5.3MW汽轮机组优化改型设计及数值分析

摘要

汽轮机改型设计是在原有型号汽轮机的基础上，针对特定的运行工况和已有的机组结构，在目前加工技术允许的基础上对原有的汽轮机进行结构优化以提高其气动性能，延长使用寿命，节约运行成本。
　　本文针对某型已有汽轮机，首先对原型设计工况和变工况进行了核算，计算结果表明：原型前两个压力级采用局部进气结构，由于轴向尺寸较小，气流周向流动空间不足，这两级叶轮的流动损失较大，输出功率明显不够；末级动叶叶高166mm，出口面积偏小，在设计工况下，该级动叶出口相对速度较大，出口相对马赫数达到1.4，动叶型线设计难度较大；压力级整体通流面积偏小，在给定的设计流量下，压力级入口压力较高，设计工况原型方案整机功率略显不足。
　　确定原型机组作存在的问题之后，在保证外缸尺寸基本不变的基础上，对原型机组进行了改进设计，使压力级中后部的级叶片高度增加，内径适当减小；压力级第一级的叶片高度达到19mm，且压力级前两级改为全周进气布置；并重新设计了各级叶片型线，使得机组末级和次末级叶片长度增加，减弱后两级出现的超声速流动特点。
　　同时，在调节级后增设均化腔，均化腔能够为周向流动提供足够的空间，使得气流在周向的分布更为均匀，不再出现拥堵，流动更为通畅。额定工况改型机组详细的气动性能计算分析结果表明，改型后机组末级流动改善，功率达到设计要求，改型设计满足整体要求。
　　最后对改型后机组进行了变工况性能分析，针对75％~120%的多个工况进行了全三维的数值模拟，结果表明：相对于额定工况，各个非设计工况的级间参数也都在合理的范围内，并且末级和次末级没有出现整级超声速流动现象，级速比也基本都保证在额定工况上下小范围内，变工况性能良好。

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第1章绪论

1.1课题来源及目的

1.2课题背景及研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章汽轮机改型设计数值方法简介

2.1引言

2.2控制方程

2.3湍流模型及k-ε模型简介

2.4数值计算的误差

2.5 ANSYS CFX计算流程简介

2.6本章小结

第3章汽轮机原型机组计算分析

3.1引言

3.2汽轮机原型设计指标及几何特征

3.3汽轮机组原型各工况计算

3.4局部进气对气动性能的影响

3.5本章小节

第4章汽轮机组改型方案设计分析

4.1引言

4.2设计工况一维气动计算

4.3调节级三维设计计算

4.4压力级三维设计计算

4.5整级全三维计算

4.6本章小结

第5章改型后机组变工况分析

5.1引言

5.2总体参数比较

5.3调节级变工况计算

5.4压力级变工况计算

5.5变工况主要气动参数变化比较

5.6本章小节

结论

参考文献

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