大型汽轮发电机组汽流激振及抑制方法研究

摘要

大型汽轮机组汽流激振问题是影响现代高参数、大容量机组安全稳定运行的关键因素之一。对此开展相应的研究，掌握其发生机理并提出抑制方法具有重要的理论意义和工程价值。
　　密封内流场数值计算与试验研究是分析密封诱发汽流激振问题的基础，本文采用CFD方法建立了用于分析密封动静特性的三维分析模型，应用瞬态方法研究了不同进出口压比、转速和偏心率等对密封气流激振力的影响。为了对密封内气流激振力产生的机理展开研究，本文对密封内流体的速度场和压力场进行了详细分析，发现流体进入密封后，由于转子旋转带动形成螺旋形流动现象。本文在密封试验台上研究了梳齿密封泄漏性能并与数值计算结果进行对比，并对不同进出口压比、转速和偏心率条件下梳齿密封产生的气流激振力进行了试验研究。
　　本文根据传统轴向密封产生流体激振力的机理提出了径向嵌入式密封，并采用CFD方法对比计算分析了传统梳齿密封和径向嵌入式密封的动静特性，研究了径向嵌入式密封的增效减振机理，分析了径向嵌入式密封的工程应用可行性。研究发现，与传统梳齿密封相比，径向嵌入式密封不仅具有更好的泄漏性能，而且切断了气流在密封内的螺旋形流动，有效地抑制了密封引发的汽流激振。
　　密封进口汽流预旋是影响其稳定性的关键因素，安装反预旋装置是较早提出的提高密封稳定性的方法之一。本文将反预旋装置分别加装到传统梳齿密封、袋式阻尼密封和孔型密封中，采用计算流体力学方法分析密封动力特性。研究发现对于传统梳齿密封，反预旋装置扭转了在低频时的负有效阻尼，在更宽的频率范围内提高了密封的稳定性。对于袋式阻尼密封和孔型密封，反预旋装置提高了在低频时的有效阻尼，并减小了穿越频率，提高了低频的密封稳定性。安装反预旋装置能有效抑制汽流螺旋形流动并减小切向力，提高密封稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究综述

1．2．1 密封增效减振研究现状

1．2．2 密封流场计算方法研究现状

1．3 本文的主要工作

第二章 密封流体激振数值分析与试验研究

2．1 引言

2．2 密封流体激振CFD分析模型

2．2．1 控制方程

2．2．2 湍流模型

2．2．3 计算区域网格划分

2．2．4 边界条件与初始条件

2．3 密封流体激振力产生机理

2．3．1 速度场分析

2．3．2 压力场分析

2．4 密封流体激振力影响因素分析

2．4．1 进出口压力对密封流体激振力的影响

2．4．2 转速对密封流体激振力的影响

2．4．3 偏心对密封流体激振力的影响

2．5 密封性能试验研究

2．5．1 试验台整体结构介绍

2．5．2 梳齿密封泄漏特性试验研究

2．5．3 梳齿密封流体激振力试验研究

2．6 本章小结

第三章 径向嵌入式密封增效减振机理研究

3．1 引言

3．2 径向嵌入式密封减振机理初步分析

3．3 径向嵌入式密封增效减振性能分析

3．3．1 增效性能分析

3．3．2 减振性能评价指标

3．4 径向嵌入式密封CFD计算分析

3．4．1 计算模型

3．4．2 增效性能分析

3．4．3 减振性能分析

3．5 径向嵌入式密封可行性分析

3．5．1 轴向推力分析

3．5．2 密封盘应力和形变分析

3．6 本章小结

第四章 安装反预旋装置的密封动力特性研究

4．1 引言

4．2 数值计算方法

4．2．1 入口预旋定义方法

4．2．2 密封动力特性评价指标

4．2．3 加装反预旋装置的密封参数设置

4．2．4 数值方法可行性分析

4．3 结果与分析

4．3．1 速度场分析

4．3．2 有效阻尼随涡动频率变化分析

4．3．3 反预旋装置对螺旋形流动的抑制分析

4．4 反预旋装置工程应用实例

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要研究成果

5．2 本文主要创新点

5．3 本文不足与展望

致谢

参考文献

作者在读期间发表的学术论文及科研成果