汽轮机切向进汽蜗壳设计方法研究

采用3种切向蜗壳设计方法对某50 MW机组高压进汽流道进行了切向设计,获得3种形式的切向蜗壳:切向等截面设计、等环量设计以及线性收缩设计。采用数值仿真方法对3种形式的切向蜗壳进行了气动分析,获得了切向蜗壳的气动性能、流场分布等。结果表明:3种形式切向蜗壳的气动性能各不相同,等截面切向蜗壳的总压损失最大,出口均匀性最差,而等环量和线性收缩切向蜗壳的总压损失更小,出口均匀性也更好。其中,等环量设计的总压损失和出口均匀性均为最优。对于汽轮机进汽流道,不同切向进汽设计方法会导致不同的截面积周向变化规律,进一步影响蜗壳的气动性能。因此,汽轮机进汽流道在进行切向设计之前有必要选择适合的切向进汽设计方法。     

两种进汽结构气动性能的数值研究

对传统进汽结构和新型切向进汽结构的流场细节进行了数值研究。通过对总压损失系数、阻力系数、马赫数分布以及出口截面压力不均匀度的分析,得到数值结果。计算结果显示:与传统进汽结构相比较,新型切向进汽结构本身的气动性能优于传统进汽结构,这包括总压损失小,阻力系数小,出口参数的不均匀度小。另外切向进汽结构可以为其后的压力级叶片提供了更为理想的的进汽条件,从而保证机组的经济性。     

中压进汽腔的流场数值模拟比较

通过数值模拟计算,对中压对称进汽和切向进汽两种结构的流场进行了分析比较,结果表明,单一切向进汽腔的总压损失更小,出口汽流角的周向分布均匀度更好。更进一步,为整体评估中压进汽腔的流场以及对叶片级的流动影响,对中压进汽腔及第1级叶片的整体流体域流场情况进行了分析比较,结果表明,采用大几何角静叶的切向进汽腔气动性能最优;当采取切向进汽腔时,需合理选择第1级静叶几何角并耦合计算,才能实现进汽腔的气动优化。     

汽轮机低压缸进汽腔室气动分析及方案研究

汽轮机低压进汽腔室设计的优劣对机组效率有明显的影响,其对效率的影响主要有两个因素,一是腔室本身的流动情况;二是腔室出口气流角与静叶的匹配情况。采用计算流体力学(CFD)方法模拟了基于不同设计方案进汽腔室的流场情况,并根据流场参数计算了第一级的级效率。研究表明,采用切向进汽方式,并且根据腔室出口气流角匹配静叶叶型,可以提高低压缸第一级叶片的效率,降低机组热耗。未来将会有越来越多的汽轮机采用切向进汽腔室,以提高机组的效率。     

汽轮机低压进汽结构气动性能分析与优化设计

为设计高性能汽轮机低压进汽系统,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的方法研究了耦合低压第1级的低压进汽结构的气动性能,并对无叶通道进行了优化设计,同时考虑了不同蒸汽调节阀偏心度对低压进汽系统通流能力的影响。结果表明:原始低压进汽结构会造成较大跨度的静叶进汽攻角和较大的进汽不均匀度,最大汽流角分布在蜗壳的左右两侧;优化的策略在于增大进汽弯管的出流面积和倾角,通过减小滞止涡来减小汽流角跨度并降低进汽不均匀度,这样可以有效地改善第1级静叶进口的汽流组织情况;随着调节阀门偏心度的增加,蒸汽阀通流能力增大,且总压损失降低。研究工作为高性能汽轮机通流设计提供了技术支撑。     

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。     

基于遗传算法的离心压缩机蜗壳参数化及多目标优化

排气蜗壳对离心压缩机的整体性能、工作范围有直接且不可忽视的影响.排气蜗壳由于其完全三维的、湍流的内部流动会引起蜗壳进口周向压力畸变,从而影响上游部件的流动稳定性.本工作针对先进压缩空气储能系统离心压缩机排气蜗壳进行多目标优化设计,提出了一种可变截面形状的参数化设计方法.以总压损失系数和静压恢复系数为优化目标变量,采用多个控制面和控制点的方式对离心压缩机蜗壳截面参数进行全周控制,结合最优拉丁超立方试验设计方法和全三维CFD数值方法生成样本空间,利用二代非支配排序遗传算法对Kriging近似模型进行多目标寻优,建立优化平台和优化方法.研究结果表明:优化后的截面形状能够减小通流截面旋涡中心的剪切应力,使排气蜗壳内部通流速度分布更加均匀;优化方案在设计工况下整级等熵效率提高了 0.45％,压比提高了 0.36％;与初始模型相比,优化后的排气蜗壳可以有效改善离心压缩机的整体性能.本研究有助于推动数值优化设计方法在离心压缩机排气蜗壳中的应用,为高性能、低总压损失离心压缩机的优化设计提供参考.     

光热汽轮机低压进汽结构气动性能分析与优化设计

为满足新能源汽轮机低压进汽系统的开发,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程研究了耦合第一级的光热汽轮机低压进汽结构的气动性能,并对无叶通道进行了优化设计,同时考虑了不同蒸汽调节阀结构对低压进汽系统通流能力的影响。结果表明:原始低压进汽结构会造成较宽跨度的静叶进汽攻角和较大的进汽不均匀度,最大汽流角分布在蜗壳的左右两侧;优化的策略在于增大进汽弯管的出流面积和倾角,通过减小滞止涡来降低汽流角跨度和进汽不均匀度,这样可以有效地改善第一级静叶进口的汽流组织;随着调节阀门偏心度的增加,蒸汽阀通流能力增大,且总压损失降低。研究方法和结果为高性能光热汽轮机通流设计提供了技术支撑。     

汽轮机调节级三维复杂流动的数值研究

汽轮机调节级的部分进汽特性,不仅对机组的气动性能和效率具有较大的影响,还在一定程度上影响到其安全性能.基于三维黏性可压缩N-S方程,采用结构化六面体网格,运用有限容积法,构造了带有进汽室的150 Mw汽轮机调节级三维黏性可压缩计算模型,对其内部复杂流动进行了详细研究.分析发现:由于部分进汽.调节级进汽室内部流动较为紊乱...     

超超临界百万千瓦汽轮机主调阀流场非稳态数值研究

采用计算流体力学商用Fluent软件,对某百万千瓦超超临界汽轮机主调阀系统(主汽阀和调节汽阀组成的进汽系统)正常运行时的蒸汽稳态流场和快速关闭时的非稳态流场进行了全三维数值计算及分析.结果表明:稳定工作状态下,阀门全开时的阀组总压损失约为进口总压的1.23%,其中调节汽阀损失占总损失的57.52%;主汽阀、调节汽阀都为快开特性的阀,它们的相对升程大于30%时流量基本不可调.采用Fluent中的动网格技术,计算分析了调节汽阀从全开到快速关闭的非稳态过程中蒸汽的流动特性,并给出了调节汽阀快速关闭时的行程、流量及阀后压力与关闭时间的动态曲线.     

汽轮机低压排汽缸气动性能的数值研究

针对汽轮机低压排汽缸气动性能对汽轮机组效率的影响,采用小尺寸试验模型对汽轮机低压排汽缸进行了数值模拟,得到扩压器进口导流环壁面压力分布和出口特征平面速度分布,并与相应的试验测量结果进行了比较,验证了数值计算结果的可靠性．通过数值模拟方法分析了扩压器和蜗壳的性能．结果表明：汽轮机扩压器导流环和蜗壳之间的涡系结构复杂,通道涡是造成排汽缸扩压能力降低和能量损失的主要因素．     

Influences of inflow condition on non-axisymmetric flows in turbine exhaust hoods

The complex 3D flow in a steam turbine exhaust hood model with different inlet swirl and inlet total pressure radial distributions has been simulated by employing CFX-5 and analyzed in this paper. It＇s found that the inlet tangential flow angle at hub has a negative effect on the exhaust hood performance, while a negative gradient of inlet total pressure radial distribution has a positive impact on the hood performances. It＇s also numerically con- firmed that a proper distribution of total pressure at hood inlet can successfully eliminate the negative effects caused by the inappropriate inlet swirl distribution and improve the hood aerodynamic performance.     

来流条件对排汽缸内非轴对称流动的影响

研究了大功率汽轮机低压缸排汽在不同气流角及不同总压分布下的流场,以模型为对象进行了三维流场的数值模拟.结果表明:排汽缸入口较大的旋流角会恶化排汽缸性能,而总压沿径向变化梯度为负时则有利于改善排汽缸气动性能.基于这一结果提出了通过改变总压分布抑制由于来流方向对排汽缸性能产生的负面影响的方法.     

两型间冷器流道气动性能试验研究

间冷器是间冷循环燃气轮机的核心部件,气流流过间冷器的压力损失是衡量间冷器性能的主要指标之一。本文设计了两种不同的间冷器流道结构,并对两种间冷器流道进行了不同工况的气动特性试验,测得间冷器流道不同位置的温度、压力值,得出两种间冷器流道结构的气动特性。试验结果表明：间冷器总压损失主要产生于从进口到导流板前的折转扩散段,且总压损失系数随折合流量的变化曲线为抛物线型,与进口动压呈正比例关系;而改进型间冷器的总压损失有所降低,相同折合流量对应的总压损失系数相对原型间冷器结构降低约20%。     

1000MW超超临界汽轮机中压缸进汽蜗壳的数值模拟研究

汽轮机实际运行环境中非轴对称通流(进、排、抽汽等)部件产生的非轴对称流场将导致叶片排内部流场的变化.针对某1 000MW超超临界汽轮机的中压缸进汽蜗壳进行了详细的数值模拟研究,并将进汽蜗壳与第一级静叶进行了联算,结果显示进汽蜗壳的非轴对称进汽导敛叶片排进口流场的岗向和径向不均匀,并对叶片性能产生影响.     

Numerical simulation of flow in centrifugal pump with complex impeller

Based on the Navier-Stokes equations and the Spalart-Allmaras turbulence model, three dimensional turbulent flow fields in centrifugal pump with long-mid-short blade complex impeller are calculated and analyzed numerically. The relative velocity and pressure distributions in the flowpart are obtained. It is found that the flow in the passage of the complex impeller is unsymmetrical due to the joint action between volute and impeller. The back-flow region is at inlet of long-blade suction side, near middle part of long-blade pressure side and outlet of short-blade suction side. The flow near volute throat is affected greatly by volute. The relative velocity is large and it is easy to bring back flow at outlet of the complex impeller near volute throat. The static and total pressure rise uniformly from inlet to outlet in the impeller. At impeller outlet, the pressure periodically decreases from pressure side to suction side, and then the static pressure sharply rise near the throat. The experimental results show that the back flow in the impeller has an important influence on the performance of pump.     

某新型高效冷凝发电汽轮机排汽缸气动性能研究与结构优化

采用雷诺时均处理的N-S方程和标准k-ε湍流模型,将某新型高效冷凝发电汽轮机低压排汽缸与末级叶栅进行了联合仿真数值模拟研究。计算结果表明:排汽缸中存在以分离涡和通道涡占主导地位的漩涡流,导致气动性能不佳;为了改善扩压能力进而提高其气动性能,采取调整内外导流环扩张角度以及轴向长度等措施对扩压器进行了结构优化,优化后排汽缸出口静压恢复系数从-0.137提升到了0.1617,总压损失系数降低了近18.5%,整机效率提升了近0.5%。     

冷却蒸汽进口条件对转子冷却效果的影响

对给定总压与给定流量两种冷气进口边界条件下的中压第一级进行了数值模拟,结果表明不同的冷气进口边界条件对叶片表面温度分布、冷却蒸汽的流动情况、10%叶高流面上各气动参数分布的影响非常的小.据此得出,对于超超临界汽轮机蒸汽冷却技术的工程应用,冷却蒸汽的进口条件可以通过不同的方式进行控制,最终所达到的冷却效果以及冷气对流动的影响是一致的.     

空心静叶缝隙抽吸对蒸汽流场影响的数值研究

在缝隙抽吸条件下,采用Fluent软件对某600MW汽轮机末级空心静叶栅内的蒸汽流场进行了三维数值模拟,讨论了缝隙位置与结构参数对主蒸汽流场的影响。结果表明:随着缝隙位置从叶片前缘向叶片尾缘的移动,汽流总压损失系数逐渐减小。缝隙抽吸使叶栅进口马赫数有所升高,且内弧上的缝隙抽吸对马赫数的影响要大于背弧上的影响;当缝隙角度α=45°时,缝隙抽吸对叶栅进口马赫数的影响较大;缝隙宽度的增大使叶栅进口马赫数升高的幅度也越大。缝隙抽吸对叶片表面压力分布总体影响不大,仅在缝隙附近的汽流静压有较大的降低;随着缝隙宽度的增加,缝隙处的汽流静压降低越大。另外,缝隙抽吸使叶片表面的汽流边界层有所减薄。