超超临界二次再热机组汽轮机应用现状与展望

提高参数和采用二次再热技术是降低发电煤耗和节能减排的有效手段。目前国内已有多台高参数二次再热机组投运,总结这些机组的技术研发、运行经验,对我国燃煤机组进一步提升参数、开发更高效的二次再热机组有重要意义。本文介绍了国内外二次再热技术的发展历程,重点分析了国内已投运的华能安源发电有限责任公司、国电泰州发电有限公司、华能莱芜发电有限公司等二次再热机组汽轮机运行情况及存在的问题,结合当前清洁燃煤机组技术发展展望了我国超超临界二次再热机组汽轮机技术发展方向和关键技术,指出未来二次再热机组汽轮机技术必然向更高参数、更低背压、更灵活运行、全国产化方向发展。

汽轮机长叶片型面双刀加工刀位轨迹优化算法

为改善汽轮机长叶片型面加工中的变形问题,提出了2种优化目标下的叶片型面双铣刀对刀加工刀位轨迹规划算法。首先建立了牛鼻刀的切削力与切削参数、刀具姿态的关系模型,在此基础上分别以最小径向切削合力和最小切削合力矩为优化目标计算了2把铣刀的切削刀位点和刀具姿态。采用有限元分析方法对比了传统单铣刀切削加工路径、未优化双刀切削加工路径和2种双铣刀切削加工路径下的叶片加工变形情况,结果显示:在一组给定的常用切削参数下,径向切削合力优化轨迹算法和切削合力矩优化轨迹算法可分别将叶片的平均加工变形减小约31%和55%;沿优化后的双刀切削加工路径加工能够有效改善叶片整体受力情况,减小叶片的加工变形,提高加工精度和效率。

结合分割逼近和粒子群法的燃气轮机叶片轮廓度误差计算

阐述了燃气轮机叶片复杂曲面轮廓度误差计算的关键问题,采用非均匀有理B样条曲面描述了燃气轮机叶片,定义了燃气轮机叶片复杂曲面轮廓度误差并建立了相应的数学模型.采用分割逼近法计算测点到曲面的最小距离,以提高数据处理速度;结合粒子群和分割逼近法,通过六维坐标变换迭代,使叶片的理论模型计算与实际轮廓测试达到最佳匹配,最终获得燃气轮机叶片轮廓度误差.结合分割逼近和粒子群法来计算燃气轮机叶片轮廓度误差,理论上可以收敛于全局最优解,符合最小区域法的评定标准.该算法易于计算机实现,非常适用于三坐标测量仪.

正弯静叶和直叶静叶透平级气动性能的对比分析

对某汽轮机高压缸的正弯静叶级和直叶片静叶级进行了变速比的单级空气透平模拟级性能试验及数值计算,研究了级效率、反动度和流量系数等随速比的变化规律和某些级气动参数沿叶高的变化规律,并对正弯静叶级级效率提高的机理进行了分析.结果表明:正弯静叶级的级效率比直叶片静叶级提高2%以上,两者的反动度和流量系数略有差别;正弯静叶级级效率提高的原因是其静叶和动叶损失有较大下降,叶片的端部流动得到改善.

带微孔的透平叶片的光学测绘方法

提出了一种获得透平叶片及其微孔CAD模型的光学测绘方法。首先,采用小视场的数字结构光三维扫描仪分块测量并拼接获得叶片点云;然后,在微孔中插入直径合适的高精度圆柱量规,测得量规点云,拼接到叶片轮廓上;最后,分别拟合叶片点云和量规点云为NURBS曲面和圆柱体曲面。圆柱体轴线与NURBS曲面交点即为微孔位置,圆柱体轴线方向即为微孔的法线方向。该方法采用传递测量对象的方式,测量芯棒而不是直接测量微孔;通过增加点云的采样密度,提高重建模型的精度和可靠性。测绘结果表明,叶片和量规的曲面模型的残差均为0.104mm。

切削液腐蚀金属工件表面的机理探讨

在原子水平上分析了切削液与金属表面反应的速率,认为静电感应电位是腐蚀产生的关键因素,并在实验室观察了铁合金表面的腐蚀现象,发现当钻头与工件表面存在静电电位差(约20V)时容易在工件表面形成微米级腐蚀斑点。采用能量色散X射线光谱仪(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy,EDX)对腐蚀斑点化学成分的分析表明,氧、硫和氯元素是导致腐蚀发生的主要原因。

超超临界二次再热汽轮机发展综述

文章概述了汽轮机二次再热技术的发展历程,当前我国超超临界二次再热汽轮机技术研发情况,并重点介绍了我国首台超超临界二次再热汽轮机技术特点及运行情况,对未来二次再热汽轮机技术发展方向和典型机型进行了探讨。

汽轮机转子材料20Cr2NiMo铣削加工表面残余应力研究

零件加工表面残余应力对零件的疲劳强度和抗腐蚀性能具有重要影响。本文基于均匀试验方法,以切削速度、每齿进给量和轴向切深为因素,对汽轮机转子材料20Cr2NiMo合金钢进行铣削试验。通过测量不同切削参数下已加工表面的残余应力,采用多元回归方法建立了表面残余应力与切削参数之间的关系模型并得到验证。研究结果表明随着切削速度、每齿进给量和轴向切深的增大,残余拉应力均呈增大趋势;切削参数对表面残余应力的影响程度为v>f z>a p,且三因素之间存在交互作用。最后根据影响规律,为使加工表面呈现压应力状态,给出了切削参数的建议范围。

汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究

依据厂方提供的汽轮机调节阀原始设计和冷态试验数据以及电厂的运行反馈信息,对2种不同进汽方式的调节阀在全工况运行参数下进行了三维流场特性的数值模拟.研究结果表明,环形通道是主控通流能力、流动特性和稳定性的关键部分,其流场变化最为剧烈,小升程工况时在不足40 mm的极短区间内马赫数可从0.1升至1.9.阀座内的流场特性表现为:小升程工况时主流集中于通道的中心部位;中等升程工况时在阀碟下方出现较大的空穴区,并有显著的回流特征,这不仅影响通流能力,更为不利的是会引起不稳定性流动;高升程工况时流场分布趋于均匀.

基于多孔介质模型的刷式密封泄漏流动特性研究

采用数值求解基于多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程技术,对刷式密封内泄漏流动特性进行了详细的数值研究.根据刷式密封的泄漏量试验数据,确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数.利用所确定的渗透率系数,数值计算和分析了7种压比和5种径向间隙条件下的某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态,并且与迷宫式密封进行了比较.结果表明:在相同的压比下,刷式密封的泄漏量小于迷宫式密封;压比影响刷式密封的泄漏量,但对泄漏流动形态的影响可以忽略;径向间隙不仅影响刷式密封的泄漏量,而且影响泄漏流动形态;在相同的径向间隙下,压比越大则泄漏量越大;在相同的压比条件下,径向间隙越小则泄漏量越小.研究工作可对刷式密封在汽轮机中的应用提供理论依据和技术参考.

后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究

采用平面叶栅和环形叶栅吹风试验对后加载和高负荷前加载叶型的气动性能进行了详细的测量和研究.在平面叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的压力系数分布,研究了攻角、相对栅距、安装角和马赫数的变化对叶型能量损失系数的影响规律.在环形叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的近叶顶、中叶高和近叶根处的压力系数分布以及能量损失系数沿叶高的变化规律.对后加载和高负荷前加载叶型的三维成型规律进行了讨论.试验结果表明:高负荷前加载叶型相对于后加载叶型具有更大的负荷特性;高负荷前加载叶型在采用较大的切向弯曲后可以抑制二次流的发展和减少二次流损失;前加载叶型和后加载叶型均具有优良的气动性能.研究结果对于拓宽高性能叶型在汽轮机中的应用提供了理论基础和技术支持.

风力机叶片三维数值计算方法确认研究

采用CFD软件包FINETM/TURBO,以两叶片NREL PhaseⅥ风力机的风轮为对象,进行了风力机风轮叶片三维绕流的定常粘性数值模拟研究。通过详细对比计算结果与实验数据(包括功率、叶片展向5个截面压力系数分布及沿叶展方向载荷系数分布),确认在大部分风速条件下数值模拟可以很好的预计风力机气动性能。然后分析了计算域尺度、边界条件和湍流模型等对数值模拟结果的影响,为采用CFD技术对实际风力机叶片三维气动性能进行精确数值模拟提供参考。

前加载和后加载叶片气动性能的数值研究

采用数值计算的方法对后加载和前加载叶片的气动性能进行了详细的分析,研究了无扭曲的叶片与弯曲叶片的压力系数分布以及负荷分布特性,分析了后加载和前加载叶栅内总压分布规律和总压损失沿叶高的变化情况。数值计算得到的后加载和前加载无扭曲的叶片中部压力系数分布与平面叶栅试验数据吻合良好,后加载弯曲叶片和前加载弯曲叶片的近叶顶、中部和近叶根处的压力系数分布与试验数据基本吻合。

基于分层模态综合法的大型汽轮发电机组转子-末级叶片耦合系统扭转振动分析

针对应用三维有限元法计算大型汽轮发电机组转子-末级叶片耦合系统扭转振动时存在自由度多和难以实现等问题,在模态综合法(CMS)的基础上,推导了计算转子-末级叶片耦合系统振动的分层二重CMS法的基本方程,给出了降阶的思路和原理.采用该方法对某1 000 MW汽轮发电机组的转子、末级和次末级叶片组成的耦合系统进行了扭转振动特性计算和分析,与不考虑末级、次末级叶片实际结构影响的固有振动特性进行了对比.结果表明:如果不考虑末级叶片的实际结构,会漏掉一些重要的振动模态,给转子和叶片的安全带来隐患;降阶前系统的自由度达到1.5亿,而降阶后系统的广义自由度仅为原自由度的0.07%;分层二重CMS法可用于大功率机组转子、末级、次末级耦合系统的扭转振动分析.

重型燃气轮机转子-轴承系统综合试验平台

介绍了我国已建成的重型燃气轮机转子-轴承系统综合试验平台,并对某电厂的燃气轮机联合发电机组的轴系振动进行了现场测试.结果表明:在燃气轮机整个启停过程和在额定转速下运行时,转子轴承系统运行平稳,表明该转子轴承系统设计合理,转子动平衡良好.建成的燃气轮机转子轴承系统综合试验平台为我国重型燃气轮机转子-轴承系统的自主设计和发展提供了试验条件.

汽轮机调节级多工况下三维流场数值研究

汽轮机调节级的部分进汽特性,不仅影响到机组的气动性能和效率,而且还对其安全性产生一定程度的影响。基于三维黏性可压缩雷诺时均Navier-Stokes(N-S)方程,采用结构化六面体网格,运用有限容积法,构造了带有进汽室和加强筋的300MW汽轮机调节级三维黏性可压缩计算模型,针对不同运行工况下调节级内部复杂流动进行了详细研究。分析发现:调节级进汽室内部流动损失较大;进汽段下游动叶通道静压分布合理,内部流动顺畅,而非进汽段动叶通道内部流动紊乱,熵增明显,部分进汽带来的损失较大;部分进汽度越小,效率降低越快,尤其是一阀进汽时,效率急剧下降。

基于MATLAB的平面线轮廓度误差评定

为准确快速评定线轮廓度误差,提出了一种基于分割逼近法与MATLAB相结合的用于计算平面线轮廓度误差的新方法,该方法符合最小条件原理;它根据平面线轮廓度误差的定义建立了误差评定的数学模型,采用分割逼近法快速求取测点到理论曲线轮廓的最小距离,通过坐标变换实现被测轮廓与理论轮廓位置的匹配,消除因位置偏差引起的线轮廓度评定的不精确问题,阐述了平面线轮廓度误差评定的步骤;实验结果表明该方法能够快速获得较好的误差评定结果。

基于性能预测的离心泵改型及优化设计

为满足某660MW大型汽轮发电机组对油系统的要求,在对600MW汽轮发电机组配套的主油泵流道研究分析的基础上,采用加大流量设计法对600MW机组配套主油泵流道进行改型设计,并利用基于多工况数值模拟和性能预测优化设计方法,实现了主油泵改型及优化设计目标,有效地解决设计工况的参数匹配问题和多工况的性能优化问题。实践证明该设计方法是可行的,可推广应用于叶片泵的改型及优化设计。

燃气轮机透平叶片几何形状重构技术研究

基于逆向工程,采用NURBS(非均匀有理B样条)理论对透平叶片数据点阵进行整体插值,实现对透平叶片几何形状的重构;然后采用NURBS小波分解的光顺算法,对重构的自由曲面进行整体光顺。实践表明,经过重构和小波光顺后,有效地构造出透平叶片曲面并去除了曲面坏点,改善曲面的品质,达到预定目的。

切削条件对超临界材料加工影响规律研究

将人工神经网络和因子刻画技术应用于超临界材料切削规律研究,在正交铣削试验的基础上,预测出超临界材料在不同切削条件下切削力变化及其对工件表面硬度、表面微观组织等表面质量影响规律,建立了针对不同工艺要求合理选择切削用量的模型,为优化切削加工条件提供了重要依据。