超临界汽轮机调节级氧化铁颗粒冲蚀特性研究

摘要

随着我国工业的迅猛增长，电力需求也随之不断增加。目前超临界、超超临界参数的火电机组由于其良好的经济性等优势目前已成为 600MW、1000MW 等级新机组的发展目标。由于超临界、超超临界机组蒸汽初温的提高，加剧了锅炉过热器、再热器等管道内壁的高温氧化过程，高速流动的蒸汽将管道内壁脱落的氧化物携带至汽轮机中，使汽轮机调节级、再热第一级发生严重的冲蚀。超临界、超超临界机组因叶片受到严重冲蚀其良好的经济性也大打折扣。因此，通过对叶片固体颗粒冲蚀问题的研究来提高叶片的抗冲蚀性能具有重要的工程实践意义。 本文通过CFD数值模拟软件ANSYS-CFX，采用基于有限元的有限体积法来求解时均连续Navier-Stokes方程。叶片流道中的固体颗粒的轨迹追踪采用基于拉格朗日法且仅对稀相流有效的固体颗粒传输模型，固体颗粒在叶片表面的冲蚀行为采用Finnie冲蚀模型来计算。论文的主要工作如下： 以某600MW超临界汽轮机调节级为研究对象，主要分析了调节级静、动叶中的固体颗粒运动特性以及冲蚀特性。对调节级静、动叶中的固体颗粒运动特性以及冲蚀特性研究结果表明：调节级中，固体颗粒在静、动叶片压力面的撞击速度均呈现随颗粒粒径增大而撞击速度减小的趋势。固体颗粒在静、动叶片压力面的撞击角度均呈现随颗粒粒径增大而撞击角度增大的趋势。静叶中跟随汽流流动的颗粒临界尺寸位于15?m-25?m粒径范围内。动叶中跟随汽流流动的颗粒临界尺寸位于 50?m-75?m 粒径范围内。与静叶冲蚀分布不同的是，由于动叶旋转，动叶压力面的冲蚀分布呈现向上偏移的趋势，3000rpm 下冲蚀径向偏移量约为叶高的7%，动叶最大冲蚀率密度是静叶最大冲蚀率密度的1.9倍。 调节级静叶采用西门子静叶斜置技术以后，对 100%、75%和 50%负荷时在不同斜置角度下调节级静、动叶中的固体颗粒运动特性以及冲蚀特性进行研究，最后对叶片表面的静压系数、级效率的变化进行分析。对不同负荷时各斜置角度调节级静、动叶中的固体颗粒运动特性以及冲蚀特性研究结果表明：斜置静叶调节级中，不受负荷变化影响，固体颗粒在静叶压力面的撞击速度随斜置角度的增大而降低，静叶压力面冲蚀率密度随斜置角度的增大而减小，动叶压力面最大冲蚀率密度随斜置角度的增大而增大。同一斜置角度下，撞击速度随负荷的降低而增大。固体颗粒在动叶压力面撞击角度随斜置角度的增大而减小，负荷变化对撞击角度几乎没有影响。50%叶高与90%叶高处静压系数不受斜置角度变化的影响。级的反动度随斜置角度的增大而增大，级效率随斜置角度增大而降低。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 部分影响冲蚀磨损的因素

1.4 存在的主要问题

1.5 本文主要研究内容

第2章 基本概念和数值方法

2.1 网格生成技术

2.2 汽相流场的数值计算方法

2.3 固体颗粒冲蚀计算方法

2.4 边界条件

2.5 本章小结

第3章 调节级固体颗粒运动特性与叶片冲蚀特性研究

3.1 调节级叶片模型

3.2 网格划分及网格无关性验证

3.3 颗粒选取以及边界条件设定

3.4 固体颗粒在调节级中的运动特性及冲蚀特性

3.5 结果有效性验证

3.6 本章小结

第4章 不同负荷斜置静叶调节级固体颗粒运动特性与叶片冲蚀特性研究

4.1 斜置静叶调节级的叶片模型

4.2 颗粒选取以及边界条件设定

4.3 不同负荷静叶斜置后固体颗粒运动特性与叶片冲蚀特性

4.4 静叶斜置对叶片表面静压系数与级效率的影响

4.5 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