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超临界二氧化碳轴流透平冷却系统流量和温度的影响研究

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风机技术 2024年

作者：唐国庆但光局霍文浩孙冬婷文俊重庆江增船舶重工有限公司西北工业大学船用涡轮增压器研发重庆市工业和信息化重点实验室船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心

超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide,SCO2）轴流透平引入外部低温SCO2作为冷却系统冷却气，对干气密封和转子系统进行冷却，确保干气密封运行温度在200℃以内。针对某小功率SCO2轴流透平冷却系统建立了包括冷却流体域、主流... 详细信息

超临界二氧化碳（Supercritical Carbon Dioxide,SCO2）轴流透平引入外部低温SCO2作为冷却系统冷却气，对干气密封和转子系统进行冷却，确保干气密封运行温度在200℃以内。针对某小功率SCO2轴流透平冷却系统建立了包括冷却流体域、主流流体域和固体域耦合的整机计算模型，对比分析了不同冷却气流量和温度对干气密封和转子系统的冷却效果和透平效率的影响，在此基础上开展了耦合温度场和压力场的透平整机强度计算。结果表明：引入外部低温SCO2能有效冷却干气密封在内的整个转子系统；随着冷却气流量的增加，透平效率和转子系统温度逐渐降低，冷却气流量越小，相同冷却气流量变化引起的效率和温度的变化越大；随着冷却气温度的增加，透平效率基本不变，转子系统温度成线性增加。当冷却气温度为120℃，流量为0.04kg/s时，透平转子系统冷却效果可满足要求，此时干气密封工作温度为194℃。强度评估结果表明：透平整机转子部件最大等效应力536MPa，位于涡轮叶片根部，各零部件应力均小于材料屈服强度，安全裕度最小为1.57，满足长期安全可靠运行需求。

关键词：超临界二氧化碳轴流透平冷却系统传热特性温度分布

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轴流透平与排汽系统间流场相互作用研究

工程热物理学报 2008年第4期29卷 567-572页

作者：付经伦周嗣京刘建军中国科学院工程热物理研究所

为了研究轴流透平与非轴对称排汽系统流场间的相互作用,对带有单级透平的300/600 MW汽轮机排汽系统模型内流场进了模型实验,并用商用软件CFX数值计算了实验工况下带有全周叶栅通道的单级透平与排汽系统内的耦合流场.对比实验与数值模拟... 详细信息

为了研究轴流透平与非轴对称排汽系统流场间的相互作用,对带有单级透平的300/600 MW汽轮机排汽系统模型内流场进了模型实验,并用商用软件CFX数值计算了实验工况下带有全周叶栅通道的单级透平与排汽系统内的耦合流场.对比实验与数值模拟结果,二者吻合较好.通过对实验和数值结果分析发现,排汽系统内的非轴对称流场使透平叶栅通道内流动沿周向发生变化,扩压器内出现大的流动分离,排汽系统内总压损失增大,静压恢复系数为负.

关键词：非轴对称排汽系统轴流透平实验数值研究

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轴流透平时序定位方法的探讨

航空动力学报 2010年第10期25卷 2333-2339页

作者：王俭杨波谷传纲上海交通大学机械与动力工程学院上海200030

利用时序效应原理,对一个1.5级轴流透平前后级静叶的周向定位提出简单的方案,以期能够达到最高效率,并利用Numeca软件对此周向定位方法进行了准三维的数值模拟验证,结果表明:该方法在叶轮机构前后级叶片定位的设计中有一定的参考价值.

关键词：轴流透平时序效应尾迹周向定位总性能

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轴流透平通用叶型设计模块开发

工程热物理学报 1998年第2期19卷 180-183页

作者：蔡虎蒋洪德徐星仲中国科学院工程热物理研究所北京100080 北京航空航天大学404教研室北京100083

In this paper, a general design model for axial turbine profiles is developed by usingNURBS curve for profile definition and S1 code for flow analysis. It is proved to be efficient and flexible for design of turbine c... 详细信息

关键词：叶轮机械轴流透平设计体系叶型 NURBS

串联式干气密封对超临界二氧化碳轴流透平气动性能的影响

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中国电机工程学报 2021年第13期41卷 4576-4584页

作者：杜秋晚张荻谢永慧西安交通大学能源与动力工程学院陕西省西安市710049

轴流透平叶顶不可避免地存在泄漏问题,严重影响了透平的运行效率与安全,工程上通常在叶顶布置密封结构来降低泄漏流的影响。为了进一步提升叶顶密封性能,该文基于一个1.5级超临界二氧化碳轴流透平,在动叶叶顶布置串联式干气密封,讨论了... 详细信息

轴流透平叶顶不可避免地存在泄漏问题,严重影响了透平的运行效率与安全,工程上通常在叶顶布置密封结构来降低泄漏流的影响。为了进一步提升叶顶密封性能,该文基于一个1.5级超临界二氧化碳轴流透平,在动叶叶顶布置串联式干气密封,讨论了不同密封间隙下的流动特性和气动性能,并通过热流固耦合方法研究了密封端面变形特性,验证了其可行性。结果表明:串联式干气密封间隙为10mm时,无量纲相对泄漏量仅有2.43×10^(-5),透平效率相对于无泄漏结构仅降低了0.01%。随密封间隙增大,泄漏量增大,透平级内损失增大,效率降低。但在大密封间隙下,串联式干气密封结构相比于单级密封结构性能更突出。各个密封间隙下,密封端面内外径热力耦合轴向变形差均不超过27mm,且变形后透平可以维持较高效率。研究结果表明,超临界二氧化碳轴流透平叶顶布置串联式干气密封可以在保证安全性的前提下有效降低泄漏量,维持较高的气动性能。

关键词：超临界二氧化碳轴流透平串联式干气密封气动性能损失变形

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多级轴流透平气动特性计算方法研究

工程热物理学报 2011年第4期32卷 569-572页

作者：张晓东刘建军安柏涛中国科学院工程热物理所北京100190 中国科学院研究生院北京100190

在多级轴流透平子午面中线上建立1.5维欧拉方程组,其中叶片作用力、流体的黏性作用、冷气的作用以源项的形式考虑到方程中,控制方程采用一步时间推进TVD-LW格式进行离散和求解。计算结果表明,该方法能够预测多级轴流透平的平均气动参数... 详细信息

在多级轴流透平子午面中线上建立1.5维欧拉方程组,其中叶片作用力、流体的黏性作用、冷气的作用以源项的形式考虑到方程中,控制方程采用一步时间推进TVD-LW格式进行离散和求解。计算结果表明,该方法能够预测多级轴流透平的平均气动参数分布和气动性能,具有快速、灵活的特点,可以用于求解透平的特性曲线或进行气动优化。

关键词：轴流透平欧拉方程特性预测 TVD格式

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动静干涉效应对轴流透平级气动性能的影响

工程热物理学报 2003年第1期24卷 39-42页

作者：祁明旭丰镇平 KANGShun HIRSCHCharles 西安交通大学叶轮机械研究所陕西西安710049 Department of Fluids Mechanics Vrije University BrusselBelgium

本文对Aachen一级半轴流式透平进行了准定常及非定常流动的数值模拟,讨论了引发动静干涉效应的主要因素,分析了非定常效应对叶栅通道中脉动速度、气流角、型面压力分布以及损失结构的影响。结果表明,对于Aachen透平而言,上游叶片排的尾... 详细信息

本文对Aachen一级半轴流式透平进行了准定常及非定常流动的数值模拟,讨论了引发动静干涉效应的主要因素,分析了非定常效应对叶栅通道中脉动速度、气流角、型面压力分布以及损失结构的影响。结果表明,对于Aachen透平而言,上游叶片排的尾迹区及二次涡是引发下游叶栅通道流场强非定常特性的最主要因素,引起了脉动速度、型面压力、攻角以及损失的较大变化,从而对透平级性能产生较大的影响。

关键词：准定常非定常流动叶轮动静干涉效应轴流透平气动性能

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超临界二氧化碳单级轴流透平变工况特性分析

动力工程学报 2021年第3期41卷 182-188页

作者：王智刘亚丽匡轩毅华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

以超临界二氧化碳为工质,设计了质量流量为185 kg/s的单级轴流透平。通过热力气动设计、叶片三维设计及数值模拟,研究了压比、入口总温和转速变化对透平等熵效率、输出功率和质量流量的影响。结果表明:压比的变化对等熵效率的影响最大,... 详细信息

以超临界二氧化碳为工质,设计了质量流量为185 kg/s的单级轴流透平。通过热力气动设计、叶片三维设计及数值模拟,研究了压比、入口总温和转速变化对透平等熵效率、输出功率和质量流量的影响。结果表明:压比的变化对等熵效率的影响最大,且在同一压比下,入口总压变化对等熵效率的影响大于出口压力变化对等熵效率的影响;转速变化对透平等熵效率的影响次之,入口总温的变化也会影响等熵效率,但影响程度并不大;当入口总压变化±10%(约1.5 MPa)时,输出功率变化±32.65%(3.33 MW),等熵效率变化±3%(2.5%),质量流量变化±14.9%(27.4 kg/s)。

关键词：超临界二氧化碳轴流透平变工况特性分析热力设计数值模拟

超临界二氧化碳轴流透平进排气壳体性能影响研究与验证

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热力发电 2023年第6期52卷 135-145页

作者：刘红丹王磊周东但光局李红智何丹邓德见重庆江增船舶重工有限公司重庆402263 船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心上海201108 船用涡轮增压器研发重庆市工业和信息化重点实验室重庆402263 西安热工研究院有限公司陕西西安710054

透平作为超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环发电系统的核心设备之一,目前缺乏针对机组整体性能的可靠评估与试验验证。针对某S-CO_(2)机组轴流透平不同工况试验测试结果进行了仿真与测试的对比分析,重点讨论了进排气壳体对机组性能的... 详细信息

透平作为超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环发电系统的核心设备之一,目前缺乏针对机组整体性能的可靠评估与试验验证。针对某S-CO_(2)机组轴流透平不同工况试验测试结果进行了仿真与测试的对比分析,重点讨论了进排气壳体对机组性能的影响。研究结果表明:采用的数值计算方法和综合考虑进排气壳体的计算模型能够较为准确地评估透平不同负荷工况性能;与测试结果相比,效率误差最大为1.77百分点,流量误差最大为5.6%。该透平动叶采取叶冠型式可降低泄漏掺混损失,与普通叶顶间隙型式相比,机组效率提升1.4百分点。有无进排气壳体的仿真结果显示,透平机组(涡轮级+进排气壳体)效率与涡轮级效率相比,最大降低了2.9百分点,主要是由进排气壳体内部的流动损失造成。研究成果为后续S-CO_(2)轴流透平设计与性能研究提供了技术支撑和依据。

关键词：超临界二氧化碳轴流透平非对称进排气叶冠试验测试

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