部分进汽径流式透平推力评估方法研究

由于部分进汽径流透平内部存在进汽弧段和非进汽弧段,使得叶轮正面与背面的压力沿周向分布非常不均匀,这种不均匀性会对叶轮推力的计算带来很大困难。文章通过对部分进汽度对径流透平推力评估带来的影响进行研究,提出部分进汽径流透平的推力计算方法,使得在方案设计初期快速并相对精确地评估叶轮的推力情况,最大限度地消除部分进汽带来的推力误差,缩小推力范围,保证机组安全稳定运行。

进汽结构对部分进汽损失的影响研究

喷管配汽调节级作为汽轮机的主要结构之一,可有效调节汽轮机的功率,其所产生的部分进汽损失组成复杂且造成机组效率的下降。文中采用ANSYS-CFX软件研究了一种小型涡轮的12种单级部分进汽结构在60余种运行工况下的部分进汽损失和效率特性。结果表明：部分进汽工况会给涡轮带来额外损失,且损失随部分进汽度的降低而增加,逐渐降低部分进汽度时,损失增加速率逐步增大,转速的增加能够提升相对内效率;在相同进汽度下,多进汽弧段较单进汽弧段损失更大,但受到弧段周向间距的影响,增加进汽弧段个数并不会明显降低相对内效率;进汽弧段周向间距越大,其造成的部分进汽损失越大,但在一定范围内（g/p=0.5～2.0）,周向间距对效率影响不大。

部分进汽下汽轮机不稳定振动及抑制方法

汽轮机组在部分进汽模式下运行时容易出现不稳定振动。以某台大型汽轮机组为例,应用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,建立调节级叶片不均衡汽流力计算模型,给出不同阀序下汽流力变化情况。不同进汽工况下不均衡汽流力大小和方向相差很大,汽流力作用到转子上后改变轴颈在轴承内的偏心率和偏位角,从而改变轴承动力特性。建立转子-轴承系统动力特性有限元模型,分析阀序切换过程中不平衡响应和稳定性变化情况,从剩余汽流力角度解释阀序切换过程中所出现的不稳定振动机理。实例说明,部分进汽状态下所出现的不稳定振动受调节级侧轴承所承受载荷的影响较大,轻载轴承特别容易出现不稳定振动。从轴承标高调整角度提出不稳定振动抑制方法。在瓦温不超标的前提下,应适当抬高调节级侧轴承标高。

处于部分进汽时动叶片排内非定常流动现象的数值研究

本文在简要回顾了迄今为止对于工作在部分进汽状态下叶片特性的实验和理论研究结果之后，采用作者发展的多通道三维叶片非定常计算程序，对处于部分进汽时动叶片排内的三维流动进行了数值模拟，并对计算结果进行了分析。

汽轮机部分进汽调节级三维流场的非定常数值模拟

使用商业软件NUMECA,采用三维粘性数值模拟方法对处于部分进汽条件下调节级的内部流动进行数值模拟,并以此来分析调节级内部流动的非定常现象,从而进一步理解调节级的工作机理。

偏心及部分进汽下密封间隙流体激振力数值研究

喷嘴配汽汽轮机在部分进汽时调节级附近会形成极不均匀的流场,不仅影响调节级动叶轮周力的分布,还会对临近密封间隙内的流场及流体对转子的作用力产生扰动。以某国产300MW汽轮机端部汽封间隙为参考,建立密封间隙CFD模型,求解三维、粘性、可压缩N-S方程,研究了不同进汽方式、偏心情况下流场特性及流体对转子作用力。结果表明:部分进汽的位置、转子的偏心距及两者的相对位置对汽流力的大小、方向和变化趋势产生了较大的影响。在某些部分进汽情况下,偏心距增大也会减小汽流力。

部分进汽对密封间隙流体激振力影响的研究

针对喷嘴调节汽轮机在调节级出现的部分进汽对密封间隙内流场的影响,参考某型300MW汽轮机高压前轴封结构,建立了数值计算模型,研究了不同的进汽条件下的密封间隙内流场的分布和流体对转子的作用力。结果表明:部分进汽改变了密封间隙内压力和速度分布,在不进汽区域内出现低压区;间隙内的流体会向低压区填充,出现较大的切向速度;流体对转子的作用力会随进汽方式的不同而改变。与调节级动叶间隙激振力共同作用,可对转子运动和轴系的载荷分配产生影响。

透平部分进汽气流力的一种简化CFD分析方法

绝大多数火电机组长期运行在部分负荷工况,部分进汽被广泛用于部分负荷工况以避免过多的经济性损失,但往往伴随高压转子稳定性的恶化。若干现场故障和相关研究表明部分进汽不平衡气流力对转子稳定性具有重要的影响。在已有研究基础上,提出了一种新的部分进汽气流力CFD分析方法,在大幅节约计算资源的条件下,相比现有简化算法大幅提高了计算精度,为开展部分进汽转子系统受力的分析研究提供了一个快捷有效的方法。

汽轮机部分进汽试验台振动数值分析

针对汽轮机部分进汽试验台建立三维计算模型,通过有限元方法对不同工况下汽轮机组的振动情况进行数值分析,并通过在基频下实验与模拟结果的比较,验证了数值计算的正确性,同时给出了在倍频上没有出现振动的原因。计算结果表明:不同工况下,转速、进口总压对激振力引起的基频振动都有较强的影响;随着进口总压的上升,机组在基频上的振动将加强,同时也要关注高频激振力引起的高频振动。计算的结果为机组的安全运行提供了有价值的数据。

考虑部分进汽影响的调节级变工况特性研究

部分进汽的存在影响机组运行经济性。以某600 MW喷嘴配汽方式汽轮机机组为例,基于量纲分析理论,分别将全开调节阀及半开调节阀后喷嘴组压比简化表示为流量比的函数,提出一种适用于喷嘴配汽方式汽轮机调节级变工况计算模型,并研究分析了部分进汽对调节级内压比的影响;应用所提出的模型,探讨了重叠度的存在对阀门流量特性和机组热经济性评价指标的影响,为喷嘴配汽方式汽轮机机组运行优化研究提供了参考。

部分进汽下调节级叶顶偏心激振特性研究

建立了某350 MW汽轮机调节级全三维计算流体力学模型,研究部分进汽时不同阀序及阀门开度下转子偏心和叶顶围带对流体激振特性的综合影响规律。结果表明:随着各阀后压力升高,累计质量流量增大,激振力先增大后减小;激振力主要来自叶片内弧,但对于偏心状态下的自由叶片,累计质量流量较小时激振力主要来自叶片顶部;垂直与水平方向上的激振力近似相等;非对角进汽时比对角进汽时的激振力大,其中有、无围带叶片模型分别在开启Ⅰ阀、Ⅱ阀和Ⅲ阀时及非均匀开启四阀时的激振力达到最大值,约占高压转子重力的24%～35%;转子偏心及叶顶围带结构均会导致激振力增大,但也受到进汽阀序、转子偏心方向及两者相对位置的影响;相同工况下,转子偏心时最大激振力约为无偏心时的133.94%,有围带叶片的最大激振力约为自由叶片的150%。

汽轮机部分进汽下非定常流动特性及激振力研究

针对汽轮机部分进汽时非定常效应产生的激振力问题,使用商业软件NUMECA进行数值模拟,观察非定常流动的流动特征,并对非定常流动下动叶轴向力和切向力进行计算。研究发现:在进汽部分,受固体壁面影响,叶片在靠近两侧固壁位置时受到的轴向力与切向力相对进汽中间部分较小;在堵塞部分与进汽部分的交界处存在较大切向压力梯度,造成轴向力和切向力的急剧变化;堵塞部分,由于叶轮转动产生的鼓风效应造成叶片上的轴向力为负,切向力做负功。

部分进汽机组激振力特性研究

针对涡轮部分进汽时非定常流动特性及其产生的激振力问题,使用商业软件NUMECA对不同转速涡轮内的流动进行了数值模拟。计算非定常流动下动叶轴向力和切向力,同时分析动叶表面的压力变化,得到激振力序列,对激振力进行频谱分析。研究发现:在堵塞部分与进汽部分的交界处存在较大切向压力梯度,造成轴向力和切向力的急剧变化;部分进汽下,叶轮激振力在基频下谐波分量最大,各倍频谐波分量依次减小,且各转速激振力频率主要集中在10倍频以下,超过10倍频的谐波分量较小。相同进口总压下,轴向力谐波分量随转速增大而增大,切向力则相反,且切向力各倍频谐波分量大小差距随转速增大而减小。

部分进汽下汽轮机调节级轴系振动失稳试验研究

汽轮机调节级在部分进汽模式下运行容易出现轴系振动失稳现象。对部分进汽下汽轮机调节级轴系振动失稳开展试验研究,搭建了部分进汽模拟试验平台,开展了汽轮机部分进汽下轴系轴承破坏性试验研究。试验中,采集了轴承破坏前试验机组轴承振动的正常信号,以及在超负荷工作后轴承破坏下轴系失稳产生的故障信号。通过对正常信号以及故障信号进行时域分析,比较得出轴系振动失稳的诊断依据。利用快速傅里叶变换对试验数据进行了频谱分析,分析出故障大致发生位置,该结果与机组的实际故障位置吻合。

汽轮机部分进汽故障综合治理方法的研究

电站汽轮机机组在部分进汽工况下常出现瓦温高、振动大等问题,并易发生汽流激振。通过分析汽轮机部分进汽故障的机理,指出调节级配汽剩余汽流力直接作用于高压转子,且量级与转子自重相当,这将导致轴承偏离设计工况,从而引发故障。从调整调节级汽流力和轴系载荷分配两个角度出发,结合实际工程案例,总结归纳出现阶段主要采用的调整阀序、优化阀门特性曲线、调整轴系载荷分配三种治理方法及各自的应用要点。研究成果对工程实践具有一定的借鉴意义。

汽轮机部分进汽调节级三维流场数值研究

使用NUMECA软件,采用三维黏性数值模拟方法分别对蒸汽室和调节级部分进汽条件下调节级内部流动进行数值分析。研究发现,由于结构限制,蒸汽室内部流动紊乱,流动损失较大,而且部分进汽结构调节级存在较大的弧段损失和鼓风损失,导致调节效率低下。

部分进汽不均衡汽流力分析研究

针对船用汽轮机常用的部分进汽结构特点,从叶片不均衡汽流力机理、机组不均衡汽流力受力及不均衡汽流力有利应用三个方面对其进行分析,获得了不均衡汽流力计算公式及某型机组随工况的变化特性,并总结了不均衡汽流力对机组轴承的不利及有利方面,为部分进汽汽轮机设计提供了参考。

部分进汽条件下汽轮机组振动情况的研究分析

针对部分进汽下汽轮机组的振动响应进行建模和仿真计算。首先根据部分进汽试验台建立汽轮机三维有限元模型,按照不同进汽度情况在动叶片上加载利用CFD软件模拟试验工况计算出来的激振力并进行了求解,对考察点加速度序列进行频谱分析,对不同工况下考察点的振动进行对比分析,为减弱实际机组的有害振动提出了预防措施。经过计算发现:机组振动强弱跟所受激振力不平衡程度相关,不平衡程度最高的两相邻通道进汽工况下,机组振动最强,不平衡程度最低的两对角通道进汽和全周进汽工况下,机组振动最弱,同时考察点位置选择对不同工况下机组振动强弱也存在影响。

工业汽轮机调节级部分进汽的瞬态研究

采用计算流体力学方法研究某给水泵汽轮机调节级在低压喷嘴单独进汽和高低压喷嘴同时进汽两种工况下的三维非定常流动特性,以及动叶因周向不均匀来流而所受到的激振力变化。结果表明:当喷嘴组给定不同进汽参数工质时会造成调节级动叶入口参数周向不均匀,从而影响动叶做功;动叶离开高压区进入低压区前,动叶做功能力最大;动叶离开低压区进入高压区前动叶做负功;叶片上受到的气流激振力主要脉动频率为1倍轴频及其高阶谐频,叶轮转子受到的气流激振力主要脉动频率为1倍叶片通过频率,其受力大小与入口工质初参数有关。

大型汽轮机宽负荷运行时进汽部分性能对比分析

针对1000MW汽轮机两种进汽部分在100%和75%负荷运行时的气动性能对比分析。与传统的喷嘴调节方式相比,全周进汽+补汽调节在额定工况下效率提高了12.9%,75%工况下效率提高了15.3%,且75%负荷时全周进汽结构的效率仅降低0.4%,远小于部分进汽结构的2.8%。分析结果表明,全周进汽+补汽调节更适合宽负荷运行。