进汽腔室通过压力损失及出口流场特性影响汽轮机机组的经济性。采用数值仿真方法,对日立进口的某350 MW亚临界机型的低压进汽腔室气动性能进行分析。根据原始腔室流场特性,确定腔室入口结构优化方向,并从横向和子午向两个方向进行优化设计。通过对比腔室总压损失系数和流场特性,确定了低压进汽腔室气动优化方案。

中压排汽缸的气动性能直接影响汽轮机的整体效率,文章对单独排汽缸和汽轮机中压末级叶片、叶顶汽封耦合排汽缸进行数值对比分析,介绍了末级动叶片因旋转所带来的对排汽缸气动性能的变化以及不同的汽封汇入排汽缸的流动方式对排汽缸气动性能的影响。CFD数值研究表明,耦合末级叶片的数值模拟结果对中压排汽缸的流场结构影响是不可忽略的,在今后的排汽缸气动设计及优化工作中需考虑末级叶片的影响;叶顶汽封漏气汇入排汽缸的方式对排汽缸的进口条件影响较大,在以后的优化工作中需考虑叶顶汽封的影响。

叶片为透平的核心部件,其气动性能直接影响透平的整体效率,叶片表面粗糙度的水平会影响透平级压力,导致叶型损失发生变化。应用数值模拟技术对某冲动式和反动式机组各4级透平级进行分析,考虑反动度、载荷分布以及旋转等多种因素,研究表面粗糙度变化对透平叶片气动性能的影响。CFD数值研究表明叶型损失变化曲线的斜率随透平叶片表面粗糙度的增大逐渐变小;不同反动度的透平叶片受叶片表面粗糙度的影响存在差异,冲动式叶片相对反动式叶片受到的影响更为明显;吸力面上的粗糙度对气动性能的影响明显大于压力面粗糙度的影响,这种影响作用在反动度提高后相应变弱。研究成果可为透平叶片设计和加工提供参考。

文章采用商业CFD软件进行数值模拟,分析抽口内部流场的流动损失特性并结合相应截面的流线图,以对比不同抽汽结构对流动损失的影响。计算结果表明在抽汽腔室和连接管之间增加过渡腔室、将抽汽缝隙偏向主流进汽方向(减小气流折转角度)且进入抽汽腔室的流速尽量控制在50 m/s以下、抽汽腔室尽量为规则状、抽汽缝隙和连接管布置在腔室中部等措施能够明显提高整个抽口的气动性能。

高压进汽室的气动性能直接影响汽轮机的整体效率,文章对不同耦合汽轮机高压首级叶片的进汽腔室结构进行数值对比分析,介绍了进汽腔室结构改变所带来的对进汽室气动性能的变化。本文的研究对象为某型号超临界高压进汽室,气流从进汽管进入进汽腔室并且最后进入主流叶片流道。采用商业CFD软件进行数值模拟,分析进汽室内部流场的流动损失特性并结合相应截面的流线图,对比不同进汽腔室结构对流动损失的影响。计算结果表明在高压进汽腔室中分面处增加倒角、在中分面处增加薄板结构等措施将明显提高整个高压进汽腔室的气动性能,并有效提高进入叶片排的气流均匀性,进而改善耦合首级的气动性能。

对采用静叶栅部分进汽的双列调节级进行不同负荷分配的气动性能分析研究,同时分析静叶栅不同局部进汽对级性能的影响。运用全三维数值方法对全周双列调节级模型计算模拟。分析结果表明,首列叶栅负荷比的变化直接影响整级的气动性能,首列叶栅负荷从80%下降到50%的过程中,级效率呈现先上升后下降的趋势,即双列调节级存在一个最佳的首列载荷分配值。同时研究首列静叶栅和第二列静叶栅部分进汽度的设计,经研究,第二列静叶栅部分进汽度与首列静叶栅部分进汽度接近时,双列调节级的气动性能最优。

为了提高叶片叶型设计效率,提出一种透平叶片反向参数化设计方法,针对已有叶型文件反向提取叶片参数化方法中的相关设计参数获得基本复现的叶型轮廓,并根据提取的叶型关键参数调整叶型设计、进一步提升叶片性能。通过对比,新获得叶型能够准确掌握基准叶型的关键设计参数,并能够以基准数据的方式表达,对指导下一步提升叶型气动性能提供有益支持。同时,调整叶型反向参数化所获得关键参数应用于叶型优化后,能够获得气动性能提升明显的优化叶型,叶型损失明显下降、级总总效率得到显著提升。