基于CFD混流式水轮机泵叶及泵盖联合降压研究

为研究泵板装置对混流式水轮机上冠流道泄漏水影响,基于CFD商业软件平台,结合新疆红山嘴一级电站4号水轮机,以泵板装置为研究对象,将主轴密封真空度、泄漏量、上冠间隙进口与梳齿环出口压差作为3个研究指标.首先在模型准确基础上对泵板装置内泵叶角度和泵盖高度2个相关结构分别进行数值分析,其次对其联合优化结构数值模拟.研究表明,...     

基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明：上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比H_p=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。     

刷式汽封内部流动及泄漏特性的数值研究

采用数值求解三维Navier-Stokes方程技术,研究了不同因素(如背板高度、径向间隙等)对刷式汽封内部流动特性的影响。提出了改进的刷式汽封模型,数值分析了5种刷式汽封模型压力分布、速度场及泄漏量情况。结果表明:随着背板高度的增加,3种不同进口压力下的泄漏量都随之增加;蒸汽泄漏量随着刷束厚度的增加反而降低;蒸汽泄漏量与径向间隙成正比例关系。模型5较其它4种刷式汽封模型背板径向压力低,但刷束区蒸汽流速大,泄漏量明显高于其它刷式汽封。     

基于CFD混流式水轮机减压板结构形式研究

为研究减压板结构对混流式水轮机转轮上冠流道的影响,以红山嘴一级水电站#4水轮机为例,基于CFD商用软件,数值模拟额定工况下水轮机泵板装置,以排水管压力为指标验证模型的准确性,并优化减压板半径及高度,分别从泄漏水流态、主轴密封真空度、顶盖排水管压力三方面进行对比分析。结果表明,改变减压板高度较改变半径对流道内部影响更大;随着减压板高度减小或半径增大,主轴密封真空度增大且顶盖排水管压力减小;不同减压板结构上冠流道流态不尽相同。该水轮机在减压板半径不变的基础上向上移动15mm为最佳方案,实际工程可通过减小减压板高度来提高主轴密封性能。     

低比转速多级泵间隙尺寸改变对内部流场及其性能的影响

为研究低比转速多级泵间隙尺寸的改变对内流场及其性能的影响,应用CFX软件对带间隙模型泵进行数值模拟,设计了12个间隙组合模型,分析了泵的外特性、间隙泄漏量、叶轮出口与导叶进口速度压力的变化规律。结果表明,随着间隙尺寸的增加泵扬程和效率均有所下降;叶轮口环的泄漏来自遭到撞击改变方向的叶轮出口流体,导叶口环的泄漏来自次级叶轮进口的流体;间隙对泵的影响程度依次为叶轮口环导叶口环叶轮与导叶的运转间隙;叶轮出口流出的液体进入导叶时极大地阻断了叶轮泵腔之间与叶轮导叶轴向间隙的流体交换。数值模拟结果较估计值仍然偏高,数值模拟对单一模型的准确度有待商榷,说明多组模型对比十分必要。研究成果为进一步深入分析奠定了基础。     

黄登水电站水轮机转轮上冠泵板对顶盖取水的影响

针对不同上冠斜置泵板结构方案影响黄登水电站机组顶盖取水的问题,基于计算流体动力学(CFD)和工程流体力学的基本理论,以商用CFD分析软件为平台,从顶盖取水口压力、上冠轴向水推力和泵板能耗的角度,分析了辐射径向布置泵板及泵板逆转轮旋转方向斜置30°、45°三种方案7种工况下的上冠流道内部流动特性。结果表明,斜置45°的泵板结构能获得最大的取水压力且产生的上冠轴向水推力最小,斜置30°的泵板结构能耗最低,在顶盖取水系统设计中应根据水轮机运行工况范围特点选择不同的泵板结构。     

轴流泵优化设计及压力脉动特性研究

为探究明渠流对轴流泵装置性能的影响及提升大型低扬程轴流泵装置的整体水力性能,基于泵装置悬空高度、明渠进水池宽度、明渠出水池宽度三个参数,对大型低扬程泵装置进行三维非定常数值模拟计算,通过优化分析选出最优轴流泵装置模型,优化后的模型水力效率由81.3%提升为84.5%,进一步分析了最优轴流泵装置模型在不同流量工况下的流场特性及压力脉动特性。结果表明,小流量工况下运行的泵装置压力脉动时域特性明显优于额定流量工况和大流量工况,转轮进口及导叶进出口处测点压力脉动系数值均不超过0.01;转轮进口处三种流量工况下最大脉动系数均低于0.015,小流量、大流量工况下导叶出口处的压力脉动系数接近0,额定流量工况下导叶出口处的压力脉动系数为0.122。     

汽轮机叶片正弯对叶顶间隙泄漏流动影响的数值模拟

以某汽轮机高压级动叶为研究对象,采用κ-ε湍流模型,应用SIMPLEC算法对在相同叶顶间隙高度下的常规扭叶片和正弯扭叶片的叶顶间隙流动进行了数值模拟。研究结果表明:与常规扭叶片相比,叶片正弯提高了汽流在叶顶区的最低压力值,减小了叶顶压力边与吸力边的横向压力梯度;汽流在正弯扭叶片吸力面附近形成的泄漏涡的影响范围和对通道主流的扰动弱于在常规扭叶片内形成的影响;正弯扭叶片使汽流在吸力面和压力面上形成了叶顶部正径向压力梯度、叶根部负径向压力梯度的"C"型压力分布,同时降低了叶片上端部附近的总压损失。叶片正弯既降低了叶顶泄漏损失,又降低了叶栅通道内的掺混损失。     

空气预热器冷端扇形板配置自动跟踪系统降漏风改造研究

针对电厂低负荷运行状态下容克式空气预热器转子变形达不到预期,与冷端径向密封板间产生较大漏风间隙,导致送风机、一次风机耗电增大等问题,通过增设空气预热器冷端扇形板自动跟踪装置,并优化冷端径向板密封结构,可以在低负荷运行条件时,减少转子与径向密封板之间的间隙,降低空气预热器漏风率,实现烟风系统优化控制,降低发电成本。     

共轨燃油系统高压油泵设计研究

本文针对共轨燃油系统高压油泵若干关键问题进行研究,采用高次方函数凸轮模型进行了三作用凸轮的型线设计,应用有限元分析方法和液-固耦合模型,就柱塞偶件不同结构设计方案对其径向间隙和燃油泄漏量的影响进行了对比分析。计算结果表明,首次提出的柔性可变截面柱塞方案可有效减少柱塞偶件的径向间隙和燃油泄漏量,为实现共轨燃油系统高压油泵的性能优化提供了新的技术途径。     

熔盐泵空间导叶与叶轮的径向安装间隙对泵性能影响研究

为了探究空间导叶和叶轮之间的径向安装间隙对泵性能影响规律,选择某VS1型太阳能高温熔盐泵首级部分作为研究对象,在其他几何参数不变的前提下,以原导叶和叶轮径向间隙值为基础,通过沿径向逐次改变导叶进口和叶轮之间的相对位置,共设计了6组不同间隙下的导叶-叶轮组合方案,基于CFD方法对6种间隙方案(1.5～6.5 mm),进行了全流场数值模拟,并试验验证了数值算法的可靠性。研究表明：导叶与叶轮径向安装间隙对泵扬程和效率在不同工况下的影响具有显著差异性,存在较优间隙使泵性能整体最佳,间隙过大、过小时都会致使其性能劣化;与原间隙2.5 mm时相比,合适的间隙可使叶轮出口和腔体间隙处的主频压力脉动幅值分别降低20.6%和36.4%,泵内介质流动稳定性提升;导叶内流道压力梯度和腔体涡核心分布随间隙改变呈不同变化态势,间隙为4.5 mm时,导叶内流道压力梯度变化更为均匀有序,腔体内涡的范围和强度较其它方案削弱明显,泵内流态最优。     

涡轮缘板间隙封严结构泄漏特性的试验研究及节能效果分析

针对涡轮缘板间隙封严特性进行试验研究.片间距分别为0、0.9 mm、1.6 mm和2.5 mm,压比在1.1～3.5的参数范围内,得到不同片间距时泄漏量与压比的关系以及径向与绕流泄漏的占比关系.结果表明,在叶片缘板间隙、片间距一定的条件下,随着压比的升高,总泄漏量不断增大,而总泄漏换算流量先增大后不变.叶片缘板间隙一定...     

盘腔封严流对主流影响的瞬态POD分析

盘腔封严冷气泄漏流与主流的相互干涉对燃气轮机效率有重要影响。基于带有叶片的转静系盘腔模型的瞬态数值解,采用本征正交分解(POD)方法对主流场进行分解,分析瞬态流场的湍流能量、模态系数与湍流结构,研究封严泄漏流与主流场的干涉以及轴向封严间隙与径向封严间隙对泄漏流的影响。结果表明：在不同相对叶高处湍流能量占比存在差异,在相对叶高50%处,径向封严比轴向封严湍流能量高19.74%,相对差值达到最大;在相对叶高30%处,径向封严比轴向封严湍流能量高15.93%,绝对差值达到最大;主要湍流结构和次要湍流结构在模态系数频域特性、模态湍流结构上表现出差异,径向封严对盘腔流体与主流流体交互作用的阻碍强化了封严间隙对主流的干扰。     

倾斜转子对密封流体激振特性的影响

建立了具有倾斜转子的普通梳齿密封全三维数值计算模型,利用计算流体力学方法对转子倾斜情况下密封流体激振力进行了数值研究,得出偏转角度、偏心距、入口压力和转速对泄漏量和流体激振力的影响.结果表明:偏转角度和偏心距对泄漏量影响较小;入口压力与泄漏量呈线性关系;偏转角度、偏心距、入口压力和转速对径向力和切向力的影响基本呈线性关系,偏转角度、偏心距、入口压力以及转速对径向力的影响较对切向力的影响大;由于转子倾斜,径向力随转速和偏心距的增大逐渐减小.     

磨损间隙和机组转速对发电机推力轴承油槽密封泄露的影响

随着投产时间的推移，水电站轴承油槽盖密封被逐渐磨损，动静配合间隙增大，油雾逸出现象严重。为了探究磨损间隙和机组转速对油槽密封处油雾泄露的影响，建立了发电机推力轴承油槽密封几何模型，应用SSTκ-ω湍流模型，对不同间隙(0.2～2.0 mm)、不同转速(100～500 r/min)下油雾的泄露情况进行稳态数值模拟计算。结果表明，建立泄漏量、间隙值及转速三者之间的函数关系表达式，可发现间隙值对油雾泄漏量的影响比转速高；间隙增加后，密封齿的节流作用减弱，密封进口压力降低，加剧了油槽盖顶部的油雾泄露；进、出口处的流速随间隙值的增加而增大，当间隙值由0.2 mm增加至2.0 mm时，进口速度由20 m/s增加到113 m/s,出口速度由76 m/s增加到144 m/s,泄漏量由0.034 4 kg/s增加到0.053 8 kg/s。该研究可为水电站轴承油槽密封结构的优化、电站运行策略的制定及密封性能的判断提供一定的理论基础。     

端壁相对运动对压气机叶栅间隙流场影响的数值模拟

压气机端壁与叶片间的相对运动是影响叶顶间隙气流流动的重要因素.采用数值模拟的方法考察了端壁运动对不同叶顶间隙压气机叶栅内三维流场的影响.结果表明:端壁相对运动改变了叶栅间隙流场结构,叶栅通道内出现向相邻叶片压力面运动的刮削泄漏涡,上通道涡及叶顶分离涡受到抑制,叶尖负荷增大,间隙泄漏流量增加,叶栅总损失由于叶顶区掺混损失减少而减少.     

自发射流耦合凹槽抑制涡轮叶尖泄漏的数值研究

为了探究复合被动结构对涡轮叶栅流场特性的影响,进一步减小涡轮叶尖泄漏量,建立了自发射流耦合叶顶凹槽的数值计算模型,采用正交试验法优化了射流参数,得到最优射流参数组合为A1B1C1,即间隙高度为0.5mm、射流角为30°、射流偏转角β为0°。在此基础上,将自发射流与叶顶凹槽进行耦合,结合间隙内流线、速度及平均总压损失系数分析了耦合结构下的泄漏流场特性。结果表明:当凹槽宽度与叶高比值(w/h)较小时,自发射流与叶顶凹槽耦合时存在最佳凹槽深度,即w=5%h,凹槽深度d=1%h,耦合结构较纯自发射流的间隙内部损失更大,叶尖泄漏量更小,泄漏抑制效果更优;当w/h较大时,耦合结构的泄漏抑制效果恶化,甚至较纯自发射流差,这种效应随着d/h减小更为明显。     

螺杆膨胀机端面压力分布及轴封结构参数研究

为了研究螺杆膨胀机吸气端面泄漏特性,建立了端面压力非均匀分布模型与轴封泄漏模型,探究结构参数对轴封泄漏的影响。以应用最为广泛的迷宫密封为例,分析了齿顶间隙、空腔深度、空腔宽度和吸气端面间隙4个主要结构参数对轴封性能的影响。结果表明：轴封泄漏量随着端面间隙和齿顶间隙的增大而增大,随空腔宽度的增大而减小,且存在最佳深宽比,约为0.16;螺杆机械端面间隙对轴封泄漏量的影响最大,齿顶间隙、空腔宽度和空腔深度次之。     

基于弯曲叶片的氦气轴流压气机优化设计

针对高负荷氦气压气机中角区分离、叶顶泄漏严重带来的效率损失问题,以单级氦气压缩机为研究对象,利用CFD方法,分析了不同弯曲角度下氦气压气机内部的角区损失和叶顶泄漏损失,并优化了现有五级轴流氦气压气机。结果表明：叶片正弯会增加端区处的静压,减少角区分离,进而降低角区损失;对动叶而言,在设计攻角下正弯也会增加前缘损失;动叶叶顶反弯使泄漏流远离下一个叶片的压力面,而合适的反弯角度可以降低叶顶泄漏量;选取合适的弯曲角度使五级轴流压气机设计点效率提高1.85%。     

泄漏间隙对微自由活塞动力装置做功能力的影响

基于微自由活塞动力装置(micro-free piston engine,Micro-FPE)的单次压燃过程,建立考虑自由活塞与燃烧室壁面泄漏间隙的物理数值模型;比较试验与模拟结果,验证泄漏间隙模型的正确性。在此基础上通过数值计算,研究分析泄漏间隙对Micro-FPE做功能力的影响。数值模拟结果表明:与无泄漏间隙比较,合适的泄漏间隙能够提升Micro-FPE的做功能力;存在某一个特定的泄漏间隙能使Micro-FPE的做功达到最大值。针对输出功率为100W的Micro-FPE直径3mm的微小燃烧室,在文中的计算条件下,当径向间隙为2μm时,Micro-FPE的指示功高于无泄漏间隙情况;但当径向间隙进一步增加,Micro-FPE燃烧压力升高率减小,做功能力下降;存在临界径向间隙δcrit,大于该临界径向间隙值时Micro-FPE无法着火燃烧及对外做功。