低压排汽缸的性能对汽轮机经济性影响很大,国内外已有很多对排汽缸的研究,自动优化可使低压排汽缸优化更精细化。本文将低压排汽缸进行参数化设计,基于遗传算法对其进行自动优化,并分析了导流环上半修小对自动优化后导流环型线及排气缸性能的影响。结果表明导流环上半修小后自动优化的结果与不修的对比,修小后流场更加稳定,排汽缸静压恢复系数提高约3.2%;与原始对比,优化后排汽缸静压恢复系数提高了11.4%。

分瓣压制成型再拼焊的这种方式生产的导流环和理想设计状态存在着一定的偏差,文章对这种偏差所引起的排汽缸气动性能的变化进行了详细的计算分析。首先分析了拼焊弧段数(不考虑焊缝余高)和焊缝数量(仅考虑焊缝余高)对简化排汽缸模型气动性能的影响,然后针对某工程实际应用的排汽缸在假想的不同拼焊方式下的实际气动性能进行了验证计算。其研究成果可以为低压排汽缸导流环的设计和制造提供参考。

以某公司制造的带有非对称导流环的低压排汽缸为主要研究对象,采用标准k-ε模型,对不同蒸汽流量和不同入射角下排汽缸内流场和气动性能进行数值模拟。结果表明只考虑入口蒸汽沿轴向的流动时,额定流量下排汽缸的气动性能随着蒸汽质量流量的增加而升高,排汽缸最大静压恢复系数达到0.3,当蒸汽质量流量大于100%THA时,气动性能降低明显;考虑蒸汽入射角的影响时,排汽缸气动性能在最大入射角小于20°时变化较为平缓;角度继续增大后,排汽缸气动性能迅速恶化。非对称导流环表面的压力分布受蒸汽入射角影响显著。

本文以某改造汽轮机为背景,应用数值模拟以及理论计算的方法对低压缸排汽通道进行研究,分析了低压缸导流环的起始扩散角度、外直径对排汽缸相关性能的影响。结果表明随着导流环起始扩散角的减少,导流环外直径的增大,排汽缸的静压恢复系数均会得到提高,当起始扩散角为15°时,导流环外直径为5600 mm,流线与导流环贴合更好,流场分布稳定,静压恢复系数数值最大;优化导流环结构可以使低压排汽的静压恢复系数提高37.1%,总压损失系数降低了39%,排汽性能更优。

以某600MW汽轮机为研究对象,应用计算流体力学软件CFX对低压缸末级和排汽缸的耦合模型进行了数值模拟,分析了导流环的起始扩散角、直径以及轴向长度对排汽缸气动性能的影响。结果表明:随着导流环起始扩散角的增加,排汽缸的气动性能得到改善,但当增加到30°时,在扩压器内会产生流动分离,其最佳值为25°;导流环的直径和轴向长度过大或过小均不利于排汽缸的气动性能,其中直径最佳值为5000mm,轴向长度最佳值为900mm。选取3个变量最佳值作为导流环的优化方案,与优化前排汽缸的气动性能进行对比,排汽缸出口的静压恢复系数提高了7.2%,总压损失系数降低了8.4%,气动性能有了明显的改善。