机与发电用汽轮机不同，它通常都是在一个很大的转速范围内长期运行，这就使得动叶片常常会在共振点上长期运行，对级组的动叶片特别是末级动叶片的安全性提出了更高的要求。本文将计算固体力学分析、三维计算流体动力学分析以及流固耦合技术与传统的常规计算方法和汽轮机行业安全性准则相结合，来综合判断动叶片在其共振点上运行的安全性。