热电联产汽轮机瞬变流量工况下流体激励及自愈抑振研究
发布时间：2021-07-26 12:47
大型热电联产汽轮机组因其能源利用率高、有害气体排放量低等突出优势成为解决城市集中供热供求矛盾,提升能量转化热效率的主要发展趋势。瞬变流量工况下流体激励及其特有的诱振失稳机制等研究基础薄弱成为限制我国热电联产机组大规模应用的主要壁垒。本文以瞬变流量工况下的汽轮机转子为例,通过研究瞬变进气扰动诱发的流体激励及求解方法,建立统一描述柔性叶片几何非线性与围带摩擦阻尼激励依赖非线性的转子系统动力学模型,阐明流体诱振机理,建立基于围带阻尼的自愈抑振技术,为建立汽轮机转子进气参数优化设计方法和高效增稳减振技术提供理论基础。以探明瞬变流量工况下流体诱振机理为研究目标,建立瞬变流量工况流体激励模型及其数值计算方法。流体激励模型包括在叶片表面瞬态分布压力模型和时空离散模型,首先基于连续性方程、泰勒公式,建立瞬变流量工况下流体激励在叶片表面的瞬态分布压力模型,并采用时空离散方法,建立瞬变流量工况下流体激励时空离散模型,将瞬态分布激励离散为瞬态均布与稳态分布两个部分,统一在模型中,以同时求解流体激励“时间分布”和“空间分布”问题。通过建立瞬变流量工况流体激励求解方法获得叶片表面瞬态分布压力,利用反距离加权插值...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２叶片任意截面上的进气流量??参?？??Ｆｉｇ．２－２?Ｉｎｌｅｔ?ｆｌｏｗ?ｏｎ?ａｎｙ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｌａｄｅ??
?第２章瞬变流量工况下的流体激励及其求解方法???流体计兑域节＃／??Ｘ?ＩＮ＾／??？初、…土以、??＾ｓ；?，?’?？？？、尸仅?ｖ，二，）??＿／?，??叶片结构节点??图２－３三维实体单元等效流体激励??Ｆｉｇ．?２－３?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｏｌｉｄ?ｕｎｉｔ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ??其中，；４，（Ｕ，?ｚ）为流场网格节点／（离散点）在ＴＦＣ下的瞬态压力，ｒｆ，．为流体网格??节点与叶片（固体）网格节点火插值点）间的距离；《为离散点的数量；７Ｖ为叶片六??面体单元形函数。；４⑴可利用积分平均值计算获得叶片表面均布载荷，进而采??用快速傅里叶变换获得以激励谱形式表达的瞬态均布激励Ｆｔｆ（〇，综上，ＴＦＣ下??ｐ?（ｘ，少，ｚ，?ｆ?Ｌ可转化为如（２－１３）式所表达的流体激励力：??Ｆｆ?＼ＴＦ?（ｘ，?ｙ，?ｚ，?／）?＝Ｆｔｆ?（ｘ，?ｙ，?ｚ）＋Ｆｔｆ?（ｔ）?（２－１３）??可用于后续深入研究瞬变流量工况下柔性叶片转子系统的流体激??励诱振特性。??２．２瞬变流置工况流体激励的数值求解方法??瞬变流量工况下热电联产机组中的流动过程属于三维可压缩非定常流动，目??前无法直接解析求解其流动控制方程（附录Ｉ式（Ｉ－１ＨＩ－９）），本节针对此问题提出??瞬变流量工况流体激励的数值求解方法。??２．２．１瞬变流量工况下流体激励求解流程??数值求解Ａ?少，Ｚ，ｒ）主要步骤如图２－４所示：??①根据机组的结构和运行工况将流场计算域简化至低压末级转子，并根据旋??转周期性边界条件简化为包含２静叶通道和３动叶通道的流体计算域，采用结构??化网格离散
Ｉ?｜?Ａｎｓｙｓ?Ｔｕｒｂｏ＾ｒｉｄ中利用结?［?Ｉ??＊??＇??｜?Ｉ?构化Ｍ格离散模型?｜?ｊ￣?设Ｓ边界条件?丨??Ｌ?■?Ｉ??Ｔ??Ｉ??Ｉ?１?Ｉ??＊??Ｉ??，Ｓｔｅｐ３?提取流体激励力?｜?｜?ＳＳ数值求解条件?｜??丨｜利用反距离加权插值法和基十虛功松理｜丨Ｉ?Ｔ?Ｉ??Ｉ?的等效法，将瞬态分布压力刀等?｜?｜??＾??Ｉ??：?效为流体激励力巧１ｒｎ?＾?１?获取瞬态分布压力；｜??Ｌ?，?Ｉ?Ｉ??图２－４瞬变流量工况流体激励的数值求解方法??Ｆｉｇ．?２－４?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｕｎｄｅｒ?ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｆｌｏｗ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??③提取激励力：利用２．１．２节中提出的流体激励时空离散模型，将??转化为流体激励力＾。??２．２．２流体计算域及网格划分??２．２．１节步骤①中利用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的涡轮叶片设计模块创建流道几何模型??作为流场计算域，并利用结构化网格进行离散，如图２－５所示。??１??图２－５流场计算域有限元模型??Ｆｉｇ．２－５?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｆｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴承结合面间隙对转子支承系统动态特性影响[J]. 甄天辉,唐委校. 机械设计与制造. 2018(S1)
[2]船用汽轮机组振动激励源特性分析[J]. 孙原理,雷博,郑辉. 噪声与振动控制. 2017(06)
[3]核电汽轮机末级长叶片低周疲劳寿命预测研究[J]. 顾璐寅,王恭义,余德启. 热力透平. 2015(04)
[4]流体激励诱发轴流泵结构振动计算方法[J]. 赵博,陈长盛,符栋梁,王强. 噪声与振动控制. 2015(02)
[5]具有初始弯曲的1000MW汽轮机低压转子的振动特征分析[J]. 吴文青,谢诞梅,杨毅,胡鹏飞. 振动与冲击. 2014(17)
[6]超超临界汽轮机调节级叶片的汽流激振力研究[J]. 王明坤,刘姗姗,王晓斐,庄会庆,戴义平. 汽轮机技术. 2014(03)
[7]汽轮机低压末级长叶片载荷脉动特征分析[J]. 祁明旭,杨建道,杨锐,阳虹. 工程热物理学报. 2013(12)
[8]基于改良整体滑动模型的缘板干摩擦阻尼器减振特性研究[J]. 卢娜,任兴民,岳聪,何尚文,邓旺群,杨永锋. 机械科学与技术. 2013(09)
[9]流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究[J]. 窦唯,刘占生. 机械科学与技术. 2013(03)
[10]单级轴流压气机的旋转失速特性实验[J]. 罗志煌,李军,杨朴,吴云,刘东健,李凡玉. 航空动力学报. 2013(02)
博士论文
[1]大型汽轮机转子系统流体诱振及稳定性研究[D]. 郭冰.山东大学 2018
[2]1000MW超超临界汽轮机汽流激振特性研究与应用[D]. 谌莉.武汉大学 2017
[3]航空发动机压气机叶片流固耦合振动的动力学特性研究[D]. 王丹.哈尔滨工业大学 2016
[4]航空发动机叶片和转子气流激励下非线性动态响应研究[D]. 韩刚.哈尔滨工业大学 2015
[5]复杂转子耦合系统有限元建模及其动力特性研究[D]. 费钟秀.浙江大学 2013
[6]超超临界汽轮发电机组气流激振机理分析及实验研究[D]. 李忠刚.哈尔滨工业大学 2012
[7]局部进汽引发轴系故障的机理及对策[D]. 段岩峰.哈尔滨工业大学 2010
[8]叶片—转子—轴承耦合系统的非线性动力学特性研究[D]. 王立刚.哈尔滨工业大学 2009
[9]超超临界汽轮机组转子系统振动特性及若干故障转子非线性特性的研究[D]. 沈小要.上海交通大学 2007
[10]转子—轴承—密封系统动力学建模及其特性研究[D]. 肖忠会.复旦大学 2006
硕士论文
[1]核电汽轮机转子叶片围带内阻尼定量计算与动态优化研究[D]. 刘锦.山东大学 2018
[2]核电汽轮机叶栅—轴系统振动特性研究[D]. 乔鹏.山东大学 2017
[3]轴承不对中双转子系统振动特性分析[D]. 夏锟.沈阳航空航天大学 2016
[4]600MW汽轮发电机组转子轴系振动特性研究[D]. 胡建涛.华北电力大学 2013
[5]基于双流体模型的湿蒸汽两相流动数值模拟[D]. 于新峰.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3303592
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２叶片任意截面上的进气流量??参?？??Ｆｉｇ．２－２?Ｉｎｌｅｔ?ｆｌｏｗ?ｏｎ?ａｎｙ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｌａｄｅ??
?第２章瞬变流量工况下的流体激励及其求解方法???流体计兑域节＃／??Ｘ?ＩＮ＾／??？初、…土以、??＾ｓ；?，?’?？？？、尸仅?ｖ，二，）??＿／?，??叶片结构节点??图２－３三维实体单元等效流体激励??Ｆｉｇ．?２－３?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｏｌｉｄ?ｕｎｉｔ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ??其中，；４，（Ｕ，?ｚ）为流场网格节点／（离散点）在ＴＦＣ下的瞬态压力，ｒｆ，．为流体网格??节点与叶片（固体）网格节点火插值点）间的距离；《为离散点的数量；７Ｖ为叶片六??面体单元形函数。；４⑴可利用积分平均值计算获得叶片表面均布载荷，进而采??用快速傅里叶变换获得以激励谱形式表达的瞬态均布激励Ｆｔｆ（〇，综上，ＴＦＣ下??ｐ?（ｘ，少，ｚ，?ｆ?Ｌ可转化为如（２－１３）式所表达的流体激励力：??Ｆｆ?＼ＴＦ?（ｘ，?ｙ，?ｚ，?／）?＝Ｆｔｆ?（ｘ，?ｙ，?ｚ）＋Ｆｔｆ?（ｔ）?（２－１３）??可用于后续深入研究瞬变流量工况下柔性叶片转子系统的流体激??励诱振特性。??２．２瞬变流置工况流体激励的数值求解方法??瞬变流量工况下热电联产机组中的流动过程属于三维可压缩非定常流动，目??前无法直接解析求解其流动控制方程（附录Ｉ式（Ｉ－１ＨＩ－９）），本节针对此问题提出??瞬变流量工况流体激励的数值求解方法。??２．２．１瞬变流量工况下流体激励求解流程??数值求解Ａ?少，Ｚ，ｒ）主要步骤如图２－４所示：??①根据机组的结构和运行工况将流场计算域简化至低压末级转子，并根据旋??转周期性边界条件简化为包含２静叶通道和３动叶通道的流体计算域，采用结构??化网格离散
Ｉ?｜?Ａｎｓｙｓ?Ｔｕｒｂｏ＾ｒｉｄ中利用结?［?Ｉ??＊??＇??｜?Ｉ?构化Ｍ格离散模型?｜?ｊ￣?设Ｓ边界条件?丨??Ｌ?■?Ｉ??Ｔ??Ｉ??Ｉ?１?Ｉ??＊??Ｉ??，Ｓｔｅｐ３?提取流体激励力?｜?｜?ＳＳ数值求解条件?｜??丨｜利用反距离加权插值法和基十虛功松理｜丨Ｉ?Ｔ?Ｉ??Ｉ?的等效法，将瞬态分布压力刀等?｜?｜??＾??Ｉ??：?效为流体激励力巧１ｒｎ?＾?１?获取瞬态分布压力；｜??Ｌ?，?Ｉ?Ｉ??图２－４瞬变流量工况流体激励的数值求解方法??Ｆｉｇ．?２－４?Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?ｕｎｄｅｒ?ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｆｌｏｗ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??③提取激励力：利用２．１．２节中提出的流体激励时空离散模型，将??转化为流体激励力＾。??２．２．２流体计算域及网格划分??２．２．１节步骤①中利用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的涡轮叶片设计模块创建流道几何模型??作为流场计算域，并利用结构化网格进行离散，如图２－５所示。??１??图２－５流场计算域有限元模型??Ｆｉｇ．２－５?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｆｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴承结合面间隙对转子支承系统动态特性影响[J]. 甄天辉,唐委校. 机械设计与制造. 2018(S1)
[2]船用汽轮机组振动激励源特性分析[J]. 孙原理,雷博,郑辉. 噪声与振动控制. 2017(06)
[3]核电汽轮机末级长叶片低周疲劳寿命预测研究[J]. 顾璐寅,王恭义,余德启. 热力透平. 2015(04)
[4]流体激励诱发轴流泵结构振动计算方法[J]. 赵博,陈长盛,符栋梁,王强. 噪声与振动控制. 2015(02)
[5]具有初始弯曲的1000MW汽轮机低压转子的振动特征分析[J]. 吴文青,谢诞梅,杨毅,胡鹏飞. 振动与冲击. 2014(17)
[6]超超临界汽轮机调节级叶片的汽流激振力研究[J]. 王明坤,刘姗姗,王晓斐,庄会庆,戴义平. 汽轮机技术. 2014(03)
[7]汽轮机低压末级长叶片载荷脉动特征分析[J]. 祁明旭,杨建道,杨锐,阳虹. 工程热物理学报. 2013(12)
[8]基于改良整体滑动模型的缘板干摩擦阻尼器减振特性研究[J]. 卢娜,任兴民,岳聪,何尚文,邓旺群,杨永锋. 机械科学与技术. 2013(09)
[9]流体激振力对高速泵转子振动特性的影响研究[J]. 窦唯,刘占生. 机械科学与技术. 2013(03)
[10]单级轴流压气机的旋转失速特性实验[J]. 罗志煌,李军,杨朴,吴云,刘东健,李凡玉. 航空动力学报. 2013(02)
博士论文
[1]大型汽轮机转子系统流体诱振及稳定性研究[D]. 郭冰.山东大学 2018
[2]1000MW超超临界汽轮机汽流激振特性研究与应用[D]. 谌莉.武汉大学 2017
[3]航空发动机压气机叶片流固耦合振动的动力学特性研究[D]. 王丹.哈尔滨工业大学 2016
[4]航空发动机叶片和转子气流激励下非线性动态响应研究[D]. 韩刚.哈尔滨工业大学 2015
[5]复杂转子耦合系统有限元建模及其动力特性研究[D]. 费钟秀.浙江大学 2013
[6]超超临界汽轮发电机组气流激振机理分析及实验研究[D]. 李忠刚.哈尔滨工业大学 2012
[7]局部进汽引发轴系故障的机理及对策[D]. 段岩峰.哈尔滨工业大学 2010
[8]叶片—转子—轴承耦合系统的非线性动力学特性研究[D]. 王立刚.哈尔滨工业大学 2009
[9]超超临界汽轮机组转子系统振动特性及若干故障转子非线性特性的研究[D]. 沈小要.上海交通大学 2007
[10]转子—轴承—密封系统动力学建模及其特性研究[D]. 肖忠会.复旦大学 2006
硕士论文
[1]核电汽轮机转子叶片围带内阻尼定量计算与动态优化研究[D]. 刘锦.山东大学 2018
[2]核电汽轮机叶栅—轴系统振动特性研究[D]. 乔鹏.山东大学 2017
[3]轴承不对中双转子系统振动特性分析[D]. 夏锟.沈阳航空航天大学 2016
[4]600MW汽轮发电机组转子轴系振动特性研究[D]. 胡建涛.华北电力大学 2013
[5]基于双流体模型的湿蒸汽两相流动数值模拟[D]. 于新峰.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3303592
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3303592.html
