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  • 大乐透玩法中奖规则表:汽轮机弯扭叶片设计与研发

    硕士毕业论文 时间:2018-03-15 我要投稿

    双色球开奖号码 www.nsjl.net   汽轮机弯扭叶片设计与研发

      摘 要:随着火力发电技术的日趋成熟,汽轮机叶片研发已成为科研的重要领域。

      叶片是汽轮机的重要部分,其直接决定着汽轮机的工作效率、安全性等。

      从弯扭变截面叶片出发,介绍了1000MW凝汽式汽轮机主要参数,汽轮机叶片设计的发展现状,分析了叶片设计的流程,并对其进行优化。

      关键词:弯扭 叶片设计 变截面 汽轮机

      随着中国电力行业的迅速发展,2011年中国累计发电量达到10.56亿千瓦,其中火电装机发电总量达到7.65亿千瓦,约占总容量的72.5%。

      汽轮机是火电厂和核电厂的核心动力设备,其决定着发电效率和安全生产,如何提高汽轮机的安全性、稳定性、高效性一直是学者的研究方向。

      叶片是汽轮机中使用最多的零件,被誉为汽轮机的“心脏”,其叶型、流线直接影响到发电效率,其强度直接影响到汽轮机的安全性。

      叶片的制造工时占整个汽轮机的32%,制造工作量占整机的10%左右,成本占到了20%。

      为提高汽轮机效率,往往采用扭曲的变截面叶片,其形状比等截面直叶片复杂,其造型方法一直是研究的重点。

      目前,国内投产的1000MW超超临界机组大部分采用德国SIEMENS技术,无调节级,采用全周进汽和过载气阀补气,从而减少了机组在额定工况下的节流损失。

      空冷汽轮机采用单轴、四缸四排气、七级回热一次中间再热技术,与一般传统汽轮机的差别在低压缸,本文从气动性出发,对空冷汽轮机叶片开发进行了研究和展望。

      1 1000MW凝汽式汽轮机主要参数

      目前东方汽轮机厂生产的1000MW超超临界机组主要有凝汽式和空冷式。

      空冷式汽轮机可用于变工况的情况下,相对于湿冷机组,空冷式要受到季节、地域、昼夜温差等影响,空冷式机组的背压较高并且变化范围较大,空冷式超超临界机组的工作温度较高、机组的功率、流量也明显较大,因此 对空冷机组叶片的安全性要求非??量?。

      现有的末级叶片存在质量差,效率低,安全性不高的缺点。

      表1给出了1000MW凝汽式汽轮机的主要参数。

      2 弯扭叶片的设计开发

      叶片是汽轮机的重要部件,其发展主要经历了直叶片、扭叶片、弯扭变截面叶片三个过程。

      叶片的设计结构比较复杂,其叶型直接影响着通流部分的气动特性,而且工作过程中还受到离心力的作用和蒸汽的腐蚀。

      如何提高叶片的气动特性和安全性一直是学者们研究的重点。

      图1为汽轮机转子示意图。

      2.1 发展现状

      鉴于弯扭变截面叶片空间复杂、设计型式多样、效率偏低等缺点,近年来学者们对其参数的设计做了大量的研究。

      综合学者们的研究方法,叶型模拟大都采用CAD、OpenGL、pro/E、SolidWorks等图形软件。

      中国燃气涡轮研究院文生琼等人运用CAD对涡轮机叶片外型参数设计做了研究,完成了涡轮叶片从外到内的转化,并输出图形;哈尔滨工业大学于红英等人利用数据库和C语言,开发出基于UG平台的汽轮机叶片设计软件,提高了汽轮机叶片的设计效率;西安交通大学谢永慧等人利用CSG和B-erp开发了汽轮机参数化叶片造型系统,为将来实现有限元分析做了铺垫。

      2.2 设计研发

      考虑到叶片的强度和气动特性对其效率和安全性有着重要影响,设计时对于 的中长叶片一般采用弯扭变截面。

      弯扭变截面叶片有很多不同高度的特征截面叶型,根据叶型沿叶高方向的变化形成一个完整的弯扭叶片,图2为设计弯扭变截面叶片的流程图。

      叶片设计所需的初参数包括几何入口角�%[1j 、几何出口角�%[2j 、喉宽O2 、弦长B、有效出口角�%[0 、节距 f、截面积A、入口圆半径R1 、出口圆半径R1 、入口角�%O1、出口角�%O2 、转折角�%O和几何安装角�%[y 。

      有了上述参数之后就可以对弯扭变截面叶片进行设计,其中最重要的就是根部截面、顶部截面、平均截面的设计。

      由于受到强度、气动特性的影响,根部截面设计对叶片的安全性有着重要的作用,首现应该估计并确定根部的直径大小。

      如果截面积较小时,应该加大出口角和叶片厚度,计算通流特性找到合适的截面积,当根部叶型满足要求时,过叶型的重心做出x轴和y轴,所有型线的重心都应落在以两个坐标轴为圆心、0.8mm为半径的圆内。

      由于汽轮机末级叶片出口马赫数随着装机容量越来越大,所以对于Ma>1.4的叶片就可设计成缩放型,蒸汽在扩张段膨胀,相比无扩张的叶型其损失会减小。

      由于叶片顶部截面轴向宽度很小,故其叶片厚度最好大于5mm。

      一般把50%叶高处的截面称为平均截面,往往以平均截面的特征当成叶型的基本特征,故其也为重要截面。

      确定了叶片根部和顶部叶型后,就可以对其进行线性插值得到大概的平均截面。

      确定了根部、顶部、平均三个截面后,运用线性插值的方法就可以得到任意截面的型线。

      确定了所有截面的型线后,使其沿径向叠在一起,这样就得到了一个完整的叶片。

      2.3 叶片优化

      为得到最高的气动效率,就应该选取合适的叶高和反动度。

      当叶高增大时,排气的环形面积就会增大,余速损失减小。

      但当叶高过大时,由于排气容积流量很小,就会产生脱流、回流等忙着就增大了摩擦损失和鼓风损失,所以选择一个经济叶高很重要。

      当叶根反动度 0时,在动叶根部就会产生脱流现象,使级的效率大大降低,同时产生很大的振动,增大了厂房的噪声,严重时还会导致叶片折断造成重大事故。

      由于反动度的大小和设计的叶型有关,故设计叶片时应选择适当的反动度,一般情况下取叶片根部反动度为0.2~0.3。

      3 结束语

      弯扭变截面叶片现在已成为大型电站汽轮机所运用的主要叶片。

      研发出一种高效、高安全性的弯扭变截面叶片现在仍然是学者们的研究方向,本文只是这方面的有益探讨,希望对以后弯扭叶片技术的日趋成熟带来有益的帮助。

      笔者相信,只要积极探索,电站设备的效率会越来越高。

      参考文献:

      [1] 耿金环.汽轮机叶片设计及型线修整方法的研究[D].哈尔滨理工大学,2009.

      [2] 韩丽丽,梁秀珍,冯民奇.1000MW超超临界空冷汽轮机研究[J].汽轮机技术,2007,49(2):116-117.

      [3] 程习学.基于SolidWorks的板料成形全工序仿真前处理系统的研究与开发[D].华中科技大学,2009.

      [4] 文生琼,何爱杰,马健.涡轮叶片叶身内外型面的参数化设计[J].燃气涡轮试验与研究,2004,(4):46-48.

      [5] 于红英,唐德威,伞红军.汽轮机叶片参数化设计关键技术研究[J].计算机集成制造系统,2006,12(10):1537-1542.

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