交替静叶布局对轴流压气机气动稳定性的影响

为揭示交替静叶布局控制角区分离的流动机理,提升压气机性能,实现压气机的扩稳,采用了数值模拟方法对某高负荷跨声速压气机展开交替静叶设计研究。通过改变静叶叶尖进口几何角,调整叶片的布局方式,得到一种改叶型弯角交替静叶,在此基础上结合叶片弦长进一步优化,得到另一种改弦长交替静叶。数值研究表明:改叶型弯角交替静叶布局压气机的稳定裕度相对原型提升了34.7%,改弦长交替静叶使改叶型弯角交替静叶的压气机稳定性进一步提高,但会造成压比和效率的小幅下降,即以损失部分性能的代价换取了压气机稳定性的提升,改弦长交替静叶压气机在前者基础上将稳定裕度进一步提升了9.7%。新型的静叶布局使得相邻流道的流场结构产生差异,在周向上形成上、下角区分离交替分布的格局,促进了相邻流道出口流体的汇聚。叶型弯角的改变使角区低能流体区引入了更多高能流体,抑制了低能流体在角区堆积,提升了静叶的扩压能力。而弦长改变的同时增加了叶片前掠,阻隔了部分气流,实现了气流的重新分配,一定程度上平衡了两侧气流流量的不均匀性,从而改善了该压气机的气动稳定性。

汽轮机静叶除湿缝性能分析及结构改进

基于数值模拟方法,采用双流体模型,分析了汽轮机静叶除湿缝特性对除湿能力和级性能的影响,结果表明:随着除湿缝角度减小或宽度增大,除湿能力逐渐提高,级效率逐渐降低;除湿缝进口倒斜角或圆角,能提高除湿能力,但会略微降低级效率;在吸力面或压力面增加除湿缝数量,能显著提高除湿能力,但会大幅降低级效率。综合考虑除湿能力、级效率、叶片强度和加工可行性,该机组末级静叶除湿缝角度建议取45°,宽度建议取4 mm,进口建议倒斜角。

一种TRT静叶、静叶轴承拆卸设备结构设计

TRT是一种能量回收装置。由于TRT介质成分的原因,导致静叶、静叶轴承在运行时发生锈蚀、卡涩等问题,致机组静叶、静叶轴承较难拆卸。当遇到此类问题时,常采用悠锤撞击的方式进行拆卸。这种拆卸方式不仅效率低,且存在一定安全隐患。为解决该问题,本文构建了一种可适用于大型透平机静叶、静叶轴承高效拆除的拆卸设备,通过理论研究和计算机仿真评估了设备的结构性能,并搭建了PLC控制系统,结合验证实验对设备可行性进行了系统深入的研究,可大大节省工作时间、减轻工作强度。

二次冲击对静叶前缘冷却性能影响的对比研究

为了进一步优化现代先进燃机高压涡轮静叶前缘区域的冷却性能,基于NASA C3X叶型建立了上游腔室采用冲击冷却与气膜冷却组合的阵列冲击-气膜复合冷却静叶模型,采用流固共轭传热方法数值研究了涡轮静叶内部冷气的流动和传热特性,针对常用的冷气流量范围分析了引入二次冲击结构对静叶前缘冷却性能的影响。结果表明:二次冲击对靶面对流换热影响较小,但能有效提高冷气在整个流路中的对流换热强度,还能平衡不同区域气膜孔排的冷气流量分配。二次冲击有效降低了气膜孔附近的固体温度,尤其是对于气膜孔较密集的前缘。同时,在固体导热的作用下,气膜孔附近的低温区会影响到无气膜孔区域,降低整个固体域的温度。二次冲击显著改善了叶片上游表面尤其是前缘的复合冷却性能,其中,对上游表面的优化率大体上随冷气流量的增大先升高后降低,在质量流量比M为1.25%时最高,约为4.44%;对前缘的优化率大体上随冷气流量的增大先降低后升高,在M为1.50%时最低,约为9.66%,在M为2.25%时最高,约为11.70%。

静叶角度联调对多级轴流压气机性能的影响

为研究可调静叶对多级压气机性能的影响,通过数值模拟和试验的方法,研究了静叶角度联调对压气机总性能和级间特性匹配的影响。结果表明:设计转速下,前面级可调叶片角度打开可以使得整台压气机流通能力增加,打开3°,流量增加约5%,效率降低0.5%~0.7%;关闭3°,流量减少约6%,但是效率提升约0.2%。多级轴流压气机角度联调主要改变了前面级的特性线,后面级特性线不发生变化,整机的流量增加,压比提高主要由前面级特性变化导致。随着角度逐渐打开,叶尖、叶中区域激波强度逐渐增强,叶中区域的激波位置由叶片前缘推到更上游位置。

基于灵敏度分析的可调静叶调节机构运动精度优化

为提升高负荷多级轴流压气机静叶调节机构的运动精度,针对5级联调构型,梳理了37个对调节精度可能存在影响的参数,提出了一种基于局部灵敏度分析的参数降维预处理优化方法。通过局部灵敏度分析认识各参数对调节精度的影响规律,甄选重要参数,依靠自主优化程序与多体运动学软件联合的技术途径并采用SQP算法对机构进行优化:仅采用相对灵敏度影响最大的9个参数进行优化时,调节精度达到0.4020°;采用剔除13个绝对灵敏度最小参数后的参数进行优化时,调节精度优化达到0.2000°;而采用全部37个参数进行优化后,调节精度依然为0.2000°。结果表明:所提出的降维预处理优化方法能够在保证运动精度的同时有效减小计算规模,联合优化的方式较传统虚拟样机优化具有更高的精度。

动静叶可调子午加速轴流通风机气动性能研究

采用RNGk-epsilon湍流模型和Simple算法,分析了某鼓风机厂动静叶可调子午加速轴流通风机(简称动静叶可调轴流风机)在不同叶轮叶片安装角和前导叶安装角下的气动性能,指出不同工况下风机动、静叶调节规律,以及动静叶可调轴流风机的节能途径。结果表明:动静叶可调轴流风机全压、流量会随着叶轮安装角及前导叶安装角的增加而增大;风机最高效率变化呈先增大后减小的趋势,该风机最高压力点不在高效率区;可通过动、静叶调节使风机保持在高效率区稳定运行。

某燃气轮机透平二级静叶烧蚀原因分析及处理

某燃气轮机在检修中发现透平二级静叶有烧蚀穿孔现象,通过对潜在原因分析排除,最终确认是值班喷嘴燃烧中产生的碳粒子冲蚀热障涂层(TBC),使叶片金属母材长时间暴露在高温燃气中导致氧化腐蚀穿孔。随后在原有值班喷嘴基础上增加冷却空气孔,目的是吹散燃烧中析出的碳素附着物,避免形成碳粒子,改造后经过实际运行小时(AOH)近20000 h的运行,证明能有效解决该烧蚀问题,保证了设备的安全运行。

超声速串列静叶积叠优化分析

在进口超声速、气流转折角大的高负荷条件下,静叶通道中激波强度高,激波、附面层干扰引起的损失大,且静叶中三维流动引起的径向载荷分布不均匀,易产生角区分离。叶片积叠优化是提高风扇性能的一项有效技术。采用数值模拟的方式研究了不同积叠形式对优化串列静叶沿展向激波结构,改善叶排间流动匹配的作用。三维流动对比分析可以得出:高负荷串列静叶采用正弓形积叠,叶片展向载荷分布合理,静叶端壁角区分离损失减小,前后叶片排流动匹配较好,风扇性能进一步提高。

工业汽轮机高负荷末级静叶积叠规律研究

以高负荷、大扩张角、小根径/顶径比、大展弦比的工业汽轮机末级叶片为研究对象,设计了直扭静叶、弯扭静叶、周偏直扭静叶3种积叠方案,采用三维CFD方法数值模拟了3种方案的内部流动,分析了压比、反动度、马赫数、静压系数、气流角、效率等参数的变化和内部流场。结果表明:周偏直扭方案的级效率最高,达到90.65%,比直扭方案和弯扭方案分别高0.93%、0.81%;正弯和周偏都能提高根部反动度,形成从根部指向流道中部的压力梯度,减小端壁附近的横向二次流动,降低二次流损失,同时降低了马赫数、减小了激波损失。

高炉鼓风机静叶控制系统的改进

高炉鼓风机静叶可靠、有效控制是保证风机流量、压力稳定调整的重要条件。针对曾经发生过的设备故障为鼓风机增设了静叶锁，提高了鼓风机的运行稳定性。

在低展弦比透平静叶栅中叶片的弯曲作用

在平面叶栅低速风洞上,对具有直叶片、直线倾斜叶片和弯叶片的低展弦比矩形透平静叶栅进行了吹风实验,并通过实验结果的比较讨论了叶片弯曲对流场的改善作用。

槽缝射流对静叶端壁冷却性能的影响

采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型,研究了槽缝射流对涡轮静叶端壁冷却性能的影响;通过对4种湍流模型数值结果与实验数据的比较,验证了标准k-ω湍流模型可以有效模拟静叶前缘端壁的冷却性能,揭示了槽缝宽度、入射段结构和端壁边界型线对静叶端壁冷却性能的影响规律。研究结果表明:在一定的槽缝射流流量下,减小槽缝宽度能够增大冷却射流的覆盖面积,提高静叶前缘气膜孔排附近区域的冷却效率;过渡相切圆弧的槽缝入射段结构具有最佳的静叶端壁冷却效果。端壁边界型线可改变节距方向上的槽缝冷却射流的流量分配,影响下游端壁的冷却效果,当端壁相对型线幅值为0.75、相位角为30°时,槽缝射流具有最佳的静叶端壁冷却效果。

静叶角度调节对组合压气机性能优化机理

采用流线曲率法求解组合压气机的准三维流场,在叶片排前后缘及中间设置计算站,使用样条函数拟合流线;根据组合压气机结构特点,发展了适合其特性计算的损失、落后角模型及计算程序;将特性计算程序与导、静叶角度优化调节方案相结合,确定出不同设计转速下,导、静叶最佳调节角度组合.在90%设计转速,近最高效率点处,利用全三维的数值模拟手段分析了组合压气机导、静叶最佳角度调节前后流场结构变化.研究结果表明:导、静叶角度调节削弱了压气机叶片排中的激波强度,减少了损失,同时能抑制气流的分离,明显改善组合压气机的流场结构.

带螺旋静叶诱导轮的气蚀性能

为了分析带螺旋静叶诱导轮的内部流动规律,利用计算流体力学(CFD)方法对带螺旋静叶诱导轮进行了仿真计算,研究了其扬程特性和气蚀性能。结果显示,安装螺旋静叶后,使诱导轮的扬程得到很大提升,但是因为螺旋静叶流道中回流较强,增大了回流损失,导致效率下降。随着诱导轮入口压力降低,带螺旋静叶诱导轮的气蚀区域受离心力作用,沿径向发展,由于堵塞螺旋静叶流道,推迟了诱导轮流道的堵塞时间,从而使诱导轮的气蚀性能得到改善。

低展弦比涡轮静叶栅叶片正弯曲作用的试验研究

对弯曲叶片研究中代表性的HIT涡轮静叶型重新开展了叶片弯曲对低展弦比涡轮静叶栅流场影响的试验研 究。测量了直叶片叶栅、+10°、+20°和+30°弯曲叶片叶栅的进、出口流场,分析了叶片弯曲对叶栅出口二次流、 总压损失和气流角的影响。结果表明:对该叶型叶栅,叶片正弯曲既不能大幅度降低叶栅二次流损失,也不能改 善叶栅出口气流角沿叶高的分布:叶栅出口二次流动、尾缘涡及壁角涡随叶片正弯曲角的增大而增强,而通道涡 强度和位置变化不大;该研究结果同以往有关文献的研究结果完全不同。

补汽对透平级气动性能和静叶汽封转子动力特性影响的数值模拟

为了研究补汽对汽轮机通流部分气动性能和转子动力特性的影响,首先采用数值求解三维RANS方程和k-ε湍流模型的方法,研究了无补汽和2种补汽工况下补汽对透平级气动性能的影响。在此基础上,以不同补汽工况获得的透平级静叶汽封的进出口气动参数为边界条件,采用多频椭圆涡动模型和动网格技术计算了静叶汽封的非定常气流激振转子动力特性系数。研究结果表明:补汽射流冲击下游静叶栅的叶根区域会造成旋涡流动,导致下游静叶栅的进口气动参数沿周向出现不均匀分布,透平级的气动性能随着补汽量的增加而下降;补汽射流改变了的下游静叶汽封的气动参数,使得预旋比由0.02逐渐增大为0.06、0.16,进而导致汽封的转子动力特性发生改变。该结果可为补汽对机组气动性能和转子动力特性影响的研究提供参考。

压气机抽气级静叶吸力面抽气方式的研究

本文提出了将压气机系统性抽气与改善流道内部边界层流动相结合的方法,以提高压气机抽气级的性能。以某多级轴流压气机为例,采用数值模拟的方式讨论了压气机静叶吸力面抽气的可行性。通过不同抽气流量下3个算例计算结果的比较分析,证明了通过静叶吸力面抽气改善叶片性能和流动状况是可行的。

采用高负荷弯曲静叶的压气机改型研究

采用适合高亚音速气流进口的大折转角弯曲静叶对某型高负荷风扇级进行改型设计,使用单列弯曲静叶代替原型级中的串列静叶。采用三维成型技术设计弯曲静叶,引入叶片局部修型措施控制和改善栅内流动,通过数值模拟三维流场得到原型级和改型级的设计转速特性线和设计点的气动性能。研究结果表明:采用三维成型的高负荷弯曲静叶在优化压气机结构的同时也提高了压气机的气动性能,将是研发高性能压气机可采取的重要措施之一。

进口边界层对采用弯叶片的平面扩压静叶栅流场性能的影响

给定不同型式的进口边界层,在两种不同亚音速条件下对一平面扩压静叶栅的弯叶片流场进行了数值模拟。结果表明弯叶片对扩压叶栅的改善的能力受进口边界层的特征影响。这种影响分为两个方面:(1)边界层厚度的影响和(2)边界层动量损失厚度的影响。边界层越厚或动量损失厚度越大,在低马赫数条件下弯叶片对吸力面角区密流增加越明显,从而更大程度地提高了端区的流动性能,降低了叶栅损失。在高马赫数条件下,若边界层越厚或动量损失厚度越大,角区密流虽变化不大,但因端区损失较大,其性能的提高会给叶栅总性能的改善带来较大的收益。