两种船用汽轮机速度级流场数值比较研究

对采用寇蒂斯级、半寇蒂斯级设计思想、具有局部进气的汽轮机复速级,进行了全周的三维数值模拟,比较分析了设计工况下两种复速级的流动特点及气动性能。计算结果表明,新型复速级的设计降低了第一列静叶的气动负荷,起到了减弱流动损失的作用。同时将第二列静叶由冲动式叶栅变为反动式叶栅,并且采用较大的收敛度以及较大的叶片弦长,使得气流参数在第二列静叶流道内进一步均化,有利于削弱第一列动叶入口气动参数的非定常波动。     

考虑汽封条件下汽轮机调节级多工况的数值研究

具有部分进汽特性的汽轮机调节级,其动叶围带顶部汽封齿后的泄漏流动同主流的相互作用,不仅影响机组的气动性能和效率,而且对机组的安全稳定性也有一定影响。基于三维黏性可压缩的Navier-Stokes方程对某150MW汽轮机调节级进行了全三维的数值模拟,建立了安装汽封齿全周流动模型,对不同进汽度下的汽轮机调节级内部流场进行了数值研究。结果表明:处于进汽段的动叶栅其流量和动叶扭矩都比较大,汽封内部流动总体是按照从动叶前缘向后缘的流动;而处于非进汽段的动叶栅,内部汽体基本处于呆滞状态,甚至存在蒸汽对动叶的扭矩为负值的情况,汽封内的流动方向改变,从动叶后缘向前缘发展。随着部分进汽度的降低,泄漏比例则显著增大,而轮周效率显著降低。     

计及动叶顶部间隙影响的烟气涡轮数值模拟

本文以某船用增压锅炉涡轮增压机组中的烟气涡轮级为研究对象,采用全三维数值模拟技术和"混合平面"方法传递级间参数,利用标准k-ε双方程湍流模型和耦合隐式求解器,在考虑动叶顶部间隙情况下,通过求解三维定常雷诺平均Navier-Stokes方程来模拟烟气涡轮级叶栅三维湍流流动.文中分析了该型烟气涡轮级动叶顶部间隙流动的表现形式,并给出了叶栅出口参数的变化规律,分析结果对于该型烟气涡轮叶栅的气动优化设计具有一定的参考价值.     

发动机氧涡轮喷嘴叶栅气动特性的试验研究

对一个用于大推力液体火箭发动机氧涡轮泵的复速级涡轮的喷嘴叶栅进行了试验研究，以考察喷嘴叶栅的气动特性，验证喷嘴叶栅的气体设计。该复速级喷嘴叶栅采用先进的后加载流动控制技术，以减弱叶机的二次流损失，对喷嘴叶栅进行了四个进气口流角，三个出口等熵马赫数条件下的平面叶栅吹风试验，测取了型面压力分布，出口气流角以及叶栅损失等重要气动特性参数，试验研究表明氧涡轮的喷嘴叶栅的设计是成功的，具有良好的气动特性，可以有效地应用于液体火箭发动机的涡轮中，本研究也为该类喷雾叶栅的设计提供了有用的实验数据和指导意义的结论。     

高负荷涡轮机流动特性及变工况性能数值研究

为了研究某高负荷涡轮机流动特点及变工况工作特性,采用商业软件对涡轮机整级进行了数值计算,研究了涡轮机内部流场的流动特点,分析了变工况时的效率及功率变化趋势。研究结果表明,喷嘴内流动达到超音速,并有斜激波产生,动叶流道内有激波产生,造成附面层分离,产生较大的损失。同时,由于局部进气的原因,动叶叶栅内气流参数分布很不均匀,不同叶片的气动力矩相差很大。非设计工况下,落压比和转速的变化会引起涡轮机效率的显著下降。     

超音速喷嘴变工况性能分析与试验研究

采用数值模拟方法对超音速喷嘴的变工况性能进行了分析,研究了不同压比下速度系数以及喷嘴内部流场的变化规律得到了,设计工况下喷嘴的速度系数(0.96)和总压恢复系数(0.87)。为进一步掌握超音速喷嘴的气动性能,进行了平面叶栅风洞试验,测量了不同压比下叶片表面马赫数分布,结合数值模拟结果,分析了叶栅通道内的流场特性。在超音速喷嘴出口截面处,由于膨胀波组等因素的影响,吸力面将产生马赫数拐点,并随着压比的减小逐渐后移;当偏离设计压比时,叶栅吸力面将出现汽流分离;通过叶栅S1流面纹影照片,观察到了叶栅槽道内的波系构成,与数值模拟结果具有较高的一致性。试验结果验证了数值计算的准确性。     

汽轮机调节级动叶栅大负冲角工况下的三维分离流动研究

对大功率汽轮机组提出的承担调峰任务的要求使得调节级小展弦比动叶栅非设计工况下的二次流与分离流特性受到关注。采用经试验考核的计算方法对一展弦比为0．344的动叶栅在冲角条件下的三维分离流场进行数值模拟，得到了详细的叶栅二次流与分离流的流动图谱，并给出了气流的三维分离模式。计算结果表明：在大负冲角条件下，三维分离流动显著改变了叶栅二次流结构及出口气流参数沿叶高的分布规律。叶栅出口气流在下端壁附近发生明显的欠偏转现象，同时叶栅下部的损失急剧增加，流动的总损失比设计工况增大2倍，二次流损失增大4倍。图10参5     

回热抽汽对上游级气动性能影响的数值研究

针对某型机组高压缸带有抽汽结构的两级叶栅流道,进行了考虑全周叶片通道的数值模拟,研究了抽汽系统对汽轮机内流动特性的影响。结果表明,抽汽对于上游级静叶流动的影响较弱,气动参数没有出现明显的周向不均匀性,但是对上游级的动叶气动参数沿周向分布的均匀性产生了明显影响,并降低了上游级的气动性能。     

汽轮机调节级固体颗粒冲蚀的数值模拟

对于不同机组,汽轮机调节级内部结构不尽相同,其中的固体颗粒冲蚀规律也会有区别.以某600MW汽轮机调节级叶栅为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法,数值模拟了调节级静、动叶栅通道内固体颗粒的运动特性,研究了固体颗粒的运动规律,分析了固体颗粒对喷嘴叶片、动叶片的冲蚀.研究发现不同粒径的固体颗粒对叶片的冲蚀有着不同的影响,大粒径粒子造成的冲蚀占主要比例,小粒子甚至未对叶面发生碰撞;喷嘴内的冲蚀区集中在压力面的中后部;动叶内的冲蚀区位于压力面中后部以及柱形前缘,压力面中后部靠近叶尖部位的地方冲蚀最为严重.     

汽轮机轴封漏汽对调节级静叶栅二次流及出口流场的影响

以一台３００ＭＷ汽轮机组的调节级静叶栅为研究对象,就轴封漏汽对叶栅二次流及出口流场的影响进行了数值模拟,计算结果表明,漏汽加快了叶栅出口区域二次流动的衰减,使出口气流角沿叶高方向的分布产生较大变化,对损失系数的分布影响较小。     

一级半轴流式透平级内部若干非定常流动现象的试验研究

设计研制了具有亚音速透平高压级气动特性的一级半轴流式试验透平,采用试验方法对时序效应、叶栅壁面非定常静压幅频特性以及动叶出口非定常速度场进行了研究。结果表明:时序效应具有改善轴流式透平气动性能的潜力;动、静叶排压力有势场干涉引发的基频信号和上游静叶尾迹片段引发的两阶倍频信号,构成了第二列静叶壁面静压非定常分量的基本频率特征,其间还伴随高达六阶的倍频信号,主要由动叶尾缘高频脱落的涡街扰动产生;尚未完成掺混的第一列静叶尾迹片段出现在动叶出口,由其引发的负射流显著改变了动叶出口局部位置处的气流偏转角。     

超临界汽轮机调节级叶片固体颗粒冲蚀特性的研究

建立了高温条件下氧化铁颗粒撞击12Cr材料的冲蚀模型,并将此模型与透平级三维气固两相流运动特性的数值计算相结合,计算和分析了一台超临界汽轮机调节级在设计工况下喷嘴与动叶表面上的冲蚀量分布。计算结果表明,喷嘴压力面接近出口边缘的区域以及动叶压力面中后部区域是最容易受到固体颗粒冲蚀的部位,并且动叶易受冲蚀部位最大冲蚀量约为喷嘴易受冲蚀部位最大冲蚀量的1．5倍。     

某型汽轮机速度级流场气动性能的数值研究

对采用半寇蒂斯级设计思想、具有局部进气的汽轮机复速级,进行了三维整周数值模拟,分析了设计工况下该复速级第一级叶片的气动性能。计算结果表明,半寇蒂斯级非喷嘴区域内的压力远低于喷嘴区域的压力和平均压力,在喷嘴区域的边界部位出现由较高压力向较低压力的急剧变化。非进气弧段与进气弧段之间的压力差值相对较大。在非进气弧段的两端,动叶将承受方向相反的由于高压区向低压区气体流动形成的气动力矩的作用,这会导致下游叶片的压力分布发生明显变化。     

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（A0H)近20 000 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。     

尾气颗粒对可变混流涡轮增压器喷嘴环冲蚀磨损特性的数值模拟

可变涡轮增压器在运行过程中其涡轮喷嘴环会受到尾气颗粒的冲蚀磨损,造成喷嘴环叶片失效和涡轮运行效果下降。借助CFD软件对可变混流涡轮内部的气固两相流进行数值模拟计算,分析喷嘴环开度的变化和颗粒粒径对喷嘴环磨损规律的影响。结果表明：喷嘴环处于不同开度下时,磨损率和磨损区域均有所不同,磨损区域主要集中在喷嘴环压力面的中后段区域,随着开度的增大,磨损率和磨损区域均减小,压力面的磨损程度明显大于吸力面;尾气中的小颗粒因惯性较小对气流的跟随性较好,主要撞击喷嘴环前缘,且开度对喷嘴环前缘的磨损影响较小;尾气中大颗粒的运动轨迹趋于直线,主要撞击喷嘴环压力面的中后段区域;由于涡轮进气涡壳结构的周向不对称性,使得涡轮内部流场沿周向分布不均匀,导致不同周向位置的喷嘴环磨损率和磨损区域有所不同,且随着开度的增大,各喷嘴环之间的磨损差异也增大。     

600MW等级二缸空冷汽轮机长叶片开发

介绍了基于STC长叶片设计平台完成的600MW等级二排汽空冷汽轮机长叶片的设计开发,主要从气动和强度振动两方面阐述了末级叶片的设计要点和工作特性。结果表明,该末级叶片具有良好的振动特性和变工况特性,并对新的长叶片的设计开发有一定的指导意义。     

考虑kick效应的汽轮机调节级叶片安全性分析

采用喷嘴配汽的汽轮机调节级，部分进汽不仅对机组的气动性能和效率产生影响．而且还会产生很强的汽流激振力，影响到其自身和整个机组的安全性能。文章首先基于ANSYSCFX，计算了某调节级叶片的全三维气动特性．对调节级非定常气动特性和汽流激振力的变化进行了研究．分析得到了动叶进出不进汽弧段所受到的汽流载荷急剧变化的现象，该现象被称之为调节级的kick效应；然后基于ANSYS的结构动力学模块．考虑kick效应对调节级动叶在考虑气流载荷下的动响应进行了分析；最后，根据动响应计算结果，对调节级的安全性进行了评价。整个研究过程和结论．对于调节级的安全性设计具有重要的工程参考价值和指导意义.     

枞树型叶根间隙漏气对级性能影响的试验研究

隔板汽封间隙、叶根径向汽封间隙及枞树型叶根与轮槽间隙三者之间匹配设计对透平级效率及转子推力的大小有显著影响。文章针对某1000 MW高压末三级空气透平试验进行相关研究,保持隔板汽封间隙、动叶根部径向汽封间隙不变的条件下,对枞树型叶根间隙改变前后级性能的变化进行试验分析。试验结果表明,叶根间隙封堵后,透平级效率降低,根部反动度升高,转子推力变大。合理的枞树型叶根间隙的存在有利于提高级性能,汽轮机通流设计时应注意叶根间隙与隔板汽封间隙的优化匹配。     

空冷汽轮机末级680mm叶片的开发

空冷汽轮机组在电力市场上所占的份额越来越大,哈尔滨汽轮机厂有限责任公司对空冷汽轮机组进行了冷端优化,设计背压由15kPa降为11kPa。为提高机组效率,需要设计一个比原有空冷末级620mm叶片排汽面积更大、余速损失更小的空冷末级叶片。