基于设计理论和经验,对一台兆瓦级低温离心压缩机可调导叶从结构设计、防卡涩设计、叶片设计、材料选择、执行器选型等方面阐述了设计要点和注意事项.其结构设计合理,设计方案可行.
某厂3 号汽轮机为GE设计生产的350-16.7/538/538 型凝汽式汽轮机,在 2021 年 10 月份检修过程中发现汽轮机侧和电机侧低压第2 级叶片多个叶根及多处叶轮存在裂纹.通过叶片故障调查,叶片材料和断口理化检验分析,叶片数值计算分析评估,结果显示:第2 级叶片和叶轮的裂纹失效模式均为微动磨损引起的疲劳开裂,源区位于第1 齿叶根和叶轮接触的磨损部位;叶根和叶轮开裂的主要原因是运行工况下叶根3 对齿受力不均匀致使叶根与叶轮第1 齿局部接触应力偏低,从而造成叶片组的一阶动态振动落入k =20 共振区域,叶片组振动下传至叶根和叶轮的接触处,使叶根与叶轮第1 齿接触面处出现微动滑移并造成疲劳损伤,接触处逐渐萌生微裂纹并扩展,直至断裂;机组负荷频繁波动和深度调峰运行加速叶根和叶轮的微动磨损及微裂纹萌生,促进了叶根和叶轮裂纹萌生与扩展.
以某燃气-蒸汽联合循环机组为对象,建立了机组及其系统的数学模型,给出了投入汽轮机调频功能后机组的改进模型,通过实测数据验证了模型的准确性.采用仿真方法,分析了两组扰动作用下不同运行模式时机组的动态特性,结果表明,汽轮机参与调频时,燃机输出功率并无变化,而汽轮机输出功率增加了理论输出变化量的42%左右,可以改善机组一次调频的能力.所做工作对改善联合循环机组的调频性能和负荷稳定性具有一定的参考价值.
以某重型燃气轮机压气机的典型级静叶为研究对象,设计制造模化比为1.0 的扇形叶栅试验件,在亚音速环形叶栅风洞中进行气动特性试验,考察其在不同冲角条件下的气动特性.试验结果表明,叶栅出口截面总压损失系数在叶高方向逐渐变小,径向上同一高度截面,总压损失系数随冲角增加而变大;扩压因子沿叶高逐渐增加,在相同叶高位置,随着冲角由负值向正值增加,扩压因子增大,且一定范围区域的扩压因子超过叶栅许用负荷极限值0.6,存在附面层分离现象.
通过数值模拟研究了错列排布的截断扰流柱高度及布置方式对涡轮叶片前缘双层壁冲击冷却通道的流动和换热特性的影响.通过对通道内不同截面二维流线以及涡核图分析增强了对弯曲双层壁冷却通道内的流动特征的理解,并进一步结合近靶面极限流线和流动特征图印证该流动特征以及壁面流动,基于此,分析了靶面局部换热特性,并讨论了不同方案下的靶面平均努塞尔数、流阻损失和综合换热性能.数值模拟结果表明,截断扰流柱方案较常规全尺寸扰流柱在换热性能上有明显提升且其流阻有一定降低.当截断扰流柱布置在于冲击孔壁面,截断扰流柱相对高度为0.75 时,整个靶面的平均换热和综合换热性能最高.基于本文研究结果,在燃气轮机涡轮叶片前缘双层壁通道中,推荐在冲击孔壁上布置一定高度的截断扰流柱,有助于综合换热性能的提升.
通过数值模拟的方法分析了调节阀结构对气动性能的影响.三维稳态结果表明阀座与出口管道之间的过渡段结构对压损影响较大.优化后的调节阀总压损失比原方案降低了0.3%.并为后续阀门设计提供了参考.
由于升级改造后的汽轮机机组的蒸汽温度和压力都将明显提高,使得对汽轮机转子的应力计算精度要求也随之提高.在实际应用中,某些关键部位的应力情况对转子整体强度起着决定性作用,但有限元应力计算中,关于这些关键部位的局部网格划分方法的讨论不充分,为了在得到精确的计算分析结果的同时,又不影响计算效率,选择合理的局部区域和网格尺寸很关键.以计算某型号亚临界汽轮机高压转子在稳态额定负荷工况下的应力分布情况为例,应用Ansys Workbench软件按不同的网格划分方式进行有限元计算,得出该型号汽轮机高压转子应力集中的危险部位的应力值结果,进行比较分析.总结出一套适合汽轮机机组升温改造项目的有限元应力计算方法.
采用三维有限元数值模拟方法,建立某轴向排汽汽轮机中低压缸模型,计算了汽缸在不同运行载荷工况下汽缸的变形及汽缸猫爪承受的支反力,从而判定汽缸稳定性水平.数值模拟结果表明,该类型中低压缸稳定性受排汽温度和轴向推力的影响较大,为保证中低压缸稳定性,避免动静间隙变化导致碰磨,应保证汽缸的设计刚度,同时现场运行应严格控制排汽温度,避免超温.
在石油和化工行业,由于工艺流程的特殊性,存在着一种调节进汽压力的抽汽式汽轮机系统.该系统通过使用抽汽式汽轮机作为驱动机实现既调节汽轮机进汽压力又确保输出压缩机所需功率的目的,达到既保前压又保负荷的效果.该系统仅使用一台抽汽式汽轮机就完全消耗化学反应炉内产出的蒸汽量,从汽轮机的抽汽口外供富余蒸汽,从而提出了一种处理化学反应炉富余蒸汽的新方案.本文主要介绍该抽汽式汽轮机系统的特点及控制方法与保护措施.
随着我国电源结构的改变,大容量火电机组频繁进行调峰运行,致使其低负荷运行时间逐渐增加.低负荷下机组凝结水泵运行效率明显偏离设计高效区间,严重影响机组经济性.以某超临界660MW机组为例,分析了该机组凝结水泵变频优化潜力,提出了计算不同负荷工况下凝结水系统阻力的方法,形成了凝结水泵压力最优变频转速策略,降低了凝结水泵功耗.以理论分析结合机组试验的方法,提出了通过参考机组负荷进行背压修正和供热量修正的方法,增加了低负荷下发生机组非停的控制策略,确保了机组的安全运行.优化结果表明:30%、40%和50%负荷工况下,凝结水泵功耗分别下降了39%、31%和24%,负荷越低,节能效果越显著.
依托某50MW凝背机组,开发了适用于低压的 300mm长叶片.采用数值模拟,对比了初始方案与优化方案次叶片的流场,改进了静动叶攻角,提高叶片效率0.6%.利用有限元软件完成了强度分析,保证了叶片的安全性.
菌型叶根是汽轮机叶片叶根主要形式之一,其缺陷易发于第一齿的弧面位置.针对该位置缺陷的检测,A型超声检测难以区分结构信号与缺陷信号、相控阵超声横波扇形扫查存在耦合不良与移动不便的问题,因此提出相控阵纵波扇形扫查方案.通过仿真软件对模拟缺陷进行检测,根据检测的分辨力和缺陷回波幅值确定相控阵超声纵波检测探头的最优参数;采用最优参数对叶根不同尺寸模拟缺陷进行检测,验证检测方案的精度.对叶根的人工缺陷进行了实验验证,并对服役中的菌型叶片叶根进行了检测,发现了缺陷并通过其它检测方法进行了验证,为菌型叶根的缺陷检测提供了新的检测方案.
汽轮机末级动叶叶顶径向间隙对汽轮机安全性和经济性至关重要,动叶叶顶径向间隙过小会引起动叶片与低压内缸动静产生碰磨,造成叶片损坏以及机组振动,从而引发安全事故;间隙过大会导致叶顶漏汽增多,影响机组经济性.末级长动叶片径向间隙分析一直是技术难题,制约汽轮机末级动叶间隙合理设定.通过借助有限元分析等手段对长度为 1040mm末级动叶片的叶顶径向间隙进行模拟计算分析,合理确定该动叶片叶顶径向间隙,并总结出动叶叶顶径向间隙的计算分析方法,通过计算分析保证机组动叶片叶顶间隙满足安全运行需要,并提高汽轮机运行的经济性.
利用数值模拟的方法,对比分析了表面粗糙度对迷宫汽封泄漏特性的影响.表面粗糙度分别施加于上部静止壁面和下部旋转壁面,等效粗糙度均为0.1mm.结果表明,粗糙度均引起壁面摩擦损失增加.汽封齿所在的上壁面粗糙后,相当于汽封齿变得"圆滑",流量系数增加;而汽封凸台所在的下壁面粗糙后,汽封齿间隙处有效通流面积减小,流量系数略有减小.
主要介绍哈汽公司自主研发的大容积流量300MW压缩空气储能二次再热空气透平.该空气透平能够满足压缩空气储能系统全滑压运行并且全过程额定功率发电的需求.启停灵活,能够适应系统频繁启停的运行模式.该空气透平气耗率低,有很强的市场竞争力.
打破燃煤热电联产机组热、电两类产品间存在的刚性约束是提升机组调峰能力及对新能源发电量消纳能力的关键.以某2×350MW热电联产机组为研究对象,分析了机组现有 3 种供热方式下的热电调峰特性,给出了不同锅炉负荷及不同背压下的热电可调域.计算分析了增设高低旁供热系统的热电调峰能力.高低旁供热下机组在相当大的供热调节范围内均可保持极低的发电量,在发电量为 46.2MW的深度电调峰状态下,机组仍然保有349MW的供热能力,机组热电调峰能力显著提升.
为了提升汽轮机通流技术开发效率,研究了三维自动仿真技术.基于国际通用的商业软件搭建仿真流程,构建交互式场景,设计几何建模、网格划分、前处理和后处理组件,开发具备叶片通道设计、汽封通道设计和仿真模拟功能的三维通流自动仿真模块,实现全自动模型创建、数值计算和结果处理,大幅减少工作量,降低错误率.采用三维通流自动仿真模块对某汽轮机高压缸进行模拟,并与一维设计和常规仿真结果对比,发现自动仿真具有非常高的可靠性,能够得到准确的关键参数和流场分布.
为了进一步提高燃气-蒸汽联合循环机组控制中的负荷设定值跟踪能力和抗干扰性能,在线性自抗扰控制的基础上,提出一种引入动态干扰解耦的降阶线性自抗扰控制策略.该控制策略可以有效地提高控制器的跟踪能力以及抗扰能力.仿真结果表明,该方法相较于PID以及线性自抗扰控制,在负荷控制中的设定值跟踪能力和抗干扰性能表现更好.同时该方法对多变量负荷控制中各变量间的耦合影响也有很好的抑制作用.
以汽水分离器内的水平式波纹板为研究对象,使用ICEM软件将模型网格细化,采用离散相模型来描述液滴颗粒的移动,使用Fluent进行数值计算,以获得更准确的结果.基于壁面液膜模型,对汽水分离器内水平式波纹板的分离效率通过使用Realizable k-ε模型和wall film模型,对波形板内的气相、液相等物质进行了二维数值模拟,探究了对波形板分离效率的影响因素.结果表明,影响汽水分离器波形板分离效率的因素有液滴直径、气流速度、入口湿度等,当蒸汽流体流动的速度变大,分离效率也会相应地提升;液滴颗粒尺寸越大越容易被分离.然而,在蒸汽流动的速度和液滴颗粒的直径保持不变的情况下,随着蒸汽湿度的升高,分离效率会先上升后下降.
