燃气轮机透平转静盘腔内流动与传热研究进展

转静系盘腔是燃气轮机二次空气系统中的重要组成部分,盘腔内流动和传热特性对整机安全稳定运行十分重要。随着燃气透平进口温度的不断提升,对透平冷却设计的要求不断提高,透平盘腔流动换热特性研究也越来越受关注。研究人员从流动与换热两个方面对转静系盘腔进行实验测量和数值模拟研究,形成相对比较成熟的研究体系。总结近年来燃气透平转静盘腔流动传热及冷却的相关研究进展,根据结构的不同分别对中心进气和预旋进气转静系盘腔及转静系盘腔的轮缘密封进行介绍,分析3种不同盘腔结构内部流动型态,介绍了预旋系统结构和轮缘密封结构对盘腔内流动传热特性影响的相关实验与数值研究现状。最后,基于当前研究热点和发展趋势,总结并展望了转静系盘腔未来研究的发展方向。

具有轴向温差的封闭转静系盘腔流动和换热特性研究

采用数值模拟探究了具有轴向温差下封闭转静系盘腔的流动和换热特性。通过改变热罗斯比数,探究不同工况下盘腔的流动结构、温度分布以及转静盘努塞尔数的径向分布规律。结果表明:具有轴向温差的封闭转静系盘腔与等温封闭转静系盘腔的基本流动结构一致,属于典型的Batchelor流型;与等温封闭转静系盘腔相比,核心区内无量纲周向速度增大,且随着热罗斯比数的增加核心区无量纲周向速度逐渐增加、转静盘边界层内流体的无量纲周向速度也增加;具有轴向温差下,盘腔的温度沿径向逐渐降低,沿轴向先降低、经过核心区温度保持不变、靠近转盘侧继续降低;在热罗斯比数一定时,转静盘的努塞尔数沿径向逐渐增大,随着热罗斯比数的增加,转静盘的努塞尔数有所减小。

带盖板预旋系统的流动实验

通过低转速的模拟实验对涡轮盘腔的带盖板预旋系统的流动特性进行了研究。在不同的紊流参数(0.5<λT<0.96)和旋转比(1.03<βp<1.9)下测量了预旋腔和盖板腔内的压力与速度分布,得到了两个腔内的旋转比变化情况,并分析了旋转雷诺数和进出口压比对预旋喷嘴流量系数的影响。实验结果表明:在两个腔内离心升压效应明显,预旋喷嘴出口气流对预旋腔内的气流压力和速度的影响要远大于接收孔出口气流对盖板腔的影响,压比和旋转雷诺数对喷嘴流量系数有较小的影响。

盘式永磁电机定子固有频率的研究

本文介绍了一种新的解析法来计算盘式永磁电机定子的固有频率,通过实验证明了利用该解析法估算盘式永磁电机定子固有频率的可行性。通过实验,分析了定子开槽、端盖和绕组对定子固有频率的影响。最后得到一些结论,为盘式电机的模态研究打下基础。

双定子盘式永磁同步电机控制策略

对一种具有双定子的盘式永磁同步电机进行了讨论、分析与试验验证。双定子电机因其具有的高转矩密度、控制灵活等特点受到了越来越多的关注,然而在实际应用中,如何进行双定子的能量分配以使系统效率最优也成为了一个难点。因此,提出一种基于MAP图的转矩分配策略,并在以TMS320F28335为主控芯片的试验平台上对电机进行了试验验证。试验结果表明所提出的控制分配策略能有效地保证双定子电机系统高效运行。

具有离散出气孔的旋转盘平均换热特性

实际发动机涡轮盘腔结构中的冷气进入叶片的冷却通道被简化为旋转盘上离散的通孔,冷气从静盘的中心流入,然后从这些通孔和转静盘间隙流出.针对这样的转静系统进行换热实验,得到了旋转盘表面的平均换热系数和转盘上通孔内平均换热系数.分析了转速、冷却气体流量对换热特性的影响,并给出了无量纲经验关系式.结果显示进气流量系数和旋转雷诺数的增加将导致盘面平均努塞尔数和通孔内表面的平均努塞尔数的增加.

流量比对高位预旋进气涡轮转静盘腔换热影响的数值研究

为提高冷气与涡轮盘的换热效果,针对高位预旋30°进气的转静腔耦合涡轮盘系统进行了数值模拟,研究了不同转静腔入口流量比率和转速对系统换热效果的影响,并对涡轮盘壁面平均努塞尔数Nu、盘体最高温度、盘体温度均匀性进行了分析。结果表明:转速为1×10^(4)r/min时,随着转静腔1和2的入口流量比率P从1增加到6,左壁面Nu稍有上升,右壁面Nu先增后减,在P=3时最大;盘体最高温度降低,且P<3时降幅较大,之后较小。盘体温度均匀性受P影响较小,P>2后,左右两侧径向温度均匀性几乎一致,轴向温度均匀性均优于径向,盘缘处轴向温度均匀性最差,越靠近轴心均匀性越好。在转速为6×10^(3)~1.2×10^(4)r/min时,随转速增大,系统换热效果增强。当转速<1×10;r/min时,随P增大,冷气与涡轮盘之间换热不断改善;转速>1×10^(4)r/min后,P在3附近综合换热效果较好。

解密旋转变压器

详细介绍了旋转变压器的解体过程、旋转变压器的机械构成和电气构成。提供了有关的测绘数据和测试数据。为其国产化提供了可靠的依据。在超声波探伤信号耦合的理论和方法上,填补了国内空白。

叶盘耦合共振条件中激励阶次的确定

为了确定叶盘耦合共振条件中激励阶次的影响因素,首先建立了转静件干涉条件下叶盘结构所受激励阶次的简化图像描述,根据其与采样问题中混叠现象图形描述的相似性,对激励阶次的确定公式进行了新的理论推导,然后利用简单的叶盘结构实验件对确定公式进行了数值与实验验证.数值计算与实验研究均表明,转静件干涉条件下转子叶盘所受激励阶次等于静叶数和它最靠近的动叶数整数倍的差的绝对值,静叶数多于转子叶片数的一半时,也会发生叶盘耦合共振现象.

基于有铁芯定子的盘式发电机的性能分析

对市场目前广泛使用的盘式发电机进行改进,用导磁率大的硅钢片代替传统树脂,以增加导磁率,解决磁通利用率小的问题,从而提高磁通量利用率和电机功率电压。对改进后的电机进行磁路分析并使用ANASYS有限元分析法进行仿真,仿真结果与原型机试验结果对比,其误差在可接受范围内,说明试验结果正确可靠,为后续盘式发电机分析提供参考和借鉴。

利用吊装架吊装发电机定子

传统吊装发电机定子就位的方法是用 2台行车抬吊 ,但珠海发电厂的发电机定子较重 ,须重新对行车进行改装 ,同时加固厂房基础和改建汽机房 ,才能满足工作要求 ,这样 ,一方面加大电厂建设成本 ,另一方面又影响施工工期。经分析和探讨 ,决定使用吊装架吊装发电机定子。该方法在国内尚属首次使用 ,实践结果说明这种吊装定子的方法可行。

Flow Structure and Heat Transfer Between Two Disks Rotating Independently

In the present paper,fluid flow and convective heat transfer between two co-axial disks rotating independently are dealt with mainly based on the author's recent research on that topic.Three rotational modes,i.e.co-rotation,rotor-stator,and counter-rotation,are considered.Theory of rotating non-isothermal fluids with the presence of disk rotation and thermal effects is addressed.Rotational buoyancy effects on the flow structure development are highlighted.Results of flow visualization and heat transfer measurements are discussed to explore the thermal flow mechanisms involved in the two-disk flow at various rotational and geometric conditions.Potential issues open to the future investigation are also proposed.

直接供气预旋转静系流动特性的实验

用实验方法研究直接供气转静系预旋腔内的流动特性,得到了静盘表面的静压分布、预旋孔的排气系数以及盘缘出口流量的分配规律.结果表明:流量改变对静盘压力分布形状的影响较大,而转速改变的影响则较小;在几何条件不变以及预旋进气和中心进气流量相等的前提下,预旋孔排气系数主要由预旋进口流量系数决定;对于该实验模型和研究工况来说,盘缘出口流量系数比在0.7以上.

转静干涉流场的激励特征与叶盘结构的共振设计

在对三维非定常转静干涉流场进行计算与分析的基础上,研究了转静干涉流场对叶盘结构激励的特征,包括尾流激励中的频率成分和空间成分,以及这些特征成分的相对大小.在此基础上,结合叶盘结构共振条件,总结并提出了从抑制共振的角度确定静子结构周期数的设计原则,即静子结构周期数的确定应使其产生的尾流激励的频率特征中不包含叶盘结构的频率成分,以及空间分布特征中不包含对应该频率模态节径的谐波成分.给出了基于转静干涉流场特征参数估算尾流激励主要频率成分和空间成分的公式,使这一确定静子结构周期数的原则在设计阶段可方便实施.数值分析结果对这种估算公式的合理性进行了验证.结果表明:该公式不需对转静干涉三维非定常流场进行数值模拟,即可对静子结构周期数的合理性(是否会引起共振)做出判断.

中心进气转静盘腔一维流动模型的改进

采用数值模拟方法,对动盘面边界层夹带流量进行分析,以改进转静盘腔一维流动模型的计算精度.结果表明:边界层速度分布的1/7幂律假设低估了自由盘边界层夹带流量,从而影响了一维流动模型对源区边界的计算精度;传统的关联式未能有效地归纳不同工况下转静盘腔内动盘面边界层夹带流量,从而影响了一维流动模型对核心区气体转速的计算.通过归纳数值模拟结果中的自由盘和转静盘腔内动盘面边界层夹带流量,对传统一维流动模型中源区边界及核心区气体转速的计算提出修正,并对修正后的一维流动模型进行实验验证,表明该修正明显改进了一维模型对腔内径向压差的计算精度.