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密封汽流激振下超超临界汽轮机转子动力特性分析

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密封汽流激振下超超临界汽轮机转子动力特性分析

作者：王建波东北电力大学

学位级别：硕士

随着我国经济的不断发展,电力的需求也越来越大,因此超超临界机组所占的比例越来越大,从而使得电厂汽轮机的工作参数不断提高。密封是汽轮机中用于减少蒸汽泄漏量的装置,但由于密封的存在也随之带来了安全上的问题——密封汽流激振现象... 详细信息

随着我国经济的不断发展,电力的需求也越来越大,因此超超临界机组所占的比例越来越大,从而使得电厂汽轮机的工作参数不断提高。密封是汽轮机中用于减少蒸汽泄漏量的装置,但由于密封的存在也随之带来了安全上的问题——密封汽流激振现象。随着工质参数的不断提高,密封系统部分的汽流激振力变得越来越不可忽略,严重时可导致转子失稳。因此本文对密封汽流激振下转子动力特性展开研究,这对保障超超临界汽轮机组稳定高效运行具有重要实用价值,本文主要工作如下:首先,本文以1000MW机组的高压缸第二压力级隔板密封为研究对象,利用FLUENT中UDF编译运动控制宏建立转子多频涡动模型,并通过动网格技术完成对密封动力特性系数求解,分析了直齿密封中超超临界汽轮机转子的动力特性分别随间隙、偏心量、涡动半径及压比的变化,结果表明:低频率时小间隙下的稳定性较高且其对频率的依赖性与间隙成反比,大偏心量以及大涡动半径下的稳定性在低频涡动时较高且不易受到频率变化影响,在直齿密封中压比升高时会减小稳定性对于频率的依赖性且更利于转子稳定运行。其次,在斜齿密封可减小泄漏量的基础上,分析了斜齿密封中的转子动力特性分别在不同间隙、偏心量、涡动半径及压比下的变化,结果表明:随着齿偏角增大泄漏量先减小后增加,在所计算的工况中15°斜齿密封阻漏效果较好,其在低频涡动时大间隙下转子稳定性较高且此时稳定性对频率依赖性最小。在斜齿密封中偏心量的变化对转子稳定性的影响的规律性不明显,改变涡动半径时转子的稳定性在20Hz之前受频率影响显著,其中涡动半径为0.05mm和0.1mm时的增幅分别约为88.12%和91.83%,在低频涡动时高压比下的稳定性高且此时有效阻尼对频率依赖性低。最后,得到了侧齿密封中泄漏量随侧齿长度的变化,分析了侧齿密封中转子动力特性分别随间隙、偏心量、涡动半径及压比的变化趋势,并比较了直齿、斜齿和侧齿密封中的转子动力特性随上述因素的变化,结果表明:随着侧齿长度的增加泄漏量先减小后增大,在所计算的工况中侧齿长为0.4mm的密封阻漏效果较好,其在低频涡动时大间隙下稳定性高同时对频率依赖性低,在50Hz之前大偏心量下稳定性好但此时更易受到频率变化的影响。涡动半径为0.1mm时的稳定性随频率波动最大增幅约为60.65%,表明此时对频率变化的响应更敏感,当频率保持在(10-55)Hz之间时,涡动半径较大时的转子稳定性较好,在低频涡动时高压比稳定性好但其对频率依赖性强,继续增大频率后低压比时稳定性更好。在三种密封中均表现出低频涡动时大间隙下的稳定性高且对频率依赖性低。随着偏心量的改变稳定性随频率的波动幅度在直齿和侧齿中趋势相反,斜齿中规律性较差。在直齿和斜齿密封中转子稳定性在低频时波动幅度明显,随着频率继续增加斜齿和侧齿密封中大涡动半径下的稳定性高。压比对稳定性的影响在斜齿和侧齿密封中较为相似即低频时高压比稳定性高,高频时低压比的稳定性相对较好,而在直齿密封中稳定性随着压比的增加而提升且其对频率依赖性随着压比的增加而降低。

关键词：超超临界汽轮机迷宫密封汽流激振泄漏量动力特性

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某生物质发电汽轮机汽流激振分析和处理

热力透平 2024年第2期53卷 135-139页

作者：李文福上海汽轮机厂有限公司上海200240

某40 MW级生物质机组运行期间发生了汽流激振问题。介绍了原因分析排查的全过程,通过振动测试进行了原因分析,尝试了现场处理,但未能解决问题。之后根据开缸情况对相关部件进行了返厂修复,并对疏水系统进行了整改。最终查明问题原因为... 详细信息

某40 MW级生物质机组运行期间发生了汽流激振问题。介绍了原因分析排查的全过程,通过振动测试进行了原因分析,尝试了现场处理,但未能解决问题。之后根据开缸情况对相关部件进行了返厂修复,并对疏水系统进行了整改。最终查明问题原因为疏水管道布置不当,导致汽缸进水,使外缸上、下半温差急剧增大。这使得机组发生严重的动静碰磨,导致汽封间隙不均,进而诱发汽流激振。发现问题并整改后,机组的异常振动得以消除。研究成果可为类似振动问题的处理提供借鉴。

关键词：汽轮机汽流激振疏水布置

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汽流激振下汽轮机各向异性转子振动特性分析

中国电机工程学报 2022年第2期42卷 684-692页

作者：曹丽华颜洪司和勇东北电力大学能源与动力工程学院吉林省吉林市132012

为了探究汽流激振对汽轮机转子振动特性的影响,通过数值模拟得到前8级不同负荷下汽流激振力,将其等效为气体轴承施加在转子上。用集总参数法模化某1000MW超超临界汽轮机高压缸转子,建立各向异性支承模型,利用Riccati传递矩阵法求解得到... 详细信息

为了探究汽流激振对汽轮机转子振动特性的影响,通过数值模拟得到前8级不同负荷下汽流激振力,将其等效为气体轴承施加在转子上。用集总参数法模化某1000MW超超临界汽轮机高压缸转子,建立各向异性支承模型,利用Riccati传递矩阵法求解得到汽流激振对转子振动特性的影响。结果表明:在汽流激振作用区域,负荷越大,椭圆轨迹方位角越大。随着负荷增加,一阶固有转速增加,二阶减小,汽流激振力对固有转速影响不大。随着负荷变大,一阶和二阶的对数衰减率皆减小。当达到额定负荷时,对数衰减率为0.012,较无汽流激振力的下降97.5%,转子稳定性裕度严重不足,容易失稳。

关键词：超超临界汽轮机汽流激振转子振动特性稳定性

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核电厂凝汽器汽流激振问题研究与预防

核动力工程 2023年第2期44卷 191-197页

作者：祖帅陈杰车银辉汪国山赵清森张强吴振鹏苏州热工研究院有限公司广东深圳518000 中广核核电运营有限责任公司广东深圳518000 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 湖北理工学院机电工程学院湖北黄石435003

针对某类型核电厂凝汽器在单列运行时发生多起因汽流激振导致的钛管开裂事件,采用基于多孔介质模型的计算流体动力学(CFD)方法对该凝汽器的喉部和管束区汽侧流场进行全三维数值仿真,计算得到凝汽器在多个单列运行工况下的汽侧速度场与... 详细信息

针对某类型核电厂凝汽器在单列运行时发生多起因汽流激振导致的钛管开裂事件,采用基于多孔介质模型的计算流体动力学(CFD)方法对该凝汽器的喉部和管束区汽侧流场进行全三维数值仿真,计算得到凝汽器在多个单列运行工况下的汽侧速度场与钛管汽流激振风险系数分布。根据仿真计算结果,该凝汽器单列运行时,在靠近凝汽器垂直中心线的换热模块空冷区上方的指缝区表层钛管发生汽流激振的风险较高,为降低汽流激振风险需要考虑在相关位置安装防振条或实施预防性堵管。根据凝汽器单列运行泄漏工况数值仿真计算结果与核电机组实际运行记录,建议该核电厂凝汽器单列运行时在夏季、冬季工况下机组安全运行电功率限值分别为900 MW和600 MW。该凝汽器钛管跨距偏大,为了避免发生汽流激振现象,应将钛管跨距缩短到610.5 mm以下。

关键词：凝汽器单列运行汽流激振电功率限值流场数值仿真

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汽流激振对汽轮机转子振动特性的影响

汽轮机技术 2022年第6期64卷 451-455页

作者：薛川曹丽华司和勇东北电力大学能源与动力工程学院吉林132012

汽轮机实际运行中热、动载荷对其转子振动特性影响明显,通过集总参数法模化汽轮机高压缸转子建立各向异性支承模型,并将耦合前后前8级的汽流激振力施加在转子上,采用Riccati传递矩阵法求解并分析其对转子振动特性的影响。结果表明:考虑... 详细信息

汽轮机实际运行中热、动载荷对其转子振动特性影响明显,通过集总参数法模化汽轮机高压缸转子建立各向异性支承模型,并将耦合前后前8级的汽流激振力施加在转子上,采用Riccati传递矩阵法求解并分析其对转子振动特性的影响。结果表明:考虑热、动载荷的转子涡动轨迹两端较小,中间较大;耦合热、动载荷前后转子涡动轨迹方位角都随着负荷和结点的增加而变大,且负荷越大椭圆轨迹方位角变化量越大,其中耦合后的变化更为明显。

关键词：超超临界汽轮机热、动载荷汽流激振转子动力特性

基于壳侧流场的电站凝汽器冷却管汽流激振评估的数值模拟

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热力发电 2022年第12期51卷 72-78页

作者：张莉张冬汪昆鲍旭东危安泽刘强上海电力大学能源与机械工程学院上海201306 中核核电运行管理有限公司浙江海盐314300

为了更好地评估凝汽器冷却管的汽流激振情况,提高电站凝汽器的安全保障,采用数值模拟方法,对凝汽器喉部和壳侧分别进行蒸汽流动的模拟,其中壳侧蒸汽流动的模拟以喉部出口流场作为入口条件,基于凝汽器壳侧流场分布计算了用于判别汽流激... 详细信息

为了更好地评估凝汽器冷却管的汽流激振情况,提高电站凝汽器的安全保障,采用数值模拟方法,对凝汽器喉部和壳侧分别进行蒸汽流动的模拟,其中壳侧蒸汽流动的模拟以喉部出口流场作为入口条件,基于凝汽器壳侧流场分布计算了用于判别汽流激振的参数—临界横流速度和风险系数,从而完成对冷却管汽流激振的评估研究。对某凝汽器模拟研究结果表明:该凝汽器两侧上方“树枝”间管束模块外围冷却管处汽流激振的风险系数约为1.2,存在很大的汽流激振可能性,所评估的汽流激振位置与该凝汽器冷却管振动失效位置有一定的吻合度。该方法可以在管束横截面上对凝汽器冷却管进行更具体细致的评估。

关键词：凝汽器冷却管壳侧流场汽流激振数值模拟

基于喉部出口流场的电站凝汽器管束汽流激振评估的数值研究

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汽轮机技术 2022年第5期64卷 354-358页

作者：张莉汪昆张冬鲍旭东危安泽刘强上海电力大学能源与机械工程学院上海201306 中核核电运行管理有限公司海盐314300

管束汽流激振现象的避免可以提高电站机组凝汽器的安全保障。采用数值模拟方法,对凝汽器喉部的蒸汽流动进行模拟,在基于喉部出口流场分布的基础上,选用判别汽流激振的工程经验公式——Peake C.C.公式完成了对管束汽流激振的评估研究。... 详细信息

管束汽流激振现象的避免可以提高电站机组凝汽器的安全保障。采用数值模拟方法,对凝汽器喉部的蒸汽流动进行模拟,在基于喉部出口流场分布的基础上,选用判别汽流激振的工程经验公式——Peake C.C.公式完成了对管束汽流激振的评估研究。研究结果表明,不同工况下喉部出口的流场分布有所不同,在喉部出口二维截面上评估出的可能发生汽流激振的位置也不同,但部分区域在不同工况下均存在较大的汽流激振可能性,建议在该区域采取防范措施。

关键词：凝汽器喉部出口流场汽流激振数值研究

耦合热、动载荷的汽流激振对汽轮机转子稳定性的影响

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汽轮机技术 2023年第1期65卷 35-38页

作者：薛川曹丽华司和勇东北电力大学能源与动力工程学院吉林132012

为揭示热、动载荷对汽轮机转子稳定性的影响,利用集总参数法建立的超超临界汽轮机高压缸转子各向异性支承模型,并将数值模拟获得的耦合前后的汽流激振力施加到对应的结点上,通过Riccati传递矩阵法求解并分析耦合热、动载荷对转子稳定性... 详细信息

为揭示热、动载荷对汽轮机转子稳定性的影响,利用集总参数法建立的超超临界汽轮机高压缸转子各向异性支承模型,并将数值模拟获得的耦合前后的汽流激振力施加到对应的结点上,通过Riccati传递矩阵法求解并分析耦合热、动载荷对转子稳定性的影响,结果表明:耦合前后的固有转速都随着负荷的增加,一阶增加,二阶减小,且变化不大,但对比来看耦合后的固有转速明显低于耦合前的;随着负荷的增加,一阶振幅的变化幅度减小;在较高负荷时热、动载荷可以提高一阶对数衰减率,但也存在着转子失稳风险。

关键词：超超临界汽轮机热、动载荷汽流激振稳定性

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汽轮机调节级汽流激振突变模型研究

中国电机工程学报 2013年第11期33卷 39-46+8页

作者：李建兰郭绪宏余辰黄树红华中科技大学能源与动力工程学院

汽流激振是影响大型汽轮机组安全运行的主要故障之一。根据突变理论、非线性振动理论以及流体动力学,从机理分析的角度出发,对汽轮机调节级在部分进汽下导致的汽流激振突变性能进行了定量分析。建立了部分进汽情况下调节级气流激振力模... 详细信息

汽流激振是影响大型汽轮机组安全运行的主要故障之一。根据突变理论、非线性振动理论以及流体动力学,从机理分析的角度出发,对汽轮机调节级在部分进汽下导致的汽流激振突变性能进行了定量分析。建立了部分进汽情况下调节级气流激振力模型,以及考虑汽流激振力的调节级非线性动力学模型,通过基于突变理论的推导,得到了调节级汽流激振的尖点突变流形和分岔集,确定了系统汽流激振突变的影响因子,讨论了振幅突变与影响因子的相关性,划分了系统工作的突变区域。最后,利用数值计算方法对汽流激振的幅值响应进行了分析,分析结果验证了基于突变理论的汽流激振突变分析方法的正确性。研究成果为汽轮机汽流激振突变性能的研究提供了一条新的途径。

关键词：汽轮机调节级部分进汽汽流激振突变理论突变性能分析