变工况条件下汽轮机高压缸末级气动及强度性能研究

简介

采用单向流固耦合分析方法,对4种抽汽量(0%、8%、15%和20%)工况下的汽轮机高压缸末级气动和强度性能进行了数值研究,获得了末级变工况条件下的气动效率和动叶气动载荷分布。以气动载荷为边界条件,对包含叶顶汽封和叶根结构的末级动叶强度性能进行了分析,揭示了末级动叶的最大应力和变形量随抽汽量的变化规律。结果表明随着抽汽量增大,高压缸末两级输出功率近似呈线性减小,20%抽汽量工况下末两级输出功率比设计工况(0%抽汽)降低了约44%;末级出口总温逐渐上升,20%抽汽量工况下末级出口总温比设计工况下高约10℃。抽汽量对叶顶和叶根汽封的泄漏特性影响显著,导致变工况时末级总-总等熵效率、反动度和叶栅出口汽流角沿叶高的分布产生变化,尤其是30%叶高以下区域,20%抽汽量时三者较设计工况的最大偏离量分别为3.8%、1.6%和2.4°。在离心力和气动力的作用下,设计工况时末级动叶的最大应力位于T型叶根进汽侧下倒圆处,叶顶最大变形量为0.443 mm,叶片最大应力和最大变形量均随抽汽量的增大近似呈线性减小。