大型汽轮机长叶片全工况动应力数值计算及试验研究

针对当代大型汽轮机全工况灵活性运行关注的突出问题,以哈尔滨汽轮机厂有限责任公司1000 MW等级空冷汽轮机低压末级叶片为研究对象,提出了一种长叶片动应力仿真分析方法。结合长叶片动态试验,论证了计算方法的有效性。理论分析表明,汽轮机低负荷运行工况下流动分离引起叶片表面涡激效应是叶片动应力增加的重要因素。从工程应用的角度出发,将气动流场叶片表面压力脉动值作为结构场激振力的激振因子,进而计算分析叶片在不同工况下的动应力是可行且有效的。经过多方案比较,仿真计算与试验结果取得了很好的一致性。叶片仿真和动态试验的结果表明,末级叶片最大动应力出现在20%负荷附近,叶身动应力峰值约为许用值5%,具有足够的耐振强度和安全裕度,能很好满足大型汽轮机全工况灵活性安全可靠运行要求。

采用变弦长叶片设计的多翼离心风机叶轮改进与优化

针对多翼离心风机蜗壳宽度大、叶片短引起的轴向进气流量分布不均匀和叶道回流现象,提出变弦长叶片的设计方法,以多翼离心风机叶轮为研究对象,开展了叶轮前缘的参数化优化。使用有5个控制点的贝塞尔曲线构建叶轮前缘,建立了支持向量回归代理模型,设置了效率与静压的优化目标,通过遗传优化算法对选取的控制点参数进行了优化。设计结果表明:变弦长叶片设计提升了多翼离心风机的通流能力,体积流量最大提升至35.7 m^(3)/h。流场分析发现,变弦长叶片设计的叶轮沿叶高方向的流量分布更均匀,特别是在靠近轮盖侧速度小于0的区域,流量几乎消除,轮盘截面的通流占比提升29.8%,叶道回流现象得到明显改善,变弦长叶片叶轮的做功能力更强。优化后,变弦长叶片多翼离心风机的气动性能得到显著提高,大流量方向的工况范围得以拓宽,小流量工况下的效率提升了4.9%,风机的静压能力最大提高了91.1 Pa。研究为多翼离心风机内部流动控制、多翼离心风机变弦长叶片优化设计提供了理论基础和工程实践。

高转速汽轮机长叶片松拉筋结构分析

采用松拉筋结构的叶片,在运行时离心力的作用下,拉筋贴紧叶片拉筋孔,对叶片起到良好的整圈连接性能和阻尼作用,并且结构简洁,对高转速汽轮机长叶片是一种较优的结构选择。然而,拉筋孔局部区域会产生应力集中,如何将应力集中程度降到最低以防止对叶片产生的潜在风险很重要。文章将对高转速汽轮机长叶片的松拉筋连接结构设计进行介绍。

540 mm湿冷末级长叶片强度振动有限元分析

开发了适用于小功率凝汽式汽轮机的540 mm等级全速湿冷长叶片,为了考核叶片的静强度和频率特性,基于Abaqus建立了该叶片周期循环对称有限元模型,施加适当的边界条件和位移约束,计算得到了该叶片在额定转速下的静强度和频率。结果表明,该叶片静强度储备充足,振动特性良好,具备优秀的调频能力,叶片动频实验结果与有限元计算结果吻合,证明叶片能够适应偏周波运行工况。研究成果可为小功率凝汽式汽轮机全速湿冷叶片的开发提供参考。

风电机组高塔筒长叶片智能监测技术研究与应用

文章针对风电机组高塔筒、长叶片的安全问题,通过分析倒塔、断叶片原因,提出了融合振动、载荷、倾斜及声学的风电机组多状态智能监测方法。将该方法应用于实际风电场,开展了监测数据分析和有效性验证,研究结果和应用效果表明,该方法准确可靠、技术可行。

长叶片透平级多学科多目标优化设计

针对长叶片透平级优化问题,结合自适应多目标差分进化算法、基于3次非均匀B样条曲线的曲面造型技术及透平级气动和强度性能分析评价方法,建立了长叶片透平级多学科多目标优化设计系统,其中气动性能评估采用数值求解三维RANS方程完成,长叶片强度分析采用有限元方法完成。长叶片透平级的优化设计目标是比功率最大和最大等效应力最小,设计变量是透平级静叶和动叶型线的三维参数化控制参数。采用所建优化设计系统获得了长叶片透平级的7个多学科优化非受控解(Pareto解)。3个典型的Pareto解与参考叶型进行比较分析显示,优化后Pareto解下的气动和强度性能均优于参考叶型设计方案,从而验证了所建优化设计系统的实用性。

汽轮机长叶片弯曲与轴系扭转耦合振动研究

为了研究汽轮机轴系扭转振动过程中长叶片弯振与轴扭振之间的耦合影响,参考某汽轮机轴系以及末级叶片的结构和材料数据,分别建立了3种有限元模型:叶-盘模型、简化轴系模型和带一级末级叶栅的叶-轴耦合模型,分析了这3种模型在静止和工作转速下的模态振动特征.结果表明:在叶-轴耦合模型中存在叶片模态、轴振模态和耦合模态3种不同的振动模态,这些模态体现了叶片弯振对轴系扭振的影响;受轴系扭振影响,叶-轴耦合模型中叶片的振动特性与叶-盘模型中相比存在一定的差别,但这种差别并不显著;从叶片安全角度考虑,设计时应同时考虑叶片静频和动频,并以叶片振动特性为基础,着重考虑叶-轴耦合时的振动特性,以避开工频波动可能带来的危害.

基于双向流固耦合的长叶片气动和强度性能的数值研究

为了研究流固耦合对长叶片气动及强度性能的影响,采用双向流固耦合技术对一典型长叶片进行了详细的数值分析。采用动网格技术和数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的方法进行长叶片气动性能分析,耦合长叶片气动性能分析得到的叶片表面压力分布,采用商用软件ANSYS研究了考虑阻尼围带和拉金结构的长叶片的应力和变形特性,利用叶片表面节点位移和气动压力在流固耦合面上保证能量守恒的条件下采用插值传递方法,经过迭代得到稳定的长叶片气动及强度性能。结果表明:耦合前后长叶片表面的静压分布的差异主要集中在上部区域。基于双向流固耦合作用得到的长叶片绝对出口气流角在40%~95%叶高范围内相比于没有考虑流固耦合作用时减小。耦合前长叶片最大位移位置出现在85%叶高处靠近前缘位置。耦合后长叶片的最大位移位置由前缘移向尾缘,最大位移值由3.471mm减小到3.082mm。长叶片最大等效应力出现在叶片压力面侧第一级榫齿上表面靠近前缘处。耦合前后应力分布趋势基本不变,最大应力的位置不变。耦合后最大应力值提高0.4%。

长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和S-A湍流模型对具有长中短叶片的复合叶轮离心泵内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析,获得了过流部件内部的速度场、压力场的分布规律。由于蜗壳和叶轮的联合作用,叶轮通道内流动都是不对称的,除了靠近喉部叶轮通道外,其他两个通道内液流流动的规律和单通道内比较相似,易产生回流的位置也是在长叶片吸力边进口处,靠近长叶片压力边的中部,及靠近吸力边出口处的短叶片通道内;蜗壳对于靠近喉部流道内的流动影响比较大,靠近蜗壳喉部叶轮出口处的相对速度较大,同时在靠近蜗壳喉部的叶轮出口处的通道内较易形成回流区域;叶轮中的静压和总压从进口到出口逐渐增加;从叶轮出口流出的液流在进入蜗壳中时,在蜗壳靠近壁面处有形成旋涡的趋势,蜗壳中的液流螺旋形地向前运动。

应用三维有限元法计算汽轮机转子临界转速和模化长叶片

用三维有限元法对某150 MW汽轮发电机组低压转子的临界转速进行了计算,提出了2种模化长叶片的方法,将计算结果和传统计算方法所得结果以及现场实测数据进行比较,表明所提出的2种模化方法都是可行的,为其它长叶片转子振动计算的有限元三维实体建模提供一定的借鉴作用。

带摩擦阻尼器长叶片振动特性优化研究

为了防止透平机械长叶片因振动而导致的疲劳损坏,目前普遍采用的方法是在叶片上增加摩擦阻尼结构。针对带摩擦阻尼器长叶片的结构特点,采用扭曲梁与空间直梁单元模化叶片,推导叶片阻尼连接单元的力学模型,由此建立叶片总的动力特性分析方程。然后详细分析某阻尼围带长叶片具有不同围带厚度和围带间隙的振动响应,由此获得优化的阻尼围带结构,该分析结果还与自由叶片的响应数值进行对比,发现共振时由于围带的阻尼效果,优化阻尼结构的最大响应值只有自由叶片的42.4%。最后分析添加整圈松拉金结构的叶片振动响应,发现松拉金的加入将进一步降低叶片振动响应值。分析结果表明,该数值模型可以应用于多种摩擦阻尼器长叶片的振动特性分析及优化设计,将为阻尼叶片的设计提供实用工具。

甘肃啤酒大麦叶片生长模拟模型研究

以三个不同品种的甘肃啤酒大麦为供试材料,通过对各品种大麦叶片进行不间断的观察测量,以大麦实际生长天数为基准,主要构建了各品种大麦叶片长度在生长过程中动态模拟模型。本次试验中采用Logistic方程模型描述其不同叶位的叶片增长的动态过程,并将结果用均方根误差RMSE对模拟结果进行检验。模型检验的结果表明,不同品种甘啤大麦不同叶位的叶片长度模拟值的RMSE范围为0.72~3.08cm,叶片宽度模拟值的RMSE范围为0.129 4~0.195 2cm,试验模拟结果具有较好的预测性和可靠性。

透平长叶片级动叶通道内水滴运动模型研究

建立了旋转坐标系下蒸汽-水滴两相运动模型,并将其应用于波纹板汽水分离器内汽水两相流动过程的模拟,同实验结果进行的对比表明,该模型能够准确地描述汽水分离过程。在此基础上,细致地研究了透平长叶片级动叶通道中蒸汽-水滴两相流动过程,获得了不同入射位置、不同粒径水滴在动叶内的运动轨迹及撞击动叶表面的位置、速度和方向,计算得出的撞击部位与实际中动叶水蚀部位吻合良好。以上分析结果为液固撞击过程以及液滴侵蚀固体表面问题的研究提供了重要的数据。

复杂连接结构的汽轮机长叶片静态应力分析

利用空间扭曲梁模型，对带有复杂连接结构的汽轮机长叶片进行有限元离散，分析该系统的静态应力分布规律．

复杂阻尼结构汽轮机末级长叶片寿命评估相关研究进展及展望

目前汽轮机叶片设计和安全性考核主要采用的是以许用应力为基准的静强度准则和以安全倍率为基准的动强度准则,随着汽轮机设计制造水平的提高,尤其是近年来在超临界和超超临界大功率汽轮机中广泛采用具有复杂阻尼结构的长叶片,该方法已经表现出越来越多的局限性,建立一套从寿命损耗角度评估叶片安全性的方法十分必要。总结了近年来国内外在叶片寿命评估相关研究如静态应力分析、动态应力分析、叶片高周和低周疲劳寿命分析以及叶片水蚀疲劳分析等4个方面的研究进展,并对进一步深入研究提出了一些思路和方法。

长叶片考虑约束预扭的扭转恢复计算

传统的长叶片扭转恢复计算是以自由叶片为模型的，它已不适合目前应用较广的整圈连接叶片结构。建立了适合围带和拉筋整圈连接结构的长叶片考虑约束预扭的扭转恢复计算模型，给出了各种约束条件的求解方法和典型算例。

空冷汽轮机低压末级系列长叶片的研制

系统地介绍了哈尔滨汽轮机厂有限责任公司空冷机组专用的末级叶片系列的设计要点,该设计针对空冷末级叶片的工作特点,有效地把末级叶片的安全性和经济性结合起来,保证了空冷机组的安全高效运行。

运用现代CAE工具开发大容量汽轮机的关键部件——末级长叶片

末级长叶片是汽轮机机组的关键部件之一。汽轮机的效率和末级叶片的排汽面积(叶片高度)息息相关。近年来伴随着高参数汽轮机以及半转速大容量汽轮机在国内的推广应用,一系列长度为1 000 mm以上的全速长叶片以及1 600 mm至1 900 mm等级的半速长叶片的开发都被提上了议事日程,其中1 710 mm叶片是一个已经实际开发成功的产品。以其为例对长叶片开发所涉及的方法,包括一些针对长叶片的新思路,进行阐述,重点对采用现代CAE工具开发长叶片的过程进行了论述。通过比较不同方法得到的计算结果以及试验结果,证明当前将商业CAE程序应用到长叶片的工程研发领域,可以同时满足精度和效率的要求。

大型空冷汽轮机低压长叶片的开发

以300MW空冷汽轮机低压长叶片设计开发为例,阐述了大型空冷汽轮机长叶片的技术特点,对叶高、反动度、频率、背压限制、结构等关键要素的选取原则作出说明,为新的空冷低压长叶片的设计提供参考。

汽轮机末级长叶片的开发

开发了钢制及钛合金制的末级动叶。文中主要以1000 MW级汽轮机为对象,开发了3600r/min汽轮机50 in末级长叶片。同时,通过比例设计,开发了3000 r/min汽轮机60 in末级长叶片。使得用于大型燃煤火力发电的1000 MW级汽轮机,装上这种末级叶片、增大环形面积后,只需配置两个低压缸(4排汽口),从而提高了机组效率。文中重点论述了上述末级叶片的流体设计。