汽轮机末级静叶栅内非平衡态凝结流动的数值研究
毕业设计(论文)-某300mw凝汽式汽轮机机组热力系统设计[管理资料]
![毕业设计(论文)-某300mw凝汽式汽轮机机组热力系统设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/0ce29819856a561253d36fb0.png)
目录第1章绪论 (1)热力系统简介 (1)本设计热力系统简介 (1)第2章基本热力系统确定 (3)锅炉选型 (3)汽轮机型号确定 (4)原则性热力系统计算原始资料以及数据选取 (6)全面性热力系统计算 (7)第3章主蒸汽系统确定 (15)主蒸汽系统的选择 (15)主蒸汽系统设计时应注意的问题 (17)本设计主蒸汽系统选择 (17)第4章给水系统确定 (19)给水系统概述 (19)给水泵的选型 (19)本设计选型 (22)第5章凝结系统确定 (23)凝结系统概述 (23)凝结水系统组成 (23)凝汽器结构与系统 (23)抽汽设备确定 (26)凝结水泵确定 (26) (28)回热加热器型式 (28)本设计回热加热系统确定 (33) (35)旁路系统的型式及作用 (35)本设计采用的旁路系统 (38) (39)工质损失简介 (39)补充水引入系统 (39)本设计补充水系统确定 (40) (41)轴封系统简介 (41)本设计轴封系统的确定 (41)致谢 (42)参考文献 (43)外文翻译原文 (44)外文翻译译文 (49)毕业设计任务书毕业设计进度表第1章绪论发电厂的原则性热力系统就是以规定的符号表明工质在完成某种热力循环时所必须流经的各种热力设备之间的系统图。
原则性热力系统具有以下特点：（1）只表示工质流过时状态参数发生变化的各种必须的热力设备，同类型同参数的设备再图上只表示1个;（2）仅表明设备之间的主要联系，备用设备、管路和附属机构都不画出；（3）除额定工况时所必须的附件（如定压运行除氧器进气管上的调节阀）外，一般附件均不表示。
原则性热力系统主要由下列各局部热力系统组成: 锅炉、汽轮机、主蒸汽及再热蒸汽管道和凝汽设备的链接系统，给水回热系统，除氧器系统，补充水系统，辅助设备系统及“废热”回收系统。
凝汽式发电厂内若有多种单元机组，其原则性热力系统即为多个单元的组合。
对于热电厂，无论是同种类型的供热机组还是不同类型的供热机组，全厂的对外供热的管道和设备是连在一起的，原则性热力系统较为复杂。
末级静叶片除湿流动的数值研究
叶 栅 流 道 对 减 小 二 次水 滴 的形 成 量 提 高 气 流 流 动 效 率
和机 组 运 行 的 安 全 性 具 有 重 要 意 义
图
1
。
，
，
具 有 明 显 的后 加 载 特 征
，
。
给 出 了 具 有 压 力 面 除 湿 槽 的静 叶 叶 栅
2
12 0 0 m
m
对 哈尔滨汽轮机 厂 有 限 通 过 对 计 算 的结 果 分
长 叶 片末 级 静 叶 开 设 除 湿
。
沟 槽 的 流 场 进 行 了 气 液 耦 合计算
，
讨 论 了 壁 面 附 近 液 滴 的 运 动特点 及 除 湿 槽 附 近 气 流
。
流动 的特点
几 何模型 及 网格
3
一
结果 及讨论
，
计 算 中选 取 的 沟
ICE M
方 法 这 种 方 法 在 外 端 壁 开 设 除 湿 沟槽 利 用 静 叶 叶 栅 和
，
，
2
。
计 算 网格 的 生 成 采 用
，
专用 网格
一
动 叶 叶 栅 的扭 转 和 离 心 效 应 将 水 滴 甩 向外 端 壁 引 入 沟
， ，
生 成 器 为 结 构 化 网 格 网格 节 点 数 为 为 二 阶精 度 求 解 定 常 三 维
给出了
10 ％
、
滴)
好
，
作 为凝 结 核 在 以 后 的 膨 胀 过 程 中 不 断 吸 附水 分 子
一
90％叶
高位 置 压
，
水滴 也 不 断 长 大 由 于 直 径 小
，
一
，
次 水滴 的汽 流 跟 随 性 极
汽轮机扭叶片叶顶间隙泄漏流动的数值分析
汽轮机扭叶片叶顶间隙泄漏流动的数值分析杨静;杨松【摘要】针对某汽轮机中压级扭叶片进行数值研究,分析了不同叶顶间隙下扭叶片顶部的泄漏流动,并着重研究了扭叶片间隙涡的形成、发展和对汽轮机级性能的影响.研究结果表明:叶片的适当扭转,可使径向压力梯度变缓、根部的反动度增加、顶部的反动度减少,在一定程度上控制了泄漏流动的发展.扭叶片叶顶处的泄漏涡在叶栅通道中是以螺旋状向下游发展的,涡核的位置随流动逐渐远离吸力面.当叶顶间隙增大时,泄漏涡强度变大,并且与上通道涡的掺混作用增强,从而导致了更大的流动损失.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2016(043)005【总页数】6页(P655-659,664)【关键词】汽轮机;扭叶片;叶顶间隙;泄漏流;通道涡【作者】杨静;杨松【作者单位】长春工程学院;长春工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.21为了提高汽轮机通流部分的流动效率，汽轮机的叶片大部分都采用了扭叶片，以适应气动参数沿叶高变化的情况，有效减小冲角并满足汽轮机级的性能要求。
但由于叶顶间隙的存在，叶顶的泄漏流体依然会与通道主流流体掺混，干扰叶栅通道内的正常稳定流动，造成主蒸汽做功能力降低，影响汽轮机的运行效率。
因此有必要了解叶顶泄漏流在扭叶片叶栅通道内的流动状态，从而更好地控制顶部的泄漏流动、降低泄漏损失和掺混损失。
近年来，国内外学者围绕叶顶间隙泄漏及其对叶栅流道内的影响进行了一系列理论和试验研究[1～7]，基本揭示了泄漏流动产生的机理和泄漏涡的发展规律。
在扭叶片的研究方面，隋永枫等采用人工神经网络和遗传算法对汽轮机低压级扭叶片进行三维优化设计，优化后有效改善了次末级叶根处的流动分离，降低了流道损失[8]。
曹丽华等分析了叶顶间隙泄漏流动对叶顶静压、湍动能和叶片表面压力系数等参数的影响[9]。
胡鹏飞等分析几种不同叶顶间隙下叶顶泄漏流动的规律[10]。
Filippo Rubechini等通过数值模拟的方法寻求中压缸通流部分整体优化策略，提出一种能够兼顾级间相互影响的斜置静叶与扭转动叶相结合的优化方案，对提高汽轮机级效率有一定的借鉴意义[11]。
汽轮机级内的非定常流动的数值模拟
汽轮机级内的非定常流动的数值模拟1.介绍由于前后的结构限制，单一涡轮叶栅的进口和出口处的流场参数（边界条件）很难定义下来。
因此，可以选择把好几个级作为一个整体进行分析，此时界面流场的结果就很容易用数值进行模拟。
当然，这个整体可以提供更多的信息，例如，叶片受力情况，寿命等等。
从混合平面到完全的非定常作用，这些各不相同的耦合方法已经都被使用过。
本篇文章主要研究定子和转子之间的非定常作用，对此，我们已经提出了两种有限分析处理方法。
第一种分析方法假定一个相对简单的定子—转子匹配情况，在基于罗伊对Riemann解的非结构网络化的近似理论，实现了对现有的内部二维有限体积法的算法证明。
第二种分析方法来源于对两相冷凝蒸汽流动的Lax-Wendroff二维有限体积分析法和Giles匹配算法的有机结合，这种方法已经成功的在高压涡轮叶栅的单相定子—转子间相互作用的计算中得到验证。
2.控制方程和问题提出这两种流动模型通过偏微分的形式给出W=--G+Q （1）理想气体的二维流动可以用欧拉公式描述，可以进一步称为单相流动模型，也可以用这个公式表示W=[, F=[,)Q=[0,0,0,0G=[（2）其中表示密度，是速度的矢量分量。
P表示压力，e是每单位体积的能量。
表示比热容。
下面的模型描述的是蒸汽和冷凝水混合物的流动，也被称为两相流动模型。
我们假设液滴被蒸汽带动着进行流动。
这个控制方程包括对混合物的欧拉方程和液滴参数的传递方程。
因此，表达式如下（3）此时，代表混合物的密度，代表蒸汽和液体平均速度的矢量分量。
P表示平均压力，e是每单位体积的能量。
代表湿度。
方程组加上压力方程封闭（即有解），压力方程如下（4）L表示凝结潜热，比热容这里作为温度函数。
Hill参数如下：（5）N表示每单位质量混合物中的液滴数，表示第i个液滴的半径，r表示平均半径。
数量级作为计算时的单位，每单位体积每秒新凝结的液滴数J根据下面的公式计算（6）新的液滴半径用表示，蒸汽密度为蒸汽的温度用理想气体定律计算。
我国大型汽轮机叶片运行状况的研究和对策-中国电力设备管理网
我国大型汽轮机叶片运行状况的研究和对策刘志江袁平国家电力公司热工研究院(陕西西安 710032)0 前言叶片是汽轮机的关键零件，又是最精细、最重要的零件之一。
它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。
其空气动力学性能、加工几何形状、表面粗糙度、安装间隙及运行工况、结垢等因素均影响汽轮机的效率、出力；其结构设计、振动强度及运行方式则对机组的安全可靠性起决定性的影响。
因此，全世界最著名的几大制造集团无不坚持不懈地作出巨大努力，把最先进的科学技术成果应用于新型叶片的开发，不断推出一代比一代性能更优越的新叶片，以捍卫他们在汽轮机制造领域的先进地位。
在1986～1997年间我国电力工业得到持续、高速发展，电站汽轮机正在实现高参数大容量化。
据统计，到1997年底，包括火电、核电在内的汽轮机装机容量已达到192 GW，其中火电250～300 MW机组128台，320.0～362.5 MW机组29台，500～660 MW机组17台；200 MW及以下的机组也有很大发展，200～210 MW机组188台，110～125 MW机组123台，100 MW机组141台。
核电汽轮机最大容量为900 MW。
随着我国电站汽轮机大容量化，叶片的安全可靠性和保持其高效率愈显得重要。
对于300 MW及600 MW机组，每级叶片转换的功率高达10 MW乃至20 MW 左右，即使叶片发生轻微的损伤，所引起的汽轮机和整台火电机组的热经济性和安全可靠性的降低也是不容忽视的。
例如，由于结垢使高压第1级喷嘴面积减少10%，机组的出力会减少3%，由于外来硬质异物打击叶片损伤以及固体粒子侵蚀叶片损伤，视其严重程度都可能使级效率降低1%～3%；如果叶片发生断裂，其后果是：轻的引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失效率；严重的会引起强迫停机，有时为更换叶片或修理被损坏的转子、静子需要几周到几个月时间；在某些情况下由于叶片损坏没有及时发现或及时处理，引起事故扩大至整台机组或由于末级叶片断裂引起机组不平衡振动，可能导致整台机组毁坏，其经济损失将以亿计，这样的例子，国内外并不罕见。
大焓降汽轮机静叶栅气动性能实验研究
Ｔ ｈｅ ｒ ｅ ａ ｒ ｅ ｏ ｎ ｌ ｙ ａ ｆ ｅ ｗ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｏ ａ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂｉ ｎｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ ｐｕ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｕ ｎ ｔ ｉ ｌ ｎ ｏ ｗ ，ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｌ ａ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｔ ｕｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ． Ｇｒ ｏ ｕ ｐ Ｃａ ｎ ａ ｄ ａ，ｈａ ｖ ｅ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｒ ｅ —
栅 具 有 良好 的冲 角 适 应 性 。
关键词 亚临界 ６ ０ ０ ＭＷ 汽轮机 中图法 分类号 Ｖ ２ １ １ ． ７ ；
大焓降 文献标志码
静叶片 Ｂ
气动性能
试验研 究
Ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｅ ａ ｍ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｌ － Ｐ Ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｓ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ， ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｙ
．
ｈ ｉ ｇ ｈ — ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｂ ｌ ａ ｄｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｙ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｉ ｓ ７６。ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｔ ｏ ｒ ｔ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｉ ｓ １ ２８ ．５。 ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ｑ ｕ ｉ ｔ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｃ Ｏ Ｂ－ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｕ ｒ ｎｉ ｎ ｇ ａ ｎｇ ｌ ｅ ． Ｒｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ， ｔ ｈ ｅ Ｕ． Ｓ．ＮＡＳＡ ａ ｎ ｄ Ｐ ＆Ｗ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ，ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｏ ｐ ｕ ｍｐ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ｉｖ ｒ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ｓ ｈ ｕ ｔ ｔ ｌ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｏ ｎ ｅ ｗｉ ｔ ｈ １ ６ ０。ｔ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ — ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｏ ａ ｄ
汽轮机的原理及结构分析
汽轮机的原理及结构分析本文简单介绍了汽轮机的驱动及其设备的原理和内部结构，汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。
汽轮机的工作原理是能将蒸汽热能转化成为机械功的外燃回转式机械，来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。
蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换。
结构部件由转动部分和静止部分两个方面组成。
转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。
静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。
希望通过本文使读者初步了解汽轮机，并对实际生产操作有一定的帮助。
标签：汽轮机原理叶轮结构分析汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式原动机，来自废热锅炉或其他汽源的蒸汽，经主汽阀和调节阀进入汽轮机，依次高速流过一系列环形配置的喷嘴(或静叶栅)和动叶栅而膨胀作功，将蒸汽的热能转变为推动汽轮机转子旋转的机械功，从而驱动其他机械转动。
与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。
大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，顾热效率更高。
工业汽轮机的结构与其工作原理、工作条件、受力情况、工艺要求、材料性质等有密切的关系。
通常，中、小功率的汽轮机采用单缸结构，大功率汽轮机则由高压缸、中压缸(或高中压合缸)和低压缸组成。
根据石化公司现有汽轮机结构特点，以下图1为例介绍。
该结构是杭州汽轮机厂应用引进德国西门子三系列积木块工业汽轮机设计制造技术生产的国产反动式EHNK／ENK型多级抽汽凝汽式汽轮机。
该型汽轮机采用积木块设计原理，通常由进汽段、中间段或延伸段和排汽段三个区段组成，其基本设计形式为多级反动式。
图中所示的工业汽轮机为单轴单缸结构，共有十三级，由一个调节级和十二个压力级组成，其中调节级采用冲动式设计，压力级采用反动式设计，末几级为带叉型叶根的扭曲叶片。
转子为整锻转鼓型，在转子的高压端设有平衡活塞。
汽轮机静叶设计技术的实验研究
实验结果表明采用后部加载叶型和弯叶片设计可以有效地减 少叶型损失和二次流损失； 同时变冲
角性 能得 到极 大改善 ， ±１。 角范 围 内总 流 动损 失 系数 变化 不 超 ２ ％ 。 以肯 定该 叶 片 改型 设 在 ０冲 ０ 可
计是成功 的 。
关键 词 ： 平 叶栅 ； 透 叶型 损 失 ； 次流 ； 角 二 冲 中 图分类 号 ：Ｋ ６ ． Ｔ ２３３ 文献 标识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０２ ３９（０６ ４ ３０—０ １０ —６３ ２０ ）０ —０Ｏ ３
Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｅ ｎ Ｔ ｒ ｉｅ Ｓ ａ ｉ ａ ｅ Ｄｅ ｉｎ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｕ ｉｓｏ ｕ ｂ ｎ ｔ ｔ Ｂｌｄ ｓｇ ｃ ｎ ｑ Ｎ ｉＨ Ｎ Ｗａ —ｊ ｎ
（ｃｏｌ ｆ ｎｒｙＳｉ ｃ ｎ ｎｉｅｒ ｇ Ｈ ｒｉ ｓｔｔ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ， ｌｒｉ １０ ０ ，Ｃ ｉ ） Ｓｈｏ ｏ ｅ ｃ ｎｅａｄＥ ｇ ｅ ｎ ， ａ ｎＩ ｔｕ ｆ ｃｎｌ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｉ ｂ ｎｉ ｅ Ｔ ｏ ｔ ｂ ５ ０ １ ｈ ａ ｙ ａ ｎ ｎ
载叶片栅的叶片气动负荷最大区域尾部可形成沿叶 高的“ ” ｃ 型压力分 布 ， 吸力侧 壁角边界层易集聚 将 分离处的低能流体微团“ 人主流 ， 吸” 从而进一步降 低二次流损失。在流道的其余部分 ， 则形成沿叶高
的均匀 静压 分 布 ， 制 了径 向二 次 流 。这说 明弯 扭 抑
于后部加载叶型背弧较常规叶型要平直的多 ， 这造成
Ｊ ｌ２ ０ ， ｏ ４ ｕ ＿０ ６ Ｎ ．
汽轮机 静叶设计技术 的实验研究
张 伟 。 万金 韩
（ 尔滨．＿ 大学能源科 学与工程 学院 ， 哈 ｒ， －ｌ ｋ 黑龙江 哈 尔滨 １００ ） ５０ １
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
㊀收稿日期:２０１８￣０３￣２７㊀㊀㊀㊀㊀㊀作者简介:张㊀宇(１９８６￣)ꎬ男ꎬ本科ꎬ工程师ꎮ现从事叶片结构及强度设计㊁长叶片开发㊁叶片事故处理等工作ꎮ汽轮机末级静叶栅内非平衡态凝结流动的数值研究张㊀宇ꎬ李兴华ꎬ刘云锋ꎬ王㊀健ꎬ梁天赋ꎬ赵洪羽ꎬ马天吟(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司ꎬ哈尔滨１５００４６)摘要:对非平衡态凝结的末级静叶栅流场进行了数值研究ꎮ在三维ＣＦＤ计算中加入双流体模型ꎬ并将其流场与平衡态的凝结流场进行了对比ꎮ对比内容包括叶片表面压力分布㊁马赫数分布以及成核率㊁湿度等参数ꎮ对比结果表明:双流体模型能够更为准确地描述叶栅内存在的非平衡态凝结流动ꎬ成核率和凝结区面积沿叶高方向逐渐减小ꎮ关键词:汽轮机ꎻ非平衡态凝结ꎻＣＦＤꎻ数值模拟分类号:ＴＫ２６３.３㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００１￣５８８４(２０１９)０１￣００４１￣０２ＮｕｍｅｒｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＮｏｎ￣ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎＦｌｏｗｉｎＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅＬａｓｔＳｔａｔｉｃＣａｓｃａｄｅＺＨＡＮＧＹｕꎬＬＩＸｉｎｇ￣ｈｕａꎬＬＩＵＹｕｎ￣ｆｅｎｇꎬＷＡＮＧＪｉａｎꎬＬＩＡＮＧＴｉａｎ￣ｆｕꎬＺＨＡＯＨｏｎｇ￣ｙｕꎬＭＡＴｉａｎ￣ｙｉｎ(ＨａｒｂｉｎＴｕｒｂｉｎｅＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄꎬＨａｒｂｉｎ１５００４６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｌａｓｔｓｔａｇｅｓｔａｔｉｃｃａｓｃａｄｅｗｉｔｈｎｏｎ￣ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.Ａｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｄｕａｌｆｌｕｉｄｍｏｄｅｌｉｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＣＦＤｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｄｅｎｓｅｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔａｔｅ.ＴｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｂｌａｄｅꎬｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＭａｈｅｒｎｕｍｂｅｒａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙ.Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｗｏｆｌｕｉｄｍｏｄｅｌｃａｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｎｏｎ￣ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎｆｌｏｗｉｎｔｈｅｃａｓｃａｄｅꎬａｎｄｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅａｒｅａｏｆｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎａｒｅａｄｅｃｒｅａｓｅｇｒａｄｕａｌｌｙａｌｏｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｅａｆｈｅｉｇｈｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅꎻｎｏｎ￣ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎꎻＣＦＤꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０㊀前㊀言近年来ꎬ随着汽轮机技术的发展ꎬ汽轮机单机容量和蒸汽参数不断提高ꎬ汽轮机末级叶片的长度不断刷新ꎮ与此同时ꎬ叶片的水蚀问题也逐渐显现ꎮ对于常规火电汽轮机组的低压末三级与核电汽轮机组大部分低压叶片ꎬ水蚀问题尤为突出ꎬ除湿的需要也尤为迫切ꎮ国内外汽轮机生产商与工程师们对此也进行了大量的研究ꎮ鞠凤鸣等[１]通过数值方法对末级中空静叶开缝除湿进行了研究ꎬ得到了两种双抽吸缝中占优的方案ꎮ杨建道等[２]对某核电汽轮机低压缸的平衡和非平衡凝结流动进行了对比研究ꎮ本文利用双流体模型对末级静叶栅内非平衡态凝结流动进行了全三维数值模拟ꎬ并与普通的平衡态凝结流动进行了对比分析ꎮ１㊀数值模型本文采用不重叠分区算法将计算区域分解成多块子区域ꎬ如图１所示ꎬ计算的区域基本为Ｈ型与Ｏ型网格块相结合的结构化网格ꎬ单个静叶流体网格数量为２１２万ꎮ计算用图１㊀静叶网格示意图的差分格式为二阶精度ꎬ求解定常三维Ｎ－Ｓ方程ꎬ湍流模型为标准ｋ－ε模型加壁面函数方法ꎮ与固壁衔接的流体域采用区域网格加密方法ꎬ近壁面第一层网格的ｙ＋为５ꎮ分别利用考虑双流体模型的非平衡态模型和水蒸气的平衡相变模型ꎬ对流场进行湿蒸汽多相流的求解ꎮ２㊀计算结果对比图２为叶片５％㊁５０％㊁９５％叶高处叶片型面压力分布曲线ꎮ除９５％叶高以外ꎬ采用双流体模型都能够捕捉到非平衡第６１卷第１期汽㊀轮㊀机㊀技㊀术Ｖｏｌ.６１Ｎｏ.１２０１９年２月ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＦｅｂ.２０１９图２㊀静叶不同叶高型面压力分布凝结造成的型面压力突升ꎮ由图２看出ꎬ沿着叶高方向ꎬ压力阶跃逐渐变小ꎬ尤其到９５％叶高处靠近叶顶端壁时ꎬ几乎没有捕捉到压力突升ꎮ这是由于该静叶栅反动度沿叶高降低ꎬ上半叶展蒸汽的膨胀度减少ꎬ部分抑制了凝结过程ꎬ降低了过冷度和成核率ꎬ使得出口湿度较小ꎮ图３为不同叶高跨叶片截面的马赫数分布云图ꎮ从图３可以看出ꎬ两种计算模型给定的边界条件相同ꎬ但却得到了不同的马赫数分布ꎮ以５％叶高为例ꎬ平衡态模型得到的流道中的马赫数要大于非平衡态模型ꎬ造成此现象的原因是由于凝结过程使得气相损失了一部分动量ꎬ降低了流动速度ꎮ同时ꎬ凝结过程向周围释放出大量热量ꎬ局部温度升高ꎬ导致音速变大ꎬ这两种因素均会引起凝结工况叶栅通道内的马赫数偏小ꎮ图３㊀不同叶高跨叶片截面马赫数分布云图图４为静叶不同叶高跨叶片截面成核率分布云图ꎮ对于５％和５０％叶高ꎬ成核主要发生在两个区域:叶片的喉部区域和压力面的尾缘附近ꎬ这是因为蒸汽在未到达叶栅尾缘之前ꎬ即在叶栅喉部区域由于过冷度迅速增加ꎬ流动已经达到了凝结条件ꎬ形成了第一个凝结区域ꎮ当蒸汽流到叶片尾缘图４㊀静叶不同叶高跨叶片截面成核率分布云图时又经过一次急剧膨胀ꎬ凝结再次发生ꎬ液滴急剧生长ꎬ成核率更高ꎮ这也导致叶片压力面尾缘局部压力突升ꎮ对于９５％叶高ꎬ只有一个凝结成核区域ꎬ位于叶栅流道的斜切部分ꎬ且该区域的成核率量级要较５％和５０％叶高小ꎮ图５为３种不同叶高处的湿度分布云图ꎮ最大湿度达到了７％ꎬ较为明显的是ꎬ在激波和尾迹的作用之下ꎬ湿度明显降低ꎮ图５㊀静叶不同叶高跨叶片截面湿度分布云图３㊀结㊀论㊀㊀(１)在考虑湿蒸汽的末级叶片流动数值模拟过程中ꎬ双(下转第７０页)结水流量突然增大ꎬ负荷降低ꎻ相反ꎬ凝结水流量减小ꎬ负荷升高ꎮ(２)比较试验１与试验２以及试验４与试验５可以看出ꎬ凝结水流量随着调节门开度的变化而变化ꎬ凝结水流量变化越大ꎬ机组负荷变化量也越大ꎬ机组负荷变化速率越快ꎬ除氧器㊁凝汽器水位变化也剧烈ꎮ(３)比较试验４与试验７以及试验５与试验８可以看出ꎬ在不同负荷下ꎬ除氧器水位调节门开度变化相同ꎬ由于凝结水压力的不同ꎬ凝结水流量变化也不同ꎬ导致负荷变化量也不一样ꎮ(４)比较试验３与试验６可以看出ꎬ在不同负荷下ꎬ由于抽汽压力㊁抽汽流量的不同ꎬ虽然凝结水流量变化相同ꎬ但负荷变化不同ꎮ上述试验结果可以为凝结水节流技术参与的新型协调控制系统的设计提供参考ꎮ３.２㊀协调控制方式升降负荷对比试验在负荷６３０ＭＷ工况下ꎬ分别在机组原协调控制方式下和凝结水节流技术参与的新型协调控制方式下做负荷升高和降低３０ＭＷ的试验ꎬ试验结果如图４所示ꎬ从该试验中可以得出以下结论:(１)在凝结水节流技术参与的新型协调控制方式下ꎬ负荷跟踪良好ꎬ负荷偏差明显小于原协调控制ꎬ且在此过程中并未出现机组跳闸等安全问题ꎮ㊀㊀(２)新型协调控制方式下ꎬ降负荷过程中凝结水节流投图４㊀协调控制方式下升降负荷试验入ꎬ出现除氧器水位高２值ꎬ造成溢流阀开启和关闭㊁凝结水流量波动ꎬ负荷也略有波动ꎮ(３)原协调控制方式下ꎬ锅炉和汽机指令易出现过调ꎬ造成负荷波动ꎮ而在新型协调控制方式下ꎬ当负荷指令与机组实际负荷出现偏差时ꎬ除氧器水位调节门指令可以向反方向调节ꎬ既可以恢复除氧器㊁凝汽器水位ꎬ又可以用来抵消负荷的波动ꎮ(４)当机组升降负荷过程结束且此时负荷相对稳定ꎬ可以将除氧器水位设定值逐渐恢复至初始值ꎬ在新型协调控制方式的共同作用下ꎬ负荷运行稳定ꎬ水位逐渐恢复ꎬ可为下一次变负荷做准备ꎮ４㊀结㊀论(１)凝结水节流控制技术可有效提高机组变负荷速率ꎬ且凝结水流量变化越大ꎬ机组负荷变化量也越大ꎬ机组负荷变化速率越快ꎮ(２)凝结水节流技术可以有效地利用回热系统蓄热来提高负荷响应速率ꎬ但会造成除氧器㊁凝汽器水位波动ꎬ存在一定的运行安全隐患ꎮ(３)在不同负荷工况下ꎬ除氧器水位调节门控制和凝结水流量变化对负荷的影响程度不同ꎬ因此ꎬ在不同负荷下ꎬ凝结水节流控制参数的设定需进一步优化ꎮ虽然利用流体网络理论建立的模型稳定性好㊁精度高ꎬ在实际机组上实施过程中ꎬ控制参数的设定仍需优化ꎮ参考文献[１]㊀马良玉ꎬ成㊀蕾ꎬ彭㊀钢ꎬ等.基于神经网络预测模型和凝结水节流的超超临界机组协调系统智能优化控制[Ｊ].动力工程学报ꎬ２０１７ꎬ３７(８):６４０－６４８.[２]㊀李少华ꎬ宋东辉.应用热力系统流网模型分析高压加热器泄漏后热力系统流网的变化[Ｊ].科学技术与工程ꎬ２０１６ꎬ１６(１４):１８６－１８９.[３]㊀仝㊀营.基于流体网络方法的电站锅炉热力系统建模与性能分析预测研究[Ｄ].杭州:浙江大学ꎬ２０１４.[４]㊀刘吉臻ꎬ王耀函ꎬ曾德良ꎬ等.基于凝结水节流的火电机组ＡＧＣ控制优化方法[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１７ꎬ３７(２３):６９１８－６９２５.[５]㊀胡晓花.百万机组基于凝结水节流新协调控制系统应用研究[Ｊ].汽轮机技术ꎬ２０１７ꎬ５９(４):２８７－２９０.[６]㊀马良玉ꎬ宁福军ꎬ宋胜男.凝结水节流对机组负荷影响的仿真研究[Ｊ].热力发电ꎬ２０１５ꎬ４４(３):１０９－１１４.[７]㊀胡㊀勇.基于汽轮机蓄能特性的大型火电机组快速变负荷控制研究[Ｄ].保定:华北电力大学ꎬ２０１５.[８]㊀宋东辉.基于流体网络理论的火电机组热力系统分析方法研究[Ｄ].北京:华北电力大学(北京)ꎬ２０１７.(上接第４２页)流体模型具有较高的精度ꎬ能够更为准确地描述叶栅内存在的非平衡凝结流动ꎮ这对于汽轮机末级长叶片的设计能够起到指导作用ꎮ(２)在气动激波和凝结激波的共同作用下ꎬ成核率和凝结区面积沿叶高方向逐渐减小ꎬ上半叶展蒸汽湿度较下半叶展较低ꎮ参考文献[１]㊀鞠凤鸣ꎬ颜培刚ꎬ陈晓娜ꎬ等.除湿槽对涡轮叶栅非平衡凝结流动的影响[Ｊ].哈尔滨工业大学学报ꎬ２０１３ꎬ４５(９):３５－４１. [２]㊀杨建道ꎬ游㊀玮ꎬ李㊀亮ꎬ等.核电汽轮机低压缸中平衡和非平衡凝结流动的对比研究[Ｊ].热力透平ꎬ２０１３ꎬ４２(１):９－１４.。