动叶片中间体和围带进汽侧倒圆角对气动性能影响研究-.pdf

第 5 7卷 第 1期 2 0 1 5年 2月 汽轮机技术 TURBI NE TECHNOL OGY V0 1 ． 5 7 No ． 1 F e b ． 2 01 5 动叶片 中间体和围带进汽侧倒圆角 对气动性能影响研究 刘云锋 ， 郭魁俊 ， 张宏涛， 管继伟 哈 尔滨汽轮机厂有限责任公 司， 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 以某超超临界 6 6 0 MW 机组为例， 计算分析了动叶片进汽侧中间体和围带倒圆角后高中低压典型级效率的变 化， 结合经典的一维掺混模型和经验公式， 分析了效率变化的原因， 指出了低压部分倒圆角后收益最大， 中压最小， 具 有工程指导意 义。 关键词 汽轮机 ； 通流 优化 ； 数值模 拟 分类号 T K 2 6 3 ． 3 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 1 - 5 8 8 4 2 0 1 5 0 1 -0 0 2 1 - 0 2 Re s e a r c h i n t o t h e Mo v i n g B a d e Hu b a n d S h r o u d F i l l e t a t I n l e t C o n f i n i n g E f f e c t o n t h e Ae r o d y n a mi c P e r f o r ma n c e L I U Y u n - f e n g ， G U O K u i j u n ， Z H A N G H o n g t a o ， G U A N J i w e i H a r b i n T u r b i n e C o m p a n y L i mi t e d ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，fi l l e t s we r e t a k e n a t t h e mo v i n g b a d e h u b a n d s h r o u d i n l e t o f t y p i c a l s t a g e s a b o u t s a me 6 6 0 MW u h r a s u p e r c r i t i e a l u n i t s ，t o a n a l y s i s t h e a e r o d y n a mi c e f f i c i e n c y c h a n g e s ． C o mb i n e d wi t h a b l e n d o f c l a s s i c o n e d i me n s i o n a l mo d e l s a n d e mp i r i c a l f o r mu l a s ，a n a l y s i s r e a s o n s f o r t h e c h a n g e s i n e f f i c i e n c y，p o i n t e d o u t t h e b i g g e s t c h a n g e wi t h L P p a t h fl o w a n d t h e s ma l l e s t c h a n g e w i t h I P p a t h f l o w，p r o v i d e e n g i n e e r i n g g u i d a n c e ． Ke y wo r d s s t e a m t u r b i n e；flo w o p t i m i z a t i o n；n u m e r i c a l s i mu l a t i o n 0 前言 目前节 能减排 已经成为全世 界发展 的主题 ， 我 国也 提出 了绿色发展 ， 建设资源节 约型 、 环境 友好型社 会 的发 展 目标 ， 尤其面对能源紧缺、 水污染 、 大气雾霾等问题 ， 这一 目标 日益 紧迫。因此 ， 研究电力行业节能减排意义重大。汽轮机作为 电力行业主要设备， 其通流效率对节能降耗尤其重要。近些 年国内一些高校和科研院所对后加载叶型开展了实验和数 值计算分析” 0 ， 对于高效汽封也开展了许多研究工作 J ， 取 得了一些效果 。 本文以某超超临界 6 6 0 M W 机组为例 ， 对动叶中问体和 围带进汽侧进行倒圆角， 计算分析了对气动效率的影响。 1 结构简介 传统设计相对 比较粗放， 动叶的围带下表面和中间体上 表面不进行倒 圆角 ， 以简化加工 。当前形 势要求 必须处处考 虑机组通流效率 ， 因此在上述位置进行倒 圆角处理 ， 以使得 流动更加顺畅 ， 减小损失， 具体如图 1所示 。图中围带倒圆 半径 和中间体倒圆半径 要根据叶片结构尺寸和流动 情况确定。该值太大势必加大围带和中间体宽度， 导致转子 跨距增大， 若太小， 起不到倒圆角的作用， 一般 3 m m一5 m m 左右为宜 。 蒸汽 图 l 结 构图对 比 2 数值模拟及结果分析 2 ． 1 几 何模 型和边界条件 为了分析中间体和围带进汽侧倒圆角后对效率的影响， 以某超超临界 6 6 0 MW 机 组为 例 ， 对 高、 中 、 低压 各选 一级 进 行对比计算 ， 考虑隔板和围带汽封漏汽。图 2给出了计算域 子午面示意 图。 计算采用 N U ME C A软件 ， 级进 口给定滞止压力和滞止 温度 ， 出 口给定静压。 2 ． 2 计算结果分析 根据文献[ 4 ] 中描述， 对于图3 中的气流掺混的总压损 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 4 ． 1 0 作者简介 刘云锋 1 9 8 1 一 ， 男 ， 河北威县人 ， 硕士研究生 ， 工程师 ， 主要从事汽轮机气动计算 、 叶片设计 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 汽轮机技术 第 5 7卷 趔 图 1 1 HE n e r g y收敛 曲线示意图 图 1 2 压力场分布示意图 导致速度增加 ， 根据伯 努利 方程 ， 易 知高速 对应 的 区域 为低 压 区 。 ／ 1 、 根据公式 P 一 P ／ f 了 1 P c 2 l ， 分别算出进 厶 ／ 出口流量平均总压损失系数 总体总压损失系数 以及出口 1中线上的周向总压损失系数 ， 其中总体总压损失系数分别 为 1 ． 4 9 5 、 0 ． 7 ， 图 1 3给出了周向总压损失系数在出 口 1中线上的分布。无论是总体总压损失系数还是周向总 压损失系数 ， 收缩结构下的流动损失均明显小于原始结构。 总压损失系数的周向分布曲线更为直观地给出周向流动损 失情况 。从 图中还可 以发 现 ， 在采用 收缩结 构 时 ， 底 部流 动 损失是 大于顶部 流动 损失 的。而且 在9 0 。 和2 7 0 。 位置 处 ， 流 动损失最小。总的来说， 改变腔体结构带来流场结构的改变 是可行 的 4 结论 1 原始结构模型的进汽腔体内部流场是左右不对称 的。 通过增加壁面的粗糙度可以改变流场的对称性 ， 但是粗 - 5 0 0 5I J l OO 15 0 2 00 250 300 350 4 00 0， 。 图 1 3 对称和不对称流动的总压损失 系数对 比图 糙度值必须很大 。 2 通过向内收缩壳体顶部和底部得到新的腔体， 其内 部流场是左右对称的。即通过改变壳体结构可以改变 内部 流场 的对称性 。 3 不对称流场和对称流场的出口流动角沿周向均呈现 明显 的不对 称分 布 ， 不 对称 流 场 的流 动角 具有 明显 的预旋 角 。 4 在左右流体相遇处流动损失较大， 底部的流动损失 大于顶部的流动损失， 非对称流场的局部流动损失大于对称 流 场的局部 流动损失 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王平子．现代大功率汽轮机排汽缸的气动性能 [ J ] ．东方 电气 评论 ， 1 9 9 3 ， 7 1 1 6 ． [ 2 ] S i m o n H e c k e r ， A n d r e a s R o h e ， H o m t S t o ff ．S t r e a m T u r b i n e I n l e t Gg e o me t r y F r o m a S t r u c t u r a l a n d Fl u i d Dy n a mi c s Po i n t o f Vi e w [ M] ．A S ME P a p e r 2 0 1 2一G T一6 8 6 7 8， 2 0 1 2 ． [ 3 ] 郭晓杰．中压进汽腔体 内部流场的数值与实 验研 究 【 J ] ．热 力 透平 ， 待发表． [ 4 ] A n s y s ， 2 0 1 1 ．A N S Y S C F X R e l e a s e 1 4 ． 0一u s e r ma n u a 1 ． [ 5 ] 阳虹 ， 王沛 ， 张宏 武．汽 轮机排 汽缸 流场 的数值模拟研 究 [ J ] ．热力透平 ， 2 0 0 7， 3 6 3 1 5 01 5 2 ． [ 6 ] 杨建 ， 竺 晓程 ， 闰怀喜．中压进汽系统的数值计算 -- 进汽 腔体 的流动 [ A] ．2 0 0 9年中国动力 工程学会透 平专业 委员会 [ C] ．北京 ， 2 0 0 9 ． 1 0 71 1 2 ． [ 7 ] V a n D e n B r a e m b u s s c h e ， R ．F l o w a n d L o s s Me c h a n i s ms i n V o l u t e s o f C e n t r i f u g a l P u m p s[ M] ．E d u c a t i o n a l N o t e s R T OE NAV T一 1 4 3， 2 0 0 6 1 2 12 6． 上接第 2 2页 2 由于低压双分流 ， 主流质量流量 比中压减小 约一半 ， 所以其漏汽量所 占比重较大， 由此引起 的掺混损失也 比较 大， 而进汽侧 中间体和围带倒圆角后带来的收益也最大， 高 中压级类似 ； 3 由于隔板 漏 汽和动 叶顶 部 漏汽 以较 小角 度进 入 主 流， 对端壁处流动也产生了影响， 主要体现在壁面极限流线 的变化 。 参 考 文 献 [ 1 ] 宋彦萍 ， 等．新型 盼汽轮机后 加载叶 型的研究 [ J ] ．哈尔滨工 业大学学报 ， 1 9 9 9 ， 2 5 55 7 ． [ 2 ] 孙奇， 等． 后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究 [ J ] ．西安交通大学学报 ， 2 0 0 7 ， 1 2 32 7 ． [ 3 ] 宁哲， 等．采用先进汽封技术提高汽轮机效率[ J ] ．热力透 平 ， 2 0 0 9， 1 1 5一l 7 ． 『 4 ] J ． D D e t o n ．L o s s m e c h a n i c a l i n T u r b o m a c h i n e s P a r t I『 A I ．V K I LS f C]． 1 9 9 90 2． 2 021 ． 0 5 0 5 0 5 0 3 2 2 1 l 0 0 № 裟 。 。 滋 。 口 舶 ∞婚∞衄位 蛇们饥钟 麟 蠡麟 ■ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m