基于控制变量法对某跨音速离心压气机进行数值模拟,研究了叶轮尾缘叶间隙改变对其气动性能的影响。仅改变该离心叶轮的尾缘叶顶间隙,在设计转速下进行全三维黏性数值模拟,对相关气动参数进行分析。计算结果表明,相较于小流量工况,尾缘叶顶间隙的改变对离心压气机大流量工况的气动性能影响更大;在设计流量下,离心叶轮的压比、效率与叶轮尾缘出口间隙大小之间具有一定的线性关系,随着叶尖间隙增大,叶轮叶尖泄漏流的强度明显增强,导致叶轮的增压能力下降。

为了提高工业汽轮机效率,实现节能减排和降低加工制造成本,对高转速工业汽轮机低压级组进行气动设计,并对其进行三维气动分析。完成了低压级组的一维设计、二维气动设计和叶型设计:动叶转速为6600r/min,进口总压为200kPa、进口总焓为2684.2kJ/kg、背压为7kPa下的流量为51.2t/h,总总效率为92.4%,总静效率为88.6%,达到设计要求。末级动叶的径高比为2.68,降低了转子的尺寸。三维流场分析显示:低压级组载荷分布均匀,级间匹配合理,气动性能良好;气动参数沿叶高分布均匀,叶片沿叶高具有良好的攻角特性。

超超临界机组常采用外置补汽阀的方式调节流量,但补汽阀门开启后会对高压缸内原有轴向流动的蒸汽造成扰动,导致汽轮机高压转子部分的振动上升,甚至影响机组的安全运行。为探究不同的进汽方式产生的气流激振力的影响,将一种常用进汽方式(径向进汽方式)和一种改进的进汽方式(切向-轴向进汽方式)在不同的总补汽量和上、下补汽量不同的工况下产生的气动力转换为刚度,然后利用Riccati传递矩阵法计算转子的临界转速和稳定性,结果表明,切向-轴向进汽方式产生的气动力较小,对转子轴系的稳定性影响较小;同时当上补汽量大于下补汽量时对轴系稳定性有益,该结果能够为旁通补汽结构的设计和机组的运行提供参考。

为揭示非轴对称端壁控制涡轮动叶二次流的物理机制,建立了一种新型的Bezier曲线造型方法,采用数值模拟的方式,对某一燃气涡轮的第一级动叶进行研究。结果表明,此造型法通过合理地调整横向压力梯度,从而有效地推迟通道涡的发展,使得通道涡的强度和尺度都小于轴对称端壁对应的情况,进而减小了损失,提升了效率,最优方案使得相对总压损失减小了4.7%,效率提升了0.48%。

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。

针对亚临界300MW汽轮机出现的一次调频性能不稳定问题,进行了高调门流量特性的综合测试诊断,结合理论分析发现了高调门存在硬件间隙故障,找到了调频性能不稳定的根源所在。当机组高调门存在硬件链接不紧密故障时,不仅会引起负荷突变故障,而且还会导致一次调频性能不稳定。然后,针对机组实际调门故障情况,基于阀门重组策略设计了新的顺序阀规律,不仅能够兼顾机组调频性能问题,而且能够使1号、2号瓦的瓦温和轴振值维持在原有稳定水平。因此,该测试方法及优化策略具有一定的有效性及应用价值。

五轴联动机床是实现复杂曲面高精度、高效率加工的有效工具,在增加两回转轴扩大刀具自由度的同时,也增加了回转轴造成的刀具姿态误差.针对回转轴的非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致低的表面加工精度,如叶轮、叶片等复杂曲面零件会在进出汽边发生过切、欠切现象,提出了一种姿态误差优化策略.首先对回转轴线性插补产生刀具姿态误差进行分析;其次通过投射线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后通过仿真及叶轮试件切削加工,论证了该方法的有效性.

针对传统汽轮机调节阀组综合流量特性斜率为1的线性度设计规则,定义了特性曲线设计的自由度概念;在此基础上,根据实际机组调节特性差异性,提出了基于实际运行大数据的流量特性变自由度设计及实现策略。在多台实际变负荷能力受限、被电网考核严重的亚临界330MW供热机组上进行实际应用测试,取得了良好的应用效果AGC性能指标提升明显,给电厂带来很大的间接经济效益。所以,该汽轮机调节阀组流量特性的优化设计策略具有非常大的有效性及实际应用价值。

目前对可倾瓦轴承润滑性能的研究普遍局限于轴承偏心率0-1的范围。以四瓦可倾瓦轴承为对象,研究轴承偏心率大于1,即大偏心工况下,可倾瓦轴承的润滑性能。计算某可倾瓦轴承瓦间承载下的静动特性参数并与典型瓦面承载计算结果对比分析,并针对支点系数0.5、比压为0.6MPa的实例进行具体说明。结果表明：可倾瓦轴承在常用比压下会出现轴承大偏心状态,瓦间承载下承载力、最小膜厚和油膜刚度等关键润滑性能随偏心率变化的曲线与瓦面承载下的曲线相比有明显的滞后特点。

滞后角的合理选取对旋转机械动平衡试验次数影响很大。采用有限元法计算分析了某大型汽轮机低压转子柔性支撑下不平衡响应滞后角的变化特性。研究表明,柔性支撑下临界转速附近滞后角变化幅度大于刚性支撑,轴承座振动滞后角与绝对轴振滞后角相近,大于相对轴振滞后角。柔性支撑下,临界转速下降到工作转速以内或工作转速附近,导致支撑刚度对滞后角影响较大。结合现场动平衡试验,开展了某汽轮机低压转子振动滞后角变化规律测试分析,验证了计算分析结果。