汽轮机断叶片级再制造设计与级扩容研究

摘要

汽轮机在我国电力和工业生产中应用广泛，在整个国民生产当中占据着相当重要的地位。叶片作为其中重要的构成部件，它的安全运行是一个运行企业生存的重要保障之一。汽轮机叶片实际工作环境非常恶劣，叶片事故更是占了整个汽轮机事故的三分之一还要多。在众多事故当中，叶片断裂是其中最为普遍和最为严重的。 某热电厂一抽凝式汽轮发电机组，该机组汽轮机因长年运行性能下降较多，而且在运行中发生了末级动叶片将近三分之一叶高部分断裂的事故。在处理事故时，该运行厂仅对断裂叶片进行了简单的裁截和修整，在满足动平衡后，机组继续投入使用，但汽耗率增加显著，性能更为下降。鉴于上述情况，本文基于静强度计算方法，发现原设计末级扭叶片中存在的缺陷，对断裂的原因进行了估计和分析。并利用旋转机械流场数值模拟计算软件NUMECA，分别对该抽凝式汽轮机的末两级断裂前和断裂后的流场进行了数值模拟，深入探讨了末级叶片的断裂对级性能的影响。在满足叶片静强度要求的原则下，本文优化改进了末级动叶片并对其进行了三维立体造型设计，通过对优化后末两级的流场的数值模拟，对比得出新叶型的可行性结论。实际运行证明，新设计的末级动叶片运行性能良好。 另外，本文还对杭州中能公司一凝汽机组的末两级进行了扩容改造。首先应用一维气动计算程序，确定了末两级扩容后的通流结构尺寸；然后对原末两级扭叶片进行了模化设计，并对新叶片进行了强度校核；最后应用NUMECA对扩容后的内部流场进行了数值模拟，验证末两级扩容的可行性。最终设计出的末两级叶片达到工厂提出的扩容要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的研究意义

1.2国内外研究概况

1.3 CFD在透平机械中的应用及NUMECA软件简介

1.4本文的主要工作

2数值计算方法

2.1流动控制方程

2.2湍流模型

2.2.1湍流模型概述

2.2.2湍流模型的选取

2.3空间离散与差分格式

2.4网格生成技术

2.4.1网格分类

2.4.2NUMECA提供的自动网格技术

2.5多重网格和时间积分

2.5.1多重网格

2.5.2多步Runge-Kutta时间推进法

2.5.3隐式残差光顺技术

2.6本章小结

3汽轮机末级断裂动叶片再制造设计及叶型改进

3.1机组简介

3.2末级动叶片静强度分析

3.3末两级流场模拟

3.3.1内部网格生成技术

3.3.2计算模型

3.3.3断裂后网格控制和计算设定

3.3.4末级断裂叶片对性能的影响

3.4末级叶片再制造设计

3.5新叶型流场模拟及对比

3.6本章小结

4杭州中能汽轮机长叶片级扩容改造

4.1机组概况及研究对象的确定

4.2气动程序简介

4.3新叶片的造型

4.3.1通流尺寸的确定

4.3.2叶片模化设计

4.3.3新叶片造型

4.4机组性能核算及强度校核

4.4.1扩容后次、末级动叶片强度校核

4.4.2性能核算

4.5本章小结

5全文总结及展望

5.1全文工作总结

5.2论文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢