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超超临界汽轮机的密封激振及动力特性研究

超超临界汽轮机的密封激振及动力特性研究

作者：李想东北电力大学

学位级别：硕士

随着机组向着高参数、大容量方向发展,密封内汽流所产生的激振力对转子振动的影响越来越显著,密封汽流激振已成为重要问题。从汽流激振产生的根本原因来看,流体流经密封内部时,压力的周向不均匀分布会导致转子受力不均,进而诱发转子失... 详细信息

随着机组向着高参数、大容量方向发展,密封内汽流所产生的激振力对转子振动的影响越来越显著,密封汽流激振已成为重要问题。从汽流激振产生的根本原因来看,流体流经密封内部时,压力的周向不均匀分布会导致转子受力不均,进而诱发转子失稳。因此,研究迷宫密封流体激振机理及提高转子稳定性具有重要的理论研究意义和工程实用价值。本文以某1000MW机组的高压缸第一压力级隔板密封为例,建立密封转子三维模型,基于计算流体动力学软件FLUENT及动网格技术得到了密封动力特性系数,对密封间隙内汽流激振和密封动力特性进行深入研究,主要工作如下:超超临界汽轮机密封间隙较小,转子直径庞大。更细密的网格变形难以通过传统的多频涡动方程实现。实际中,受油膜力支撑的转子往往处于偏置状态,同时转子运动位置使得密封动力特性更加显著,汽流激振的影响不断增大,降低了系统的稳定性。因此,本文将单控制方程改进为双控制方程,基于动网格技术,实现微间隙转子涡动,研究不同运行参数、转子运动特征参数以及不同结构参数下的密封动力特性。在运行参数和转子运动特征参数方面,随着压比增大,蒸汽轴向贯通效应增强,直接刚度k增大,直接阻尼c随着频率的增加先减小后不变,而直接阻尼c受频率影响较小。有效阻尼在低频范围内波动效果较为明显,并且随着压差的增大,有效阻尼也呈现出增大的趋势。随着涡动频率和偏置量的增加,密封直接刚度k增加。偏置量对直接阻尼产生影响,较小偏置量时能够提高直接阻尼。大偏置量下会使得密封流体动压效应增强,密封汽流激振力增大,促进转子运动,不利于转子系统稳定。大偏置量的有效阻尼随频率增加而减小。随着涡动频率的增加,直接刚度k在涡动半径较小时变化很小。低频范围内涡动半径的增加不利于转子稳定。在结构参数方面,不同密封间隙下的压力和速度场表现出随着密封间隙的减小,密封腔室内由于齿尖处的节流和密封腔室内的动能耗散作用会形成漩涡,从而降低流体压力,达到密封的作用,节流效果较好。密封间隙较小时比其它间隙时的直接刚度系数增大86.7%,直接阻尼系数c在低频范围内变化较大。当汽流进入密封腔室后,会喷射到密封齿上,此时加厚密封齿的大小,就能够在密封腔室内增加湍流耗散,能够减小泄漏量,减轻汽流激振力带来的影响。直接刚度k对各个密封齿厚对涡动频率依赖性较低,而直接阻尼系数c在低频范围5-15Hz内其值变化较大。随着齿长的增加,密封内的平均压力逐渐增加,而且使流场的整体气动性能增强。不同密封齿长下的直接刚度系数k随着频率的增加其值略微增加,而直接阻尼c的大小变化趋势不大。不同密封齿长下的有效阻尼C先增加后又近似保持不变,此时转子的稳定性增加。

关键词：超超临界汽轮机迷宫密封汽流激振动力特性

超超临界汽轮机转子-轴承-密封系统的动力学特性研究

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超超临界汽轮机转子-轴承-密封系统的动力学特性研究

作者：高路路东北电力大学

学位级别：硕士

1000 MW机组因具有低煤耗率、低排放、高效益比和运行灵活等优点已经成为发电行业的主力军。但机组容量变大,蒸汽参数的升高极易引发强烈的密封汽流激振现象。因此有必要研究汽轮机转子受密封汽流激振影响下的运动和振动特性,为机组的... 详细信息

1000 MW机组因具有低煤耗率、低排放、高效益比和运行灵活等优点已经成为发电行业的主力军。但机组容量变大,蒸汽参数的升高极易引发强烈的密封汽流激振现象。因此有必要研究汽轮机转子受密封汽流激振影响下的运动和振动特性,为机组的设计优化奠定理论基础。本文主要工作如下:首先,推导出转子-轴承系统的运动方程组并利用Runge-Kutta法求解,研究汽轮机冲转升速过程中不同因素所影响的转子运动特性。结果表明:在不同因素影响下转子均先后经历周期运动、拟周期运动以及混沌运动。在一定的转速区间内出现大幅度“阶跃”现象后至额定转速时恢复稳定。轴长和质量偏心量的增加,使得系统的非线性度增大,稳定性有所降低,而轴承径向间隙的变化对于系统稳定性有一定的促进作用。其次,建立某1000 MW汽轮机组高压缸隔板密封模型,应用多频涡动模型和动网格技术,结合FLUENT计算不同运行条件和密封参数下的密封汽流激振力,将其拟合为密封汽流激振的计算公式。建立转子-轴承-密封系统,求解耦合密封汽流激振力的运动方程组,分析密封汽流激振力对转子动力特性的影响。结果表明:汽流激振的影响随着负荷的升高而增强。负荷升高的过程中随着压比和密封间隙的增加以及考虑非线性刚度,系统经历混沌运动-混沌“二周期”运动-混沌运动的转变。松动故障导致系统的运动规律更加紊乱,散点位移跳跃性变化。频谱图中,当压比和密封间隙增加以及考虑非线性因素时,出现“密频现象”的同时1/2工频分量增加以及1/3和2/3工频分量出现提前。系统对应的平均Lyapunov指数分别增加16.33%、16.5%、16.9%和42.9%。而密封齿厚的增加能够减小转子的位移跨度,系统的1/2工频幅值减小,半工频振动减弱,所衍生的1/3和2/3工频的出现推迟。系统平均指数降低23.89%。最后,采用集总参数法模化汽轮机高压缸转子,建立高压缸整轴模型,将前8级的汽流激振力耦合到转子上,利用Riccati传递矩阵法求解不同负荷时密封汽流激振力对各向异性转子动力特性的影响。结果表明:增加密封可以提高转子的固有转速,并且抑制转子的振动幅度。随着转子偏心量由0.025 mm增加到0.2 mm以及密封间隙由0.5 mm增加到0.8mm时,转子一阶x-z、y-z面投影幅值增加,一阶固有转速分别下降0.65%和0.85%,对数衰减率分别下降4%和3.8%,转子稳定性下降。密封齿厚的增加有利于减小转子一阶竖直平面的投影振幅,并且当齿厚由0.4 mm增加到0.6 mm时,一阶固有转速增加0.85%,对数衰减率增加0.27%。

关键词：超超临界汽轮机密封汽流激振转子运动特性稳定性

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超超临界汽轮机高压转子低周疲劳及损伤分析

上海交通大学学报 2015年第5期49卷 590-594页

作者：赵乃龙吴穹王炜哲张军辉上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240 上海交通大学燃气轮机研究院上海200240 上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂上海200240

为了评估国产某百万级超超临界汽轮机高压转子的高温强度,利用有限元分析软件Abaqus建立了超超临界汽轮机高压转子的轴对称有限元模型,加载了相应的热力边界条件,分析了转子在冷态启动过程中的温度和应力分布以及特征点的等效应变变化过... 详细信息

为了评估国产某百万级超超临界汽轮机高压转子的高温强度,利用有限元分析软件Abaqus建立了超超临界汽轮机高压转子的轴对称有限元模型,加载了相应的热力边界条件,分析了转子在冷态启动过程中的温度和应力分布以及特征点的等效应变变化过程,并采用Mansoncoffin公式预测转子在冷态启停过程中产生的疲劳损伤.结果表明:在转子启动初期,凝结换热所导致的转子表面与转子中心的温差较大;在转子启动初期,转子受热不均匀所引起的热应力较大,在转子启动后期,其应力降至较低水平;高压转子在平衡活塞圆弧段产生的低周疲劳损伤最大,但其值仅为1.692×10-4,在所设计的使用条件(30a启停360次)下不会出现低周疲劳失效的危险.

关键词：超超临界汽轮机高压转子低周疲劳损伤分析

超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统冷却特性研究

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西安交通大学学报 2013年第5期47卷 24-30页

作者：霍文浩晏鑫李军丰镇平西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统的冷却特性,给出了系统作用下高压缸内外缸和轴端平衡活塞等固体部件的温度场分布特性,对比了有/无内部旁路冷却系统在不同条件下高压缸的温度场。... 详细信息

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统的冷却特性,给出了系统作用下高压缸内外缸和轴端平衡活塞等固体部件的温度场分布特性,对比了有/无内部旁路冷却系统在不同条件下高压缸的温度场。研究结果表明:超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统能有效冷却高压缸内缸和轴端平衡活塞,使整体温度水平明显下降,高压缸外缸温度略有上升,高压缸内缸在旁路冷却系统的作用下温度分布均匀;对于阶梯式平衡活塞的冷却作用,主要取决于3段汽封长度、汽封齿间隙及平衡活塞前径向间隙。

关键词：超超临界汽轮机旁路冷却系统冷却特性数值模拟

超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统流动特性的研究

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西安交通大学学报 2013年第3期47卷 42-47页

作者：霍文浩晏鑫李军丰镇平西安交通大学叶轮机械研究所西安710049

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较。结果表明... 详细信息

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较。结果表明:旁路冷却系统中流动形态主要受系统结构和蒸汽自身流动特性的影响;温度场分布不仅受蒸汽流动形态的影响,还取决于高压缸固体域对流体域的传热作用。研究结论验证了,耦合流动传热数值方法能够更加真实地反映旁路冷却系统内温度场的分布。

关键词：超超临界汽轮机旁路冷却系统流动传热特性数值模拟

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超超临界汽轮机蒸汽冷却技术的数值研究

哈尔滨工业大学学报 2005年第12期37卷 1703-1704,1738页

作者：吕智强韩万金哈尔滨工业大学能源科学与工程学院

借助数值模拟技术研究了某汽轮机第一级叶轮蒸汽冷却问题,通过对计算结果的对比分析,确定了对应最佳冷却方式的气动参数,为超超临界汽轮机高、中压转子冷却方案的确定提供了理论依据.

关键词：超超临界汽轮机蒸汽冷却技术三维气热耦合

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超超临界汽轮机全负荷段性能优化试验研究

动力工程学报 2020年第6期40卷 454-459,468页

作者：徐冒颖刘伟沈铭科上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

为了得到机组经济性在全负荷段变化较小时的滑压曲线,对某1000 MW超超临界汽轮机组进行了全负荷段工况性能试验、宽负荷配汽方式性能试验、变背压特性性能试验及循环水泵优化试验,对全负荷段工况滑压曲线进行优化,并根据机组实际背压特... 详细信息

为了得到机组经济性在全负荷段变化较小时的滑压曲线,对某1000 MW超超临界汽轮机组进行了全负荷段工况性能试验、宽负荷配汽方式性能试验、变背压特性性能试验及循环水泵优化试验,对全负荷段工况滑压曲线进行优化,并根据机组实际背压特性曲线和循环水泵优化试验结果调整滑压曲线,得到了经济性较优且满足负荷响应速率的滑压曲线。结果表明:同负荷下不同高压调节阀开度运行时,全开方式运行高压缸效率最高,热耗率最低,经济性最好,但负荷响应却较慢,采用38%高压调节阀开度可以满足负荷响应速率需求。

关键词：超超临界汽轮机全负荷配汽方式滑压优化

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超超临界汽轮机低压焊接转子在役检查评估

热力透平 2022年第4期51卷 250-253,277页

作者：霍鑫戴云杨仁杰陈健上海电气电站设备有限公司汽轮机厂上海200240 江苏南通发电有限公司南通226000

介绍了上海汽轮机厂生产制造的1000 MW级火电汽轮机低压焊接转子的基本制造加工情况,其运行服役数据显示振动达到优秀水平。同时对焊缝区域进行了检测评估,结果表明,焊缝区域的硬度、组织正常,各项性能均满足设计要求,转子可以继续稳定... 详细信息

介绍了上海汽轮机厂生产制造的1000 MW级火电汽轮机低压焊接转子的基本制造加工情况,其运行服役数据显示振动达到优秀水平。同时对焊缝区域进行了检测评估,结果表明,焊缝区域的硬度、组织正常,各项性能均满足设计要求,转子可以继续稳定服役。研究成果可为汽轮机焊接转子产品在役检查评估提供参考。

关键词：超超临界汽轮机焊接转子在役检查

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超超临界汽轮机高压内缸的高温强度分析

中国科技期刊数据库工业A 2023年第6期 152-155页

作者：陈建磊甘肃电投张掖发电有限责任公司甘肃张掖734000

目前我国研发而成的超超临界设计机组,相较于传统的设计机组,其进气参数更高,热效率更好,与此同时,在运转过程中排放出来的二氧化碳总量更低,也不会对环境带来较大的污染。但由于超高压模块进汽参数得到了全方位的提升,远高于目前的超... 详细信息

目前我国研发而成的超超临界设计机组,相较于传统的设计机组,其进气参数更高,热效率更好,与此同时,在运转过程中排放出来的二氧化碳总量更低,也不会对环境带来较大的污染。但由于超高压模块进汽参数得到了全方位的提升,远高于目前的超超临界高压模块限制值。为进一步满足蒸汽压力的提升要求,需在超高压机组部件内部,提高内缸的壁厚,同时对结构设计尺寸进行全方位的更改,而这些设计内容的调整,也会对机组的启动和停机瞬态应力带来一定程度的负面影响。因此需要加强对其内缸强度的计算和分析,以改善内缸的结构水平,优化启动时的温度上升速率,以确保机组可以在其使用时间内,获得安全稳定的运行效果。基于此,文章针对超超临近汽轮机高压内缸的高温强度展开分析,并提出了具体的分析策略,以供参考。

关键词：超超临界汽轮机高压内缸高温强度强度分析