大功率汽轮机末级与低压排汽缸联合设计的数值分析

摘要

低压排汽缸是汽轮机的组成部件,位于汽轮机末端,主要由两部分组成,即蜗壳与扩压器。此外,在低压排汽缸内部还设有用于支撑的加强肋、板等部件,因此结构十分复杂。低压排汽缸主要有两个作用,一是作为连接末级叶栅与凝汽器的通道,将大致沿轴向排出的乏汽进行90°折转后排入凝汽器,这可以实现汽轮机与凝汽器的分层布置,有利于节省空间;另一个作用是通过扩压器提高排汽静压,以此来回收排汽的余速动能,起到提高效率的目的。正是由于低压排汽缸对汽轮机的效率和性能具有十分重要的作用,因此有必要细致地了解其内部结构,详细分析内部的流动状况,为改型设计做好基础理论准备。
　　本文对某型号汽轮机低压排汽缸进行UG建模并进行必要的简化,然后采用商用软件ANSYSCFX进行数值计算。为了使得本次仿真能够尽量靠近低压排汽缸的真实流动情况,在计算过程中采用整圈末级叶栅与低压排汽缸联合计算的方式进行,并选用适当的湿蒸汽模型作为流动工质。计算结果表明,排汽缸与末级叶栅之间的相互影响很大,造成排汽缸入口气流不均匀;排汽缸内部流动复杂,所产生的旋涡主要集中在在蜗壳内部的气流折转处和扩压器附近,其中扩压器内环附近的旋涡尤其明显,这些旋涡的产生严重影响了低压排汽缸的气动性能,造成了很大的能量损失。
　　为降低排汽缸内部的流动损失,本文在分析排汽缸原型流动情况的基础上,对损失较大的蜗壳和扩压器分别进行了改型设计。在蜗壳改型过程中,主要考察前壁面倾角对流动的影响;在扩压段改型过程中,主要考察扩压器内导流环圆弧段半径大小对流动的影响。改型后的计算结果表明,包括原型在内的九种方案中,原型在提高压力方面性能最佳,但是在提高效率和改善出口流动特性方面,增加圆弧段半径的方案9是所有方案中性能最为优秀的,因此在整体上衡量排汽缸性能时,认为方案9是最优设计方案。本文的数值研究结果,为在工程应用中优化设计排汽缸提供了有一定价值的参考。

目录

大功率汽轮机末级与低压排汽缸联合设计的数值分析

Numerical Analysis on the Design of Low-Pressure Exhaust Hood of High-Power Steam Turbine Combined with Last Stage

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究现状

1.2.1排汽缸的实验研究

1.2.2、排汽缸的数值分析

1.3 本文主要研究内容

第二章 数值方法

2.1 引言

2.2 控制方程

2.3 湍流模型简介

2.3.1 标准 模型

2.3.2 重整化群 模型(RNG 模型)

2.3.3 可实现 模型

2.3.4 低雷诺数 湍流模型

2.4 均匀介质多相模型

2.5 计算软件介绍

2.6 本章小结

第三章 原型排汽缸内流场的计算与分析

3.1 引言

3.2 排汽缸模型及其简化

3.3 末级叶栅及排汽缸网格划分

3.4 边界条件的设定

3.5 末级静叶流动分析

3.6 末级动叶流动分析

3.7 排汽缸内的流场研究

3.8 本章小结

第四章 排汽缸的改型和分析

4.1 引言

4.2 前壁面倾角对排汽缸性能的影响

4.2.1 前壁面倾角改型方案

4.2.2 不同方案的流场对比和参数分析

4.3 内导流环圆弧段半径变化对排汽缸性能的影响

4.3.1 改型方案

4.3.2 圆弧段半径变化对排汽缸性能的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢