汽轮机低压段小容积流量工况下流动特性研究
低压段内流场分布及气动性能的改善对提高汽轮机组的效率具有重要意义,排汽缸是汽轮机低压段的主要组成部分,在将末级排汽引流至凝汽器的同时回收余速动能。容积流量减小时,汽轮机末级流动情况恶化,与其相连接的排汽缸内流动也会受到影响,流场分布及气动损失发生改变。
为分析小容积流量工况对低压段内流动的影响,以某型号汽轮机组低压段末级与排汽缸为研究对象,使用CFX软件对其在不同容积流量工况下流动进行数值模拟,分析了末级及排汽缸流域内涡系的特点,给出了末级动叶扭矩及等熵焓降和排汽缸静压恢复系数及总压损失系数的分布规律。针对小容积流量下低压段流场特点,增大内导流环倾角改善流场分布,并通过对改型后排汽缸流场和性能的分析,验证方案的合理性。
计算结果表明低压段内末级排汽对排汽缸入口分布具有显著的影响,排汽缸入口截面压力、速度分布不均,更接近真实的入口条件。小容积流量工况下,汽轮机末级动叶出口处根部出现脱流,流线向叶顶区域发展,当容积流量继续减小,静叶与动叶叶间间隙顶部出现涡流,进入鼓风工况。
在50%叶高处水平截面上动叶流域内靠近压力面处出现涡流,脱流及涡流的出现削弱了动叶的做功能力。末级流动特性的变化直接影响了排汽缸内流动分布,排汽缸扩压管内导流环附近首先出现涡流并不断扩大,挤压主流面积,严重时涡流发展至蜗壳顶部壁面,扩压能力大大降低。
扩压管内流动恶化会直接导致排汽通道内流体掺混紊乱,能量损失增大,出口截面流动不均匀性增强,排汽缸整体气动性能下降。对比发现,扩压管扩压效果是影响排汽缸气动性能
的重要因素。
增大内导流环倾角改型后,小容积流量工况下排汽缸内流场分布及气动性能得到了明显改善。
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