汽輪發(fā)電機組汽流激振基礎(chǔ)問題及特性研究.pdf

1、由于面臨需求增加和節(jié)能減排的雙重壓力，大容量、高參數(shù)，特別是超、超超臨界汽輪發(fā)電機組成為我國電力工業(yè)的主要發(fā)展方向。隨著機組容量增大和進汽參數(shù)提高，汽流力對轉(zhuǎn)了振動的影響越來越明顯，汽流激振問題日益突出，成為影響機組安全穩(wěn)定運行的重要因素。近年來已發(fā)生多起相關(guān)故障，汽流激振機理和抑制措施等方面的研究是目前國內(nèi)外的研究熱點。 本文從對密封動力特性艤控制體求解模型的改進、高效密封流動參數(shù)傳遞計算模型研究、密封間隙內(nèi)三維、粘性、可壓縮

2、流場CFD建模技術(shù)及特性研究和部分進汽對汽流激振力的影響研究等方面對汽流激振問題進行深入研究。 傳統(tǒng)雙控制體模型主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)子渦動中心在靜子中心的情況，忽略了靜態(tài)偏心和渦動頻率的影響。本文將三角級數(shù)引入密封動力特性分析中，建立了基于有限項三角級數(shù)展開的密封靜、動力特性分析模型，應(yīng)用三角級數(shù)逼近流動參數(shù)，并對控制體方程進行攝動，求解靜態(tài)和動態(tài)特性系數(shù)。該模型可分析非同心、非同步渦動情況下的密封動力特性。研究表明該模型用較少的三角級

3、數(shù)項(8～10項)即可達到較高的精度，計算過程收斂較快(5～10次)。結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子偏心和渦動頻率都會對密封動力特性系數(shù)產(chǎn)生較大影響。 傳統(tǒng)密封動力特性分析模型將密封間隙作為整體建模，計算時間隨齒數(shù)增多為非線性增加。本文利用密封中幾何結(jié)構(gòu)重復較多的特點建立了流動參數(shù)傳遞分析模型。該模型將整個密封分解為若干獨立單元，首先建立獨立單元的進、出口傳遞映射關(guān)系，然后利用連續(xù)性條件將各個單元串聯(lián)，并根據(jù)進、出口邊界條件等已知條件確定各個單元

4、內(nèi)的參數(shù)，從而得到整個密封的流動參數(shù)。研究結(jié)果表明該模型能快速、準確地逼近給定的數(shù)據(jù)，可簡化復雜結(jié)構(gòu)密封間隙內(nèi)流動參數(shù)的求解過程。 密封間隙內(nèi)流場是密封間隙激振力的研究基礎(chǔ)。本文針對汽輪機中部分進汽等特殊工況對CFD建模技術(shù)進行改進，以國產(chǎn)某型300MW汽輪機高壓前軸封為對象，采用并行算法求解了三維、粘性、可壓縮N-S方程。結(jié)果表明，改進后的模型有效地模擬了流體預旋、入口不均勻流情況下的復雜流場，擴展了CFD模型的應(yīng)用范圍。以此

5、為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究和分析了偏心、預旋等因素對流場中壓力、速度、流量分布的影響，以及產(chǎn)生流體激振力的關(guān)鍵因素。 噴嘴調(diào)節(jié)是汽輪機常用的負荷調(diào)節(jié)方式，在一定負荷下會出現(xiàn)部分進汽工況，對調(diào)節(jié)級內(nèi)葉頂間隙激振力和鄰近密封內(nèi)的流場都產(chǎn)生較大影響。本文以國產(chǎn)某型300MW汽輪機調(diào)節(jié)級及高壓前軸封為對象，一方面，建立了基于一元等比熵流動模型及變工況熱力計算的葉頂間隙激振力計算模型，并對不同進汽工況下的調(diào)節(jié)級動葉受力情況進行分析，研究了在不同的進

6、汽方式對調(diào)節(jié)級動葉葉頂間隙激振力的影響。研究表明進汽方式對葉頂汽流激振力影響較大，在一定范圍內(nèi)汽流力隨偏心量的改變而線性改變，不同工況下汽流力的大小和方向會發(fā)生改變，直接影響軸承載荷。對動態(tài)汽流力的研究表明，汽流激振不僅產(chǎn)生交叉剛度項，還會產(chǎn)生直接剛度項，兩者都很重要。良好的噴嘴組面積設(shè)計和優(yōu)化進汽方式能減小汽流激振力，有利于機組的安全運行。另一方面，通過對部分進汽情況下密封間隙內(nèi)的流場進行研究，分析進汽方式對壓力、速度分布和對轉(zhuǎn)子的作