部分进汽涡轮和变几何涡轮的气动性能及振动研究

发布时间：2017-04-18 15:11

  本文关键词：部分进汽涡轮和变几何涡轮的气动性能及振动研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：叶轮机械在国民经济、工矿企业中有着广泛的应用，汽轮机和燃气轮机可作为发电设备原动机和各类动力装置。实际机组工作中工况经常变化，各不同工况下机组的气动性能会发生较大改变，同时机组的振动情况也将变化，本文结合试验和数值模拟计算，以部分进汽及可调导叶涡轮为案例分析变工况时涡轮机组的流动性能及振动特性，为如何在变工况下保证涡轮机组有足够的输出功率和较高的效率以及机组的安全性能提供依据。 本文对涡轮采用部分进汽时的非定常流动进行数值模拟，通过NUMECA的非定常计算研究了部分进汽时的非定常流动特性，分析了位于叶高中截面上涡轮的气动性能，并研究了不同转速、进汽条件及导叶角度对其影响，结果表明不同的工况下气流攻角绝对值较小的情况下涡轮内部的流动性能较好，机组的效率也较高，研究中也发现双进气道下比单进气道下的效率下降约5%。同时，计算动叶在转动过程中位于不同位置时的激振力，发现在堵塞部分与进汽部分的交界处存在较大的切向压力梯度，造成动叶在转过此部分时受到的轴向力和切向力急剧变化，对动叶强度要求增大，整个叶轮的受力不对称，由此造成的振动将比全周进汽下更为剧烈。研究中还发现，，进口总压相同时，部分进汽下的轴向力随转速的上升而增大，切向力则相反；转速相同时，部分进汽下的轴向力及切向力均随进口总压的增大而增大；风机转速及叶轮转速不变时，轴向力随导叶转角由负变正而增大，切向力则相反。对不同工况下的激振力进行傅里叶变换，分析其频谱特性，发现轴向力与切向力基频下谐波分量大小的变化情况与激振力变化一致。 为研究不同情况下变工况机组的振动问题，根据部分进汽试验台建立三维有限元模型。根据不同工况将激振力加载至有限元模型，对考察点在各个工况下不同方向的振动进行计算分析，为研究机组振动提供资料。研究发现，同一工况下，机组在各个方向上的振动强弱不一；在不同的工况下，转速、进口总压及导叶角度对激振力引起的振动都有较强的影响；双进气道下振动相比单进气道明显减弱。
【关键词】：部分进汽 变几何 激振力 频谱 振动
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK14
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 叶轮机械流动及振动研究概述10-12
• 1.2.1 叶轮机械流动和振动研究方法10-11
• 1.2.2 叶轮机械流动和振动国内外研究现状11-12
• 1.3 课题研究的主要内容12-13
• 第二章 叶轮机械 CFD 介绍13-20
• 2.1 Numeca 软件介绍13-14
• 2.2 叶轮机械 CFD 中网格划分特点14-16
• 2.2.1 多重网格技术14-15
• 2.2.2 动静叶交界面处理15-16
• 2.2.3 网格质量要求16
• 2.3 计算方法16-19
• 2.3.1 控制方程组16-17
• 2.3.2 湍流模型17-18
• 2.3.3 空间离散格式18
• 2.3.4 收敛精度的选择18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 部分进汽涡轮流动特性及激振力分析20-52
• 3.1 部分进汽数值模拟20-23
• 3.1.1 变几何涡轮部分进汽试验台介绍20-21
• 3.1.2 建模对象21
• 3.1.3 网格划分21-23
• 3.1.4 计算方法23
• 3.1.5 边界条件23
• 3.2 部分进汽下涡轮的流动特性分析23-38
• 3.2.1 部分进汽试验与数值模拟结果对比23-25
• 3.2.2 部分进汽非定常计算25-27
• 3.2.3 部分进汽气动性能及流动特性分析27-30
• 3.2.4 涡轮转速对部分进汽气动性能影响30-34
• 3.2.5 进口压力对部分进汽气动性能影响34-37
• 3.2.6 单进气道与双进气道流动损失比较37-38
• 3.3 部分进汽下动叶片所受激振力分析38-50
• 3.3.1 部分进汽激振力变化趋势分析38-42
• 3.3.2 部分进汽动叶片表面压力变化规律42-46
• 3.3.3 部分进汽动叶片激振力频谱特性46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 变几何涡轮的气动性能及受力分析52-64
• 4.1 变几何涡轮数值模拟52
• 4.1.1 建模对象52
• 4.1.2 网格划分、计算方法及边界条件设定52
• 4.2 变几何涡轮的流动特性分析52-58
• 4.2.1 数值模拟与试验结果对比52-53
• 4.2.2 变导叶转角下的涡轮气动性能及流动特性53-58
• 4.3 变几何涡轮的受力分析58-62
• 4.3.1 变导叶转角下的涡轮动叶受力及表面压力分布分析58-60
• 4.3.2 变导叶转角下的涡轮动叶受力频谱分析60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 部分进汽机组不同工况下的振动特性研究64-93
• 5.1 振动试验64-67
• 5.1.1 振动试验测试设备简介64-65
• 5.1.2 振动试验测点分布65
• 5.1.3 振动试验数据的处理理论基础65-67
• 5.1.4 振动试验数据的提取67
• 5.2 有限元计算方法67-69
• 5.2.1 有限元模型建立67-68
• 5.2.2 瞬态动力学分析68-69
• 5.3 激振力的加载69
• 5.4 有限元计算结果及分析69-91
• 5.4.1 部分进汽下不同进口总压振动结果及分析69-76
• 5.4.2 部分进汽下不同叶轮转速振动结果及分析76-81
• 5.4.3 不同导叶角度振动结果及分析81-86
• 5.4.4 单进气道与双进气道比较86-89
• 5.4.5 部分进汽机组的固有频率89-91
• 5.5 本章小结91-93
• 第六章 结论与展望93-95
• 参考文献95-98
• 致谢98-99
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文99

【参考文献】

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本文编号：315149