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涡轮三维设计及性能优化

涡轮三维设计及性能优化

作者：高怡秋哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

涡轮是燃气轮机的主要部件,其功用是将来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功。船舶燃气轮机的特点为功率大、燃气温度高、转速高、效率高,同时对尺寸、重量有严格的要求。而对涡轮气动设计理论与设计方法的研究... 详细信息

涡轮是燃气轮机的主要部件,其功用是将来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功。船舶燃气轮机的特点为功率大、燃气温度高、转速高、效率高,同时对尺寸、重量有严格的要求。而对涡轮气动设计理论与设计方法的研究,以及对涡轮的数值模拟和性能优化一直是国内外叶轮机械气动热力学领域关注的重点。本文以给定涡轮设计要求为依据,对某型船舶燃气轮机动力涡轮第一级进行叶型设计,分别采用等环量以及等α扭曲规律对涡轮进行了三维气动设计,根据所得参数,运用参数化法生成叶型。应用商业软件NUMECA,对所生成的叶型进行了数值模拟,比较了两种扭曲规律的不同以及优劣,并将数值模拟结果与设计值进行对比,以验证数值模拟的正确性。着重对等环量叶片进行了分析,包括S、S流面分析、叶栅通道中涡系的研究、二维非定常流场特性的分析。分析了设计叶型的不足以及叶片载荷分布对气动性能的影响,通过对比压力分布,及其对总压损失系数、绝热效率的影响,确定改进方案;根据二次流损失机理,尝试对静叶、动叶采用不同弯角的弯叶片,通过数值模拟得出结论:叶片的弯曲可以控制径向压力梯度,并能够改变级的反动度沿叶片高度的分布,有效改善叶栅流场;并对静叶、动叶分别采用不同弯曲角度的多种组合模型方案进行数值模拟,提出静叶、动叶在采用弯曲叶片后由于气流角、马赫数等参数变化而引起的匹配问题,得出在采用匹配合理的静叶、动叶后,可有效提高效率;最后,对涡轮叶片采用了不同的轴向间距,并分析其对气动性能的影响。经过对叶片载荷分布、叶片弯曲、轴向间距三个方面的分析以及改进,涡轮绝热效率提高了1.84%,表明本文对涡轮的性能优化以及改进方案是降低损失、提高效率的有效手段。

关键词：涡轮气动设计数值模拟性能优化弯曲叶片

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配汽方式对汽轮机末级变工况的影响

核动力工程 2013年第2期34卷 114-117页

作者：高怡秋李一兴周振东中国船舶重工集团公司第704研究所上海200031

针对汽轮机末级低负荷工况的级功率大幅下降、动叶出口脱流现象,进行末级全工况计算,得到不同容积流量下的脱流高度。在通流保持不变的情况下,对喷嘴配汽和节流配汽方式下的汽轮机进行变工况计算。结果表明,脱流区域和脱流高度随容积流... 详细信息

针对汽轮机末级低负荷工况的级功率大幅下降、动叶出口脱流现象,进行末级全工况计算,得到不同容积流量下的脱流高度。在通流保持不变的情况下,对喷嘴配汽和节流配汽方式下的汽轮机进行变工况计算。结果表明,脱流区域和脱流高度随容积流量的减小而急剧增加;节流配汽在低负荷工况下会增加汽轮机的汽耗率,提高压力级的焓降,同时减小由于蒸汽参数改变带来的功率分配变化;相同负荷下,节流配汽会增大末级的容积流量,并相应降低动叶出口的脱流高度,有助于改善低负荷工况下末级的流动,推迟零功率工况的出现。

关键词：节流配汽末级叶片低负荷工况容积流量脱流高度零功率工况

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凝水系统水位调节阀流量系数特性研究

舰船科学技术 2013年第10期35卷 65-68,73页

作者：胡宗成高怡秋杨懿海军驻上海第七一九研究所军代表室湖北武汉430064 中国船舶重工集团公司第七○四研究所上海200031

水位调节阀作为汽轮机凝水系统的重要组成设备,其开度的变化会改变阀流量系数以及整个系统的阻力特性。为研究不同工况下水位调节阀的工作特性,通过伯努利方程,对调节阀流量系数进行公式推导,得到调节窗口面积比对流量系数的影响及变化... 详细信息

水位调节阀作为汽轮机凝水系统的重要组成设备,其开度的变化会改变阀流量系数以及整个系统的阻力特性。为研究不同工况下水位调节阀的工作特性,通过伯努利方程,对调节阀流量系数进行公式推导,得到调节窗口面积比对流量系数的影响及变化规律。通过数值模拟手段研究水位调节阀的流量系数,分析不同压差、不同开度对流量系数的影响,通过公式计算及数值模拟结果的对比,验证计算方法的正确性,并为数值模拟计算流量系数的方法提供理论支撑。采用本次计算所得流量系数对凝水系统进行计算,得到了较好的计算结果。

关键词：凝水系统水位调节流量系数伯努利方程数值模拟

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弯曲叶片匹配特性研究

汽轮机技术 2009年第2期51卷 116-118页

作者：高怡秋周振东中国船舶重工集团公司第704研究所上海200031

采用弯曲叶片是汽轮机、燃气轮机降低损失,提高效率的有效手段。对某型燃气轮机涡轮直叶片进行了改型,给出了多种弯曲角度的叶型,并运用CFD软件进行了数值模拟,探讨了叶片弯曲后级性能发生的变化。根据不同模型的性能差异,提出了静叶、... 详细信息

采用弯曲叶片是汽轮机、燃气轮机降低损失,提高效率的有效手段。对某型燃气轮机涡轮直叶片进行了改型,给出了多种弯曲角度的叶型,并运用CFD软件进行了数值模拟,探讨了叶片弯曲后级性能发生的变化。根据不同模型的性能差异,提出了静叶、动叶弯曲的匹配问题,分析了密流、气流角、马赫数沿叶高的分布,得到了合理的弯曲匹配叶型。

关键词：燃气涡轮弯曲叶片匹配

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汽轮机鼓形齿联轴器润滑油流动特性研究

船舶工程 2019年第S2期41卷 27-30页

作者：周琴吴丹丹高怡秋上海船舶设备研究所

针对某汽轮机鼓形齿联轴器,对机组联轴器喷油管出口至联轴器油冷通道出口区域的流动特性进行了详细分析,研究了其润滑油冷却齿面的物理原理;并对两种不同油冷流道结构在不同喷油管进口流量下的齿面对流传热特性进行了研究,发现提高联轴... 详细信息

针对某汽轮机鼓形齿联轴器,对机组联轴器喷油管出口至联轴器油冷通道出口区域的流动特性进行了详细分析,研究了其润滑油冷却齿面的物理原理;并对两种不同油冷流道结构在不同喷油管进口流量下的齿面对流传热特性进行了研究,发现提高联轴器喷油管的进口流量对联轴器齿间冷却效果提升均较为显著,且改进设计的油冷流道中鼓形齿面平均对流传热系数高于原始流道约25%,冷却效果提升显著。

关键词：联轴器汽轮机流动特性油冷

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汽轮机隔板挠度的多因素影响研究

汽轮机技术 2019年第6期61卷 421-423,442页

作者：周琴高怡秋李典来上海船舶设备研究所

汽轮机隔板变形量的控制对机组安全运行至关重要,合理地设计隔板结构并降低隔板工作状态下的挠度是隔板设计中的重要工作。基于Wahl法、三维有限元计算、试验测试3种方法的结果对比,验证了采用三维有限元方法计算隔板挠度的准确性,并采... 详细信息

汽轮机隔板变形量的控制对机组安全运行至关重要,合理地设计隔板结构并降低隔板工作状态下的挠度是隔板设计中的重要工作。基于Wahl法、三维有限元计算、试验测试3种方法的结果对比,验证了采用三维有限元方法计算隔板挠度的准确性,并采用该方法详细研究了隔板体厚度、隔板体高度、隔板外缘厚度、隔板外缘高度4个主要隔板结构参数对隔板挠度的影响规律,为隔板结构的优化设计提供了设计依据。

关键词：汽轮机隔板有限元计算挠度

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双列调节级变工况对汽流弯应力的影响

华北电力大学学报（自然科学版） 2012年第4期39卷 90-94页

作者：高怡秋周振东祝华中国船舶重工集团公司第704研究所上海200031

汽轮机双列调节级的工作环境极为恶劣,其动叶的汽流弯应力计算是叶片强度振动的重要问题。在汽轮机变工况时,由于焓降、流量的改变,调节级动叶汽流弯应力将发生重大变化。研究了调节级背压、负荷以及蒸汽参数对汽流弯应力的影响。计算... 详细信息

汽轮机双列调节级的工作环境极为恶劣,其动叶的汽流弯应力计算是叶片强度振动的重要问题。在汽轮机变工况时,由于焓降、流量的改变,调节级动叶汽流弯应力将发生重大变化。研究了调节级背压、负荷以及蒸汽参数对汽流弯应力的影响。计算结果表明,调节级背压的减小会增大动叶的汽流弯应力,其中第二列动叶的增幅大于第一列;在第一组喷嘴即将达到临界流量时,动叶汽流弯应力最大;在初参数焓变化不大的情况下,汽流弯应力与蒸汽压力成正比关系。

关键词：调节级汽流弯应力变工况焓降调节阀

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节流式蒸汽调节阀的改进与性能计算

汽轮机技术 2012年第4期54卷 261-263页

作者：高怡秋周振东奚骏中国船舶重工集团公司第704研究所上海200031

蒸汽调节阀由于长期处于小流量、大压差状态下,高速汽流对滑阀表面产生了严重的冲蚀,使其无法正常工作。对调节阀提出改进措施,在低负荷工况时采用了多级小孔降压的结构。给出了多级降压的计算方法,并通过数值计算得到了改进前后的流场... 详细信息

蒸汽调节阀由于长期处于小流量、大压差状态下,高速汽流对滑阀表面产生了严重的冲蚀,使其无法正常工作。对调节阀提出改进措施,在低负荷工况时采用了多级小孔降压的结构。给出了多级降压的计算方法,并通过数值计算得到了改进前后的流场分布。计算结果表明改进后的结构可大幅降低汽流速度并增大总压损失系数,改善了汽流的冲蚀作用,提高了蒸汽调节阀的安全可靠性。

关键词：调节阀套筒多级降压冲蚀流速马赫数

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某型汽轮机滑动轴承特性分析

船舶工程 2019年第4期41卷 60-65,134页

作者：李典来姚垒周琴高怡秋上海船舶设备研究所

为提高某型汽轮机运行的稳定性,降低机组的振动和噪声,在对机组进行改型的过程中,拟更换汽轮机转子支撑轴承。以滑动轴承为研究对象,基于雷诺方程,利用Dyrobes软件对圆柱瓦轴承、压力坝轴承、四油楔轴承和可倾瓦轴承的特性进行计算。从... 详细信息

为提高某型汽轮机运行的稳定性,降低机组的振动和噪声,在对机组进行改型的过程中,拟更换汽轮机转子支撑轴承。以滑动轴承为研究对象,基于雷诺方程,利用Dyrobes软件对圆柱瓦轴承、压力坝轴承、四油楔轴承和可倾瓦轴承的特性进行计算。从轴承油膜压力分布、油温、功耗、耗油量、稳定性和对外传递载荷等方面对4种轴承进行分析对比,结果表明,该汽轮发电机组汽轮机转子采用压力坝轴承可改善机组的运行状态,提高转子运行的稳定性,降低轴承的外传力,达到降低机组振动和噪声的目的。

关键词：汽轮机滑动轴承轴承特性减振降噪