主汽阀和调节阀的气动性能影响汽轮机组的经济性。文章采用CFD数值分析软件对东方超超临界高参数二次再热汽轮机超高压主汽阀、调节阀的气动性能进行了分析,结果表明,通过优化设计,可改善主汽阀、调节阀的气动性能,确保了新开发的超超临界二次再热660 MW汽轮机组的经济性与可靠性。

叶片为透平的核心部件,其气动性能直接影响透平的整体效率,叶片表面粗糙度的水平会影响透平级压力,导致叶型损失发生变化。应用数值模拟技术对某冲动式和反动式机组各4级透平级进行分析,考虑反动度、载荷分布以及旋转等多种因素,研究表面粗糙度变化对透平叶片气动性能的影响。CFD数值研究表明叶型损失变化曲线的斜率随透平叶片表面粗糙度的增大逐渐变小;不同反动度的透平叶片受叶片表面粗糙度的影响存在差异,冲动式叶片相对反动式叶片受到的影响更为明显;吸力面上的粗糙度对气动性能的影响明显大于压力面粗糙度的影响,这种影响作用在反动度提高后相应变弱。研究成果可为透平叶片设计和加工提供参考。

文章使用不同数值分析软件及数值模型对根顶部倒圆角进行数值分析,并与已有文献中的实验值对比,得出最准确研究静叶根顶部倒圆角对叶片特性影响的模型为FINE-Turbo中的k-ω模型。使用此模型进行分析,得出叶片根顶部倒圆角半径与喉宽比值为0.2时,叶片效率最高。

亚临界机组汽轮机普遍采用带环形滤网的高压调节阀,其气动性能试验测试与数值模拟研究结果表明滤网的存在显著提高了阀内流场分布的对称性,减小了阀碟在来流方向与垂直来流两个方向上的受力,削弱了阀座下游偏斜流场的回流强度,阀座出口流场的均匀性也显著提高。滤网不仅对来流具有整流作用,而且有效控制了阀腔内的绕流。合理的滤网尺寸设计对阀门流量系数和总压损失系数的影响很小,并且可显著提高流场的稳定性。通过数值计算结果与试验测试结果的对比,表明采用多孔介质模型进行模拟的精度可满足工程应用要求。

在3级空气透平试验台上,开展了变平衡孔面积对透平气动性能影响的试验研究。同时对试验透平级进行数值计算分析,研究了透平级性能随平衡孔面积变化的规律,并与试验结果进行了对比。结果表明无平衡孔时透平效率最低,平衡孔直径小于25 mm,效率随平衡孔直径的增大而逐渐提高,但之后逐渐降低。计算得到的效率变化规律与试验结果吻合良好,平衡孔与隔板汽封漏气面积比为2~3时,效率最优。

文章采用商业CFD软件进行数值模拟,分析抽口内部流场的流动损失特性并结合相应截面的流线图,以对比不同抽汽结构对流动损失的影响。计算结果表明在抽汽腔室和连接管之间增加过渡腔室、将抽汽缝隙偏向主流进汽方向(减小气流折转角度)且进入抽汽腔室的流速尽量控制在50 m/s以下、抽汽腔室尽量为规则状、抽汽缝隙和连接管布置在腔室中部等措施能够明显提高整个抽口的气动性能。

高压进汽室的气动性能直接影响汽轮机的整体效率,文章对不同耦合汽轮机高压首级叶片的进汽腔室结构进行数值对比分析,介绍了进汽腔室结构改变所带来的对进汽室气动性能的变化。本文的研究对象为某型号超临界高压进汽室,气流从进汽管进入进汽腔室并且最后进入主流叶片流道。采用商业CFD软件进行数值模拟,分析进汽室内部流场的流动损失特性并结合相应截面的流线图,对比不同进汽腔室结构对流动损失的影响。计算结果表明在高压进汽腔室中分面处增加倒角、在中分面处增加薄板结构等措施将明显提高整个高压进汽腔室的气动性能,并有效提高进入叶片排的气流均匀性,进而改善耦合首级的气动性能。