压气机级间抽气对下游叶片排气动性能影响的数值研究-.pdf

第 5 6卷 第 4期 2 0 1 4年 8月 汽轮机技术 TURBI NE TECHNOL OGY V0 1 ． 5 6 No ． 4 Au g ． 2 01 4 压气机级问抽气对下游叶片排气动性能 影响的数值研究 赵俊明， 张成义， 冯永志 哈 尔滨汽轮机厂有限责任公 司， 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 以某重型燃气轮机压气机的级间抽气段为研究对象 ， 数值研究了轴流压气机级间抽气对下游叶片排气动性 能的影响。数值研究结果表明 随着抽气流量的增加， 下游动叶上端壁附面层厚度逐渐变薄， 进口轴向速度逐渐增 加 ； 上端壁动叶前缘的高压区范围扩大， 吸力面低压区范围增大； 动叶叶顶附近效率升高明显 ， 整体效率略有增大。 关键词 轴流压气机 ； 抽气； 气动性能 数值模拟 分 类号 T K 4 7 4 ． 8 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 1 5 8 8 4 2 0 1 4 】 0 4 - 0 2 7 9 - 0 2 N u me r i c a l I n v e s t i g a t i o n o f t h e E f f e c t o f I n t e r s t a g e B l e e d i n g o n t h e Ae r o d y n a mi c P e r f o r ma n c e o f t h e Do wn s t r e a m Ro w i n a n Ax i a l C o mp r e s s o r Z H A O J u n - rui n g ， Z H A N G C h e n g - y i ，F E N G Y o n g - z h 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 T h e e f f e c t o f i n t e r s t a g e b l e e d i n g o n t h e fl o w fi e l d o f t h e d o wn s t r e a m r O W i s n u me r i c a l l y i n v e s t i g a t e d f o r a h e a v y g a s t u r b i n e c o mp r e s s o r ．N u me r i c a l s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e t h i c k n e s s o f b o u n d a r y l a y e r o f e n d w a l l o f t h e r o t o r b l a d e r O W d e c r e a s e d a n d t h e a x i a l v e l o c i t y i n c r e a s e d， b o t h o f t h e h i g h p r e s s u r e a r e a a t t h e l e a d i n g e d g e a n d l o w p r e s s u r e a r e a o n t h e s u c t i o n s u r f a c e e n l a r g e d， t h e e f fi c i e n c y o f t h e r o t o r b l a d e r o w i n c r e a s e d s l i g h f l y w i t h t h e i n c r e a s e o f i n t e r s t a g e b l e e d i n g ma s s fl o w． Ke y wo r d s a x i a l c o mp r e s s o r ；b l e e d i n g；a e r o d y n a m i c pe rfo r m a n c e ；n u me r i c a l s i mu l a t i o n O 前言 压气机级问抽气对燃气轮机的设计及运行使用具有非 常重要的作用 ， 它是从压气机的某几级中抽取一定的压缩气 体通入透平或其后的排气通道。合理有效的级 间抽气能够 保证燃气轮机的起动、 停机过程安全稳定的运行， 防止燃气 轮机在非设计工况运行时发生喘振现象， 同时， 在机组正常 运行时， 通过压气机级间抽气所抽取 的气体通人透平部分， 作为透平叶片的冷却工质。 国内外文献分别从抽气方式、 抽气位置等方面进行了相 关探索 ， 做 了很多机理方 面的研究工 作。G u mm e r ⋯等人采用 数值计算的方法研究了抽气对压气机主流的影响， 包括在带 叶顶间隙的动叶前缘处抽气和在静叶通道中抽气两类抽气 形式 ， 研究表明， 不 同的抽气位置及抽气 口形式都会对压气 机的主流产生较大的影响； 邓睥 等人对某压气机的抽气进 行了数值模拟， 考察 了抽气流量、 抽气槽角度设置对压气机 主流流场的影响， 压气机的抽气会减小机匣附近端壁边界层 的损失区域， 改善压气机 的主流流动， 抽气槽角度会影响抽 气进口速度分布、 减小级间损失 ； 张华良 等人研究了端壁 附面层抽吸对扩压叶栅内分离结构的影响， 靠近吸力面的端 壁附面层抽吸改变了流场的分离形态， 遏止了端壁角区的分 离， 并延迟和减小了吸力面的分离； 张皓光 等人采用数值 模拟的方法 ， 研究了轴向间隙引气对某双级轴流压气机气动 性能的影响， 并与试验结果进行了对比， 引气能够有效提高 压气机的失速裕度 ， 并对压气机的压比和效率影响较小。 本文借助数值模拟手段 ， 研究了轴流压气机级问环形槽 均匀抽气对下游叶片排气动性能的影响。 1 计算模型 本文的研究对象为带有透平冷却抽气的某重型燃气轮 机压气机 的某 两级 级 问的抽 气段 ， 抽气 口为环 形槽缝 形式 ， 计算模型为两级压气机， 如图 1 所示。图中标示了动静叶片 及级间抽气 口的位置。抽气缝隙的轴向宽度为 2 7 m m， 抽气 位置轮毂比为0 ． 8 4 4 。 压气机转子转速为3 0 0 0 r ／ mi n ， 空气沿轴向方向进入压 气机 ， 该级 间抽 气 口的抽气 流 量 占压气 机 进 口流量 的 0～3 ％。零抽气是指抽气环形槽缝关闭的情况 ， 以零抽气工 况的计算结果作为基准 ， 与其它抽气工况计算结果进行 比 较。为对比不同抽气流量时下游叶片排气动性能的变化细 节 ， 本文选取 4个抽气流量方案进行数值计算， 分别为 0 、 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 7 1 1 基金项 目 国家 8 6 3计划重 型燃气轮机重大项 目资助 项 目编号 2 0 0 8 A A 0 5 A 3 0 2 。 作者简介 赵俊明 1 9 8 0 - ， 男 ， 工程师 ， 主要从事燃气轮机研制及开发工作。 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 汽轮机技术 第 5 6卷 由计算结果可以看出， 汽轮机负荷越大， 进口水温越大， 越适宜采用双变频泵的运行方式， 汽轮机负荷较小且循环水 进口水温较低时， 应该采用单变频泵的运行方式。对于采用 单变频泵时， 随着汽轮机负荷的减少， 节能功率是逐渐增加。 总之， 在不同进 口水温和汽轮机负荷下， 采用变频泵总体上 比采用定速泵要有较大的节能功率， 说明对电厂的循环水系 统进行变频改造是有效果和必要的。 4 结论 1 传统的凝汽器最佳真空确定方法没有考虑到凝汽器 在变工况时的清洁系数的变化， 只是将清洁系数当作定值， 在计算最佳真空时出现误差， 本文基于传热学理论提出了通 过实时监测的清洁系数来确定凝汽器的总体传热系数的方 法， 进一步提高了凝汽器最佳真空的确定精度； 2 在循环水系统采用变频调速技术， 能够根据不同的 机组负荷和循环水温度对循环水量连续调节， 使机组维持在 最佳真空状态下运行 ， 较定速泵有较大的节能功率， 因此有 必要对循环水系统进行变频改造； 3 由于 目前网上机组普遍参与调峰， 用电高峰和低谷 时机组负荷变化很大， 加之循环水进 口水温的昼夜差别， 采 用变频调速技术并确定循环水泵的合理运行方式对于降低 供电煤耗， 提高电厂经济性是行之有效的方法。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄新元 ， 赵丽 ， 安越里． 火电厂单元制循环水系统离散优化模 型及其应用 [ J ] ． 热 能动力工程 ， 2 0 0 4 ， 1 9 3 3 0 23 0 6 ． [ 2 ] 何忠．变频调速装置在电厂中的应用[ J ] ． 福建能源开发与 节约 ， 2 0 0 2， 1 3 2 3 4 ． [ 3 ] 高 峰．基于变频调速技术的电厂循环水系统的优化控制 [ D ]． 北京 华北电力大学， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 朱玉娜， 王培红， 吕震中． 凝汽器变工况核算及其传热系数确 定方法 [ J ] ．电站系统工程 ， 1 9 9 8 ， 1 4 91 0 ． [ 5 ] 刘哲 ， 王松岭 ， 王鹏．3 0 0 MW 机组单元制循环水系统优化 运行 [ J ] ．汽轮机技术 ， 2 0 1 0， 5 2 6 4 7 5 4 7 7， 4 8 0 ． [ 6 ] 赵晓彤， 徐志明， 郭东霞． 汽轮机低压缸效率的在线计算[ J ] ． 东北 电力学 院学报 ， 2 0 0 1 ， 2 1 4 l 一3 ． [ 7 ] 张卓澄． 大型电站凝汽器[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 8 ] 杨善让． 汽轮机凝汽设备及运行管理[ M] ． 北京 水利电力出 版社 ， 1 9 9 3 ． [ 9 ] 闫水保， 徐治皋， 周振华．回热加热器正常状态的确定 [ J ] ．电 站系统工程 ， 2 0 0 l ， 1 7 5 2 8 32 8 4 ． [ 1 O ] 齐复东 ， 贾数本， 马义伟．电站凝汽设备和冷却系统[ M] ． 北 京 水利 电力 出版社 ， 1 9 9 0 ． 55 3 ． [ 1 1 ] 华东六省一市电机工程学会． 汽轮机设备及其系统[ M] ，北 京 中国电力 出版社 ， 1 9 9 9 ． 2 1 8 2 4 2 ． 上接第2 8 0页 4 结论 1 ．0 0 ．8 B- 0 1 一1 ％ e一2 ％ 袒0 ．6 I - O - 3 古 I 薹 0． 2 0 I- ---- -．- ----- ---』 0． S 0 ． 7 0 ． 8 叩 图 5 动叶效率展 向分布 本文以某重型燃气轮机压气机的某两级级间环形槽缝 抽气段为研究对象， 通过对比分析设计压比下动叶入口的速 度分布情况、 动叶上端壁表面的静压分布以及动叶效率的展 向分布情况来研究抽气对下游叶片排气动性能的影响。本 文的计算结果表明 1 随着抽气流量的增加 ， 动叶上端壁附面层厚度逐渐 减小 ， 叶顶附近的轴向速度逐渐增大， 且增大趋势减缓， 叶展 方向的速度分布趋向均匀 ， 动叶进口的通流能力增强。 2 随着抽气流量的增加， 动叶上端壁表面的静压分布 变化明显， 动叶前缘高压区范围逐渐增大， 由间隙泄漏引起 的吸力面低压沟槽愈来愈明显， 且范围扩大。 0 ． 9 l 5 0． 9 14 0 ． 91 , 1 0 ． 91 4 0 ． 9l 4 0 ． 91 4 ／ ＼ ． f 、 f 、 ．／ 0 l 2 3 抽气， ％ 图 6 各抽气工况下的动叶效率 3 随着抽气流量的增加， 动叶上端部的效率逐渐升高， 下半部效率逐渐降低， 整体效率随着抽气流量的增加而略有 增 大。 参 考 文 献 [ 1 ] V ．G u m m e r ， M ．G o l l e r ， M ．S w o b o d a ． N u m e r i a c a l I n v e s t i g a t i o n o f En d wa l l B o u n d a r y L y e r Re mo v M o n Hi S h l y l o a d e d Ax i a l Co m p r e s s o r B l a d e R o w s [ M] ．A S ME P a p e r ， 2 0 0 5 ， G T 2 0 0 56 8 6 9 9 ． [ 2 ] 邓嗥 ， 顾春伟 ， 薛耀华 ， 等．压气机级 间抽气的数值模拟 [ J ] ． 工程热物理学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 1 4 0 4 2 ． [ 3 ] 张华良， 王松涛， 王仲奇．端壁附面层抽吸对扩压叶栅内分离 结构的影响[ J ] ．热能动力工程， 2 0 0 6 ， 2 1 6 5 6 5 5 6 8 ． [ 4 ] 张皓光， 楚武利， 吴艳辉 ， 等． 轴向间隙引气对双级轴流式压气 机性能及流场影响的数值研究[ J ] ． 流体机械， 2 0 0 6 ， 3 4 7 2 4 2 7． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m