汽轮机叶片流体激振安全性的全三维、全功能与全方位分析系统

总结了对于汽轮机叶片流体激振安全性进行全三维、全功能与全方位分析的概念和方法。全三维是对流体激振安全性的分析建立在三维粘性和三维振型的基础上 ,全功能是对流体激振分析建立在弹性力学方程和流体力学方程弱耦合的基础上 ,进而得到流体激振时的动应力并与疲劳寿命相联系。全方位则是可以对汽轮机叶片的各种形式的流体激振 (如小流量下失速流激振、叶尖间隙流激振等 )和强迫振动 (如部分进气激振、静叶尾迹流对动叶的激振、抽汽口激振等 )进行安全性分析。这种流体激振三全系统 (全三维、全功能、全方位 )的建立 ,将是汽轮机叶片的安全性分析水平的重要进展     

节流式蒸汽调节阀的改进与性能计算

蒸汽调节阀由于长期处于小流量、大压差状态下,高速汽流对滑阀表面产生了严重的冲蚀,使其无法正常工作。对调节阀提出改进措施,在低负荷工况时采用了多级小孔降压的结构。给出了多级降压的计算方法,并通过数值计算得到了改进前后的流场分布。计算结果表明改进后的结构可大幅降低汽流速度并增大总压损失系数,改善了汽流的冲蚀作用,提高了蒸汽调节阀的安全可靠性。     

汽流激振故障的分析及处理

某200MW汽轮发电机组1号、2号轴承经常出现不稳定的低频振动,通过对机组振动及运行工况的分析、试验,发现1号瓦在突发振动时的主频率与高压转子临界转速一致,且与高压调汽门开度有关,因此,分析认为引起转子涡动的力与蒸汽流量直接有关,说明该振动属于典型的汽流激振引起的自激振动,针对该机组的振动问题,在小修中对配汽机构进行了相应的调整,消除了自激振动。     

某调节阀气动及振动噪声性能研究

为了降低汽轮机低工况运行时调节阀的振动噪声,设计一种多级节流调节阀,在汽轮机低工况运行时使用。采用吹风试验的方法对所设计调节阀在不同工况下的流量、振动、噪声多种特性进行了分析,得到其随着升程、压比的变化规律。选取某3个常用汽轮机调节阀与所设计调节阀进行对比试验,根据试验系统实际情况,以相同压比约0.5、相同质量流量约0.5 kg/s为基准进行了横向对比分析。结果表明：压比一定条件下调节阀的流量系数随着升程的增大而逐渐增大,升程一定条件下流量系数随着压比的增大呈现逐渐减小的趋势;在升程一定时,随着压比的增大,机脚加速度值呈现先减小后逐渐增大的趋势,调节阀受低频激励的影响较小,受中高频激励的影响较大;在压比为0.5时,随着升程的增大,调节阀的空气噪声值逐渐增大,压比大于0.5时,空气噪声值随着升程的增大而呈现先增大后略有减小的趋势,在升程一定时,随着压比的增大,空气噪声值基本呈现了逐渐减小的趋势;所设计的多级节流调节阀与某3个常用汽轮机调节阀相比在振动噪声抑制方面具有相对优势。     

超(超)临界主给水调节阀流场特性分析

针对某超(超)临界主给水调节阀在运行工况条件下出现的空化汽蚀现象,结合多级节流降压原理与多相流理论,采用Schnerr and Sauer空化模型和Mixture两相流模型,对调节阀内部流场进行数值模拟,研究了笼罩层数与导流槽宽度对流场空化的影响。结果表明,随着笼罩层数的增加,调节阀内的最低压强由0.015MPa上升至0.717 MPa,最大流速由147.1 m/s降至49.36 m/s,空化的汽相最大体积分数由0.979降至0.160,多级笼罩有助于实现逐级降压、限制流速及抑制空化的目的;同时在阀门结构尺寸允许条件下,适当增加导流槽宽度也有利于抑制空化。研究结果为该类调节阀的设计提供了参考。     

300MW机组通流改造后汽流激振故障的分析与处理

介绍了一台国产300MW机组通流改造后突发性低频振动现象,通过具体的振动试验分析诊断为高中压转子发生汽流激振故障。在明确故障类型和原因后果断采取整改措施,包括:改变轴承供油方式增加阻尼,减小轴瓦工作面增大比压,封堵上瓦乌金槽起到类似减小轴瓦顶隙的作用,有效提高了高中压转子-轴承系统的稳定性,消除了低频振动分量。故障处理思路及具体改造措施可为大型机组在处理同类型故障时提供技术参考。     

调节级非定常流动与汽流激振力数值研究

采用ANSYS-CFX商用软件数值研究了亚临界600MW汽轮机调节级在不同工况下的三维非定常流动特性与汽流激振力的变化规律。结果表明:随着调节阀门的开启,调节级后的压力升高,焓降和功率逐渐减小,级效率升高,余速损失减小;部分进汽调节级会对动叶产生明显的激振力;在进汽弧段,动叶激振力变化均匀,而从进汽弧段旋转到非进汽弧段以及在喷嘴端面附近时,汽流激振力会发生很大突变。两阀全开时动叶受切向力最大,随着阀门的开启,叶片受切向力逐渐减小。动叶片受到的低频激振力频率集中区域均小于1 000Hz,远小于高频激振力频率。     

某型核电汽轮机高压主汽调节阀组稳定性研究

研究某ARABELLE型百万千瓦级核电汽轮机高压主汽调节阀组的稳定性,提出优化运行措施。以某ARABELLE型核电汽轮机为研究对象,根据高压主汽调节阀组的配汽方式和布置特点分析其运行特性;建立阀组振动测试系统,测试高压调节阀在不同开度下阀杆的振动情况,研究阀组的稳定性。结果表明:高压调节阀开度在约2.9%时,阀杆存在共振现象;随着阀门开度增加,阀杆振动幅值略有升高,但基本保持稳定,振动以流体高频湍流诱发振动为主,激振力频率集中在0～5000Hz频段;满功率下阀组内部蒸汽流速符合行业标准,具有良好的气动性能和整体稳定性。但该型核电汽轮机在夏季满功率工况时容易进入高压调节阀流量特性曲线的陡峭区域,存在阀位抖动、高压进油管油压脉动和进油管爆裂等缺陷,采取适当提高功率设定值的运行方式等,有助于维持阀门开度稳定和机组安全运行。     

蒸汽激振及其对大机组轴系振动和稳定性影响的计算分析研究

建立大机组轴系动力特性计算分析用的叶顶间隙激振及密封间隙激振刚度阻尼系数计算模型，编制了相应的计算分析软件，并应用该软件计算分析了不同结构及汽流参数对密封动特性系数的影响，对国产600MW机组在考虑蒸汽激振影响下的轴系振动稳定性进行了计算分析，并对汽轮机设计阶段如何降低或消除蒸汽激振带来的不利影响提出建议。     

320MW机组轴系汽流诱发非稳定低频振动的试验研究及计算分析

结合引进的320MW超临界机组的非稳定低频振动，具体介绍了现场试验、计算分析及诊断推理过程。研究结果表 明，振动性质是汽流激振，其原因与机组结构、运行参数等多方面因素有关。     

汽轮机末级动叶片大负攻角工况下的气流激振分析

在小容积流量工况下运行的大功率机组的末级动叶顶部进口气流的负攻角流动易造成叶片压力面的气流分离,在一定条件下会诱发叶片颤振。对一典型平面动叶栅大负攻角下的二维分离流场进行数值分析,得到了详细的流场信息和叶片作用力及力矩与攻角的关系。采用准定常的方法,给出了叶片发生扭转和弯曲振动时,激振流场对叶片的气动功的计算方法,并根据能量法的原理,讨论了判断叶片颤振的方法。     

平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性研究

为分析平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性，采用软件CFX对平面S型泵装置开展三维全流道数值模拟，并采用能量梯度理论分析不同工况下泵装置内的流动特性。结果表明，不同流量工况下平面S型轴伸贯流泵装置进水流道内的水流均非常平顺，整体差异较小。出水流道内的水流流态差别较大，流量越小出水流道内流态越差。小流量工况下平面S型轴伸贯流泵装置内相同位置的压力脉动最大。小流量工况下出水流道内能量梯度差异最大，说明此工况下出水流道内会产生较大的能量损失。平面S型轴伸贯流泵装置出水流道设计时应尽量增加出水流道的平顺段长度，保证能量梯度分布均匀。研究结果为深入了解平面S型轴伸泵装置和优化设计提供了理论指导。     

重燃多级轴流压气机级间引气方式对流场影响的数值研究

本文以某重型燃气轮机多级轴流压气机的3.5级作为研究对象，对源项及周向槽引气方式下的压气机性能和局部流场进行了数值研究。结果表明：两种引气方式计算得到的主流性能参数在大部分工况下都具有较好的一致性，级数越多两者计算结果的误差越小；两种引气方式对70%叶高以上主流流场的预测偏差较大，相对而言，周向槽引气的预测结果更合理；大部分工况下，主流流场参数对引气角度并不敏感，引气对主流的影响只存在于下游，难以向上游传递。     

蜗舌结构对离心风机动静干涉噪声的影响

为减小离心风机转子与蜗舌之间的动静干涉噪声,提出一种弧形蜗舌结构,并分析了其对离心风机噪声的影响机制。在现有风机模型基础上,设计了半径为R100、R50和R23的弧形蜗舌代替原蜗舌,采用大涡模拟获取流场信息,利用LMS Virtual.lab间接边界元方法,分析离心风机动静干涉噪声。结果表明:弧形蜗舌有助于减缓蜗舌前缘处流体的冲击脉动速度,能更好地调控蜗壳回流流场,减小气流在蜗壳壁面上附面层的流动分离,改变气流激振力引起的蜗壳振动噪声及动静干涉噪声;弧形蜗舌结构降低了蜗壳表面的压力脉动幅值,噪声整体表现为宽频特性,能量集中在中低频,R50风机噪声表现最优,总声压级最大可降低3 dB。     

不同工况下水泵水轮机尾水管压力脉动特性与改善措施研究

不稳定水流诱发的压力脉动是引起水力机械振动进而影响水泵水轮机安全运行的重要原因.为研究不同流量下水泵水轮机尾水管涡带形态的演变,分析空化系数对涡带形态的影响,基于FBM湍流模型,针对水泵水轮机五种典型运行工况进行非定常数值模拟,重点比较了不同流量与空化系数对尾水管涡带形态的影响.结果表明,当机组运行在0.5倍和1.1倍设计流量时,空化的影响最为明显.为了缓解尾水管压力脉动,进一步探究了抑涡槽和导流隔板对尾水管内部流态和低频压力脉动的影响.流场分析表明,抑涡槽和导流隔板能有效改善尾水管直锥段内部流态和压力分布,同时使得扩散段内部流动变得更稳定,尾水管涡带引起的压力脉动幅值和水流圆周速度变化整体降低.     

旋流杯结构对火焰筒头部流场影响的试验研究

为深人研究旋流杯安装角、两级流量比、二级流通面积和套筒扩张角对火焰筒头部冷态流场的影响， 采用2D-3C粒子图像测速仪在常温常压下开展了相关试验研究。结果显示:适当增加叶片安装角可增大气 流的径向与切向速度分量，这一效果有助于提高油气掺混质量；内外两级流量比的增加将导致高速脉动区域 向内部移动，有利于燃油雾化，但回流区较窄、轴向速度较大，不利于稳定火焰和合理温度场的形成；随着二 级旋流面积的增大，回流区直径增大，射流速度降低，有利于稳定火焰;套筒扩张段在一定程度上对旋转射流 起引导作用，增大套筒扩张角将导致气流径向扩散能力加强。     

非均匀来流条件下风力机翼型结构非线性气弹稳定性研究

大型化趋势下风力机叶片刚度降低，出现颤振的风险增加，且风力机在运行中不可避免受到非均匀来流的影响。为考虑这一问题，对垂直方向波动来流中具有结构非线性的翼型气弹稳定性进行研究。基于小攻角假设，采用线性气动力模型建立考虑三次硬化刚度与非均匀来流作用下的二自由度二维翼型气弹模型，并通过数值积分方法对翼型气弹系统的动力学方程进行求解，得到不同来流工况下翼型系统的稳态响应形式。从时域、相轨迹以及频域上对获得的翼型振动信号特征进行分析，结果表明翼型受到垂直方向来流的激振作用出现强迫振动，在低流速下和临界速度附近造成振动强度明显放大，模糊颤振边界并使诱发颤振条件下翼型振动更加剧烈；在波动来流作用下气弹失稳的俯仰振动能量在一个频率带上分布，且在高于颤振频率的位置存在另一峰值，标志颤振的诱发是由俯仰振动受到气动力影响耦合到沉浮频率上所导致。     

进气回流机匣处理离心压气机的扩稳机理

车用增压器的离心压气机在高转速下,往往暴露出流量过窄的问题.通过数值分析,对实壁机匣离心压气机模型高转速下的失速机理进行了研究,结果发现,转速下叶顶区域的流动变为跨音速流动,小流量下槽道激波前移至分流叶片之前,由于采用了长短叶片导致该处叶片稠度较小,间隙泄漏气流跨过激波后扰动迅速扩大,并诱发大量低能流体的堆积,促使压气机过早失稳.同时,对具有扩稳能力的进气回流机匣处理模型也进行了数值模拟,并与试验数据进行了对比验证,结果表明,布置在激波过后的回流槽能有效带走堆积在导风轮尾部附近的低能流体,减少了泄漏二次流对主流的扰动程度,使得气流以较小的攻角流过短叶片前缘,大大改善了叶轮内部流场.     

机油滤清器流量特性的试验测试与建模分析

结合试验，详细考察了不同油温下内燃机机油滤清器的流量特性，研究结果表明，随着流量的增加，机油流经机油滤清器所产生的压降也明显增加；机油温度差异对滤清器流压特性的影响很小，随着流量的增加，这种影响呈减小趋势。探讨了利用神经网络建立机油滤清器的多工况下流量特性综合描述模型的可行性和必要性，结合实例，利用BP神经网络建立了描述机油滤清器流量特性的仿真模型，并取得了很好的性能仿真效果，仿真结果的最小误差可达到0．033％，而最大误差不超过9％。     

泵站进水泥沙淤积特性及其对泵装置性能的影响研究

含泥沙水流对泵站安全高效运行具有重要影响，开展多泥沙河流取水泵站防淤积研究具有重要意义。以某多泥沙河流泵站为研究对象，采用欧拉-欧拉多相流模型，在不同进口流速、泥沙粒径和浓度条件下，研究肘型、钟型、簸箕型和箱涵式进水流道的泥沙淤积特性，优选出防泥沙淤积效果最好的肘型进水流道进行泵装置性能研究。研究结果表明：前池斜坡段至进水流道底层形成低速区易造成泥沙淤积；设计工况下，肘型进水流道防淤效果最好，而箱涵式进水流道最差，多泥沙河流泵站优选肘型进水流道；流速、含沙量和粒径对泥沙淤积程度影响很大。相同流量工况下，泵装置的扬程在含沙水介质情况下降低，功率增加，效率下降，三者变化的幅度随着流量的增加而增大。本文研究成果可以为多泥沙河道取水泵站防泥沙淤积设计和优化运行提供一定参考。