汽輪發(fā)電機(jī)組汽流激振基礎(chǔ)問(wèn)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(jī)組成為我國(guó)電力工業(yè)的主要發(fā)展方向。隨著機(jī)組容量增大和進(jìn)汽參數(shù)提高，汽流力對(duì)轉(zhuǎn)了振動(dòng)的影響越來(lái)越明顯，汽流激振問(wèn)題日益突出，成為影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。近年來(lái)已發(fā)生多起相關(guān)故障，汽流激振機(jī)理和抑制措施等方面的研究是目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。 本文從對(duì)密封動(dòng)力特性艤控制體求解模型的改進(jìn)、高效密封流動(dòng)參數(shù)傳遞計(jì)算模型研究、密封間隙內(nèi)三維、粘性、可壓縮

2、流場(chǎng)CFD建模技術(shù)及特性研究和部分進(jìn)汽對(duì)汽流激振力的影響研究等方面對(duì)汽流激振問(wèn)題進(jìn)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(dòng)中心在靜子中心的情況，忽略了靜態(tài)偏心和渦動(dòng)頻率的影響。本文將三角級(jí)數(shù)引入密封動(dòng)力特性分析中，建立了基于有限項(xiàng)三角級(jí)數(shù)展開(kāi)的密封靜、動(dòng)力特性分析模型，應(yīng)用三角級(jí)數(shù)逼近流動(dòng)參數(shù)，并對(duì)控制體方程進(jìn)行攝動(dòng)，求解靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性系數(shù)。該模型可分析非同心、非同步渦動(dòng)情況下的密封動(dòng)力特性。研究表明該模型用較少的三角級(jí)

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

4、內(nèi)的參數(shù)，從而得到整個(gè)密封的流動(dòng)參數(shù)。研究結(jié)果表明該模型能快速、準(zhǔn)確地逼近給定的數(shù)據(jù)，可簡(jiǎn)化復(fù)雜結(jié)構(gòu)密封間隙內(nèi)流動(dòng)參數(shù)的求解過(guò)程。 密封間隙內(nèi)流場(chǎng)是密封間隙激振力的研究基礎(chǔ)。本文針對(duì)汽輪機(jī)中部分進(jìn)汽等特殊工況對(duì)CFD建模技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以國(guó)產(chǎn)某型300MW汽輪機(jī)高壓前軸封為對(duì)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(jìn)后的模型有效地模擬了流體預(yù)旋、入口不均勻流情況下的復(fù)雜流場(chǎng)，擴(kuò)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(yù)旋等因素對(duì)流場(chǎng)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(jī)常用的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式，在一定負(fù)荷下會(huì)出現(xiàn)部分進(jìn)汽工況，對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)葉頂間隙激振力和鄰近密封內(nèi)的流場(chǎng)都產(chǎn)生較大影響。本文以國(guó)產(chǎn)某型300MW汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)及高壓前軸封為對(duì)象，一方面，建立了基于一元等比熵流動(dòng)模型及變工況熱力計(jì)算的葉頂間隙激振力計(jì)算模型，并對(duì)不同進(jìn)汽工況下的調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉受力情況進(jìn)行分析，研究了在不同的進(jìn)

6、汽方式對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉葉頂間隙激振力的影響。研究表明進(jìn)汽方式對(duì)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(xiàn)性改變，不同工況下汽流力的大小和方向會(huì)發(fā)生改變，直接影響軸承載荷。對(duì)動(dòng)態(tài)汽流力的研究表明，汽流激振不僅產(chǎn)生交叉剛度項(xiàng)，還會(huì)產(chǎn)生直接剛度項(xiàng)，兩者都很重要。良好的噴嘴組面積設(shè)計(jì)和優(yōu)化進(jìn)汽方式能減小汽流激振力，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。另一方面，通過(guò)對(duì)部分進(jìn)汽情況下密封間隙內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行研究，分析進(jìn)汽方式對(duì)壓力、速度分布和對(duì)轉(zhuǎn)子的作