超临界汽轮机中压透平级流动传热特性研究 被引量：11

1

作者 霍文浩 祁明旭 +1 位作者 李军 丰镇平 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期9-14,共6页

通过采用耦合流场计算和共轭传热的数值方法,研究了超临界汽轮机高压缸冷却蒸汽对中压缸第一级固体部件的冷却特性及其对级气动性能的影响,同时对比了有无蒸汽冷却的中压缸第一级的流场和温度场.结果表明:蒸汽冷却技术可以有效地对中压... 通过采用耦合流场计算和共轭传热的数值方法,研究了超临界汽轮机高压缸冷却蒸汽对中压缸第一级固体部件的冷却特性及其对级气动性能的影响,同时对比了有无蒸汽冷却的中压缸第一级的流场和温度场.结果表明:蒸汽冷却技术可以有效地对中压缸第一级动叶叶片、叶根、转子及轮盘进行冷却.受到冷却孔的抽吸作用而进入冷却孔的冷却蒸汽对冷却孔及周围的叶根区域具有明显的冷却作用.在蒸汽冷却的作用下,中压缸第一级转子系统温度下降的最大幅度达80 K.部分冷却蒸汽进入中压缸第一级叶栅主流道并与主流掺混,从而使得根部反动度增大,动叶通道涡强度增加.所以,蒸汽冷却技术可以有效提高高温转子的运行寿命和安全的可靠性. 展开更多

关键词 超临界汽轮机 中压转子 蒸汽冷却 数值模拟

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迷宫密封磨损失效泄漏特性和防碰磨结构设计研究 被引量：8

2

作者 马亚如 霍文浩 +3 位作者 刘婧 蒋立君 方志 李志刚 《风机技术》 2019年第5期64-71,共8页

针对某单级高速离心鼓风机轴端迷宫密封碰磨失效的问题,基于工程实际迷宫密封齿磨损图样,建立了迷宫密封齿弯曲磨损失效模型,提出了“齿顶凹槽”迷宫密封防碰磨结构设计方法。采用实验校核的定常求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stoke... 针对某单级高速离心鼓风机轴端迷宫密封碰磨失效的问题,基于工程实际迷宫密封齿磨损图样,建立了迷宫密封齿弯曲磨损失效模型,提出了“齿顶凹槽”迷宫密封防碰磨结构设计方法。采用实验校核的定常求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法,研究了密封齿弯曲磨损和“齿顶凹槽”防碰磨结构对迷宫密封泄漏特性的影响规律。计算分析了4种弯曲磨损系数B=0,0.1,0.2,0.3,4种凹槽径向深度H/s=0.5,1.0,1.5,2.0和5种凹槽轴向宽度L/s=2.2,2.5,3.0,3.5,4.0的迷宫密封的泄漏量、密封腔流场结构,获得了迷宫密封碰磨失效的判断依据和“齿顶凹槽”防碰磨结构的优化参数。结果表明:鼓风机变工况时,迷宫密封泄漏量随进口压力的增大而线性增大;相同运行工况下,密封泄漏量随密封齿弯曲磨损程度的增大而显著增大;当密封齿磨损量达到B≥1.0时,密封泄漏量达到了设计值的2倍,无法满足机组运行对轴端封严的要求,即发生了密封磨损失效;齿顶凹槽防碰磨结构设计不仅能适应转子的径向振动和轴向窜动,在一定程度上避免迷宫密封磨损失效,还可以减小密封泄漏量(约10%),提高密封的性能。 展开更多

关键词 迷宫密封 碰磨失效 泄漏特性 防碰磨结构 齿顶凹槽

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离心压缩机叶轮结构优化设计 被引量：8

3

作者 袁建宝 霍文浩 +2 位作者 蒋立君 王磊 孙皓 《风机技术》 2020年第1期52-57,共6页

叶轮是离心压缩机的核心部件之一,对于悬臂结构的转子系统,叶轮的质量和应力大小直接影响着转子的安全稳定性,因此对叶轮进行结构优化设计,降低质量和应力尤为关键。本文综合有限元分析方法和数学优化算法,对某型号蒸汽压缩机半开式叶... 叶轮是离心压缩机的核心部件之一,对于悬臂结构的转子系统,叶轮的质量和应力大小直接影响着转子的安全稳定性,因此对叶轮进行结构优化设计,降低质量和应力尤为关键。本文综合有限元分析方法和数学优化算法,对某型号蒸汽压缩机半开式叶轮进行优化设计,优化后叶轮质量降低27.1kg,降低约16.1%,叶轮最大等效应力降低196.4MPa,降低约18.5%,优化设计效果明显,对降低成本和提高机组转子稳定性有着重要意义,具有良好的工程实用价值。 展开更多

关键词 离心叶轮 结构优化 有限元 减重设计

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考虑叶轮耦合作用的悬臂转子动力学特性分析 被引量：6

4

作者 蒋立君 袁建宝 +1 位作者 霍文浩 孙皓 《风机技术》 2020年第S01期16-20,共5页

对于外伸悬臂的单级高速离心式压缩机组,叶轮、转子和轴承是机组核心部件,其转子动力学设计校核的准确性关乎整个机组的安全稳定性。目前工程上常用的分析方法是将叶轮等效为集中质量和惯量施加到叶轮重心位置,为提高分析精度,本文建立... 对于外伸悬臂的单级高速离心式压缩机组,叶轮、转子和轴承是机组核心部件,其转子动力学设计校核的准确性关乎整个机组的安全稳定性。目前工程上常用的分析方法是将叶轮等效为集中质量和惯量施加到叶轮重心位置,为提高分析精度,本文建立了叶轮-转子-轴承的三维有限元分析模型,并与集中质量方法进行了对比,得出两种分析方法转子模态振型以及频率的差异。根据不同的工作转速,给出了叶轮-轴振型耦合作用影响的转速范围。 展开更多

关键词 转子动力学 临界转速 集中质量模型 振型耦合

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超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统冷却特性研究 被引量：4

5

作者 霍文浩 晏鑫 +1 位作者 李军 丰镇平 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期24-30,共7页

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统的冷却特性,给出了系统作用下高压缸内外缸和轴端平衡活塞等固体部件的温度场分布特性,对比了有/无内部旁路冷却系统在不同条件下高压缸的温度场。... 采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统的冷却特性,给出了系统作用下高压缸内外缸和轴端平衡活塞等固体部件的温度场分布特性,对比了有/无内部旁路冷却系统在不同条件下高压缸的温度场。研究结果表明:超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统能有效冷却高压缸内缸和轴端平衡活塞,使整体温度水平明显下降,高压缸外缸温度略有上升,高压缸内缸在旁路冷却系统的作用下温度分布均匀;对于阶梯式平衡活塞的冷却作用,主要取决于3段汽封长度、汽封齿间隙及平衡活塞前径向间隙。 展开更多

关键词 超超临界汽轮机 旁路冷却系统 冷却特性 数值模拟

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超超临界汽轮机高压缸旁路冷却系统流动特性的研究 被引量：2

6

作者 霍文浩 晏鑫 +1 位作者 李军 丰镇平 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期42-47,共6页

采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较。结果表明... 采用耦合流动计算和共轭传热的数值方法研究了1 000MW超超临界汽轮机高压缸内部旁路冷却系统内的流场特性,给出了旁路冷却系统内三维流动细节和温度与压力场的分布规律,并与未考虑内、外缸传热作用的纯流动计算结果进行了比较。结果表明:旁路冷却系统中流动形态主要受系统结构和蒸汽自身流动特性的影响;温度场分布不仅受蒸汽流动形态的影响,还取决于高压缸固体域对流体域的传热作用。研究结论验证了,耦合流动传热数值方法能够更加真实地反映旁路冷却系统内温度场的分布。 展开更多

关键词 超超临界汽轮机 旁路冷却系统 流动传热特性 数值模拟

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冷却结构对中压透平级蒸汽冷却性能的影响 被引量：1

7

作者 霍文浩 李军 +2 位作者 钟刚云 范小平 方宇 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期36-42,共7页

采用耦合流场计算和共轭传热的数值方法,研究了超超临界汽轮机中压缸前两级蒸汽冷却结构对动叶叶根和轮盘等部件冷却性能的影响,对比分析了原始结构和3种冷却孔结构中的中压缸前两级固体部件的温度分布。结果表明:4种冷却结构均可以对... 采用耦合流场计算和共轭传热的数值方法,研究了超超临界汽轮机中压缸前两级蒸汽冷却结构对动叶叶根和轮盘等部件冷却性能的影响,对比分析了原始结构和3种冷却孔结构中的中压缸前两级固体部件的温度分布。结果表明:4种冷却结构均可以对再热中压缸第一级动叶叶片、叶根、轮盘进行有效冷却;减小叶根底部冷却孔面积能够增大叶根和轮盘表面被冷却蒸汽覆盖区域的面积,提高冷却效果;封闭叶根底部冷却孔能够完全阻止主蒸汽入侵,达到叶根和轮盘固体域相对最佳的冷却效果;4种冷却结构均可保证第一级后部腔室下游蒸汽在较低的温度水平,从而实现对下游部件的进一步冷却。研究结果证明了,通过冷却孔的结构优化设计可以利用冷却蒸汽抑制高温主流蒸汽入侵轮盘腔室,有效提高超超临界汽轮机中压再热前两级的蒸汽冷却效果。 展开更多

关键词 中压透平级 蒸汽冷却 冷却性能 数值模拟

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高效二元叶轮模型级参数化优化研究 被引量：2

8

作者 霍文浩 孙皓 +1 位作者 马亚如 刘婧 《风机技术》 2020年第4期22-28,共7页

为保证产品的设计性能,同时缩短设计周期、提高产品开发效率,本文开展了离心压缩机二元叶轮模型级优化设计研究。开发了通用二元叶轮模型级参数化设计方法,并基于高效全局优化算法和全三维CFD求解方法,建立了离心压缩机二元叶轮模型级... 为保证产品的设计性能,同时缩短设计周期、提高产品开发效率,本文开展了离心压缩机二元叶轮模型级优化设计研究。开发了通用二元叶轮模型级参数化设计方法,并基于高效全局优化算法和全三维CFD求解方法,建立了离心压缩机二元叶轮模型级自动优化设计系统。为了验证该优化设计系统的有效性,针对某典型参数压缩机开展了二元叶轮模型级设计,结果表明:该模型级效率在设计工况达到83%以上,且高效运行流量范围达到设计流量的60%~120%,满足产品性能要求。对某产品的二元叶轮开展了气动优化研究,结果表明:优化后在设计工况效率提高了1.84%,大流量工况效率提高了6.83%,且失速流量从设计流量的90%下降到70%,从而有效拓宽了稳定运行范围。 展开更多

关键词 二元叶轮模型级 参数化设计 全局优化

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超超临界汽轮机中压缸冷却技术研究进展

9

作者 李军 霍文浩 +4 位作者 陈尧兴 钟刚云 范小平 方宇 王建录 《热力透平》 2016年第3期175-183,共9页

超超临界汽轮机中压缸采用蒸汽冷却技术,能够改善进口高温部件的工作环境,降低其热载荷。冷却技术与先进耐高温材料配合使用,能够实现主蒸汽参数进一步向高超超临界水平发展。简要介绍了中压缸冷却技术的工作原理、特点和意义,以及共轭... 超超临界汽轮机中压缸采用蒸汽冷却技术,能够改善进口高温部件的工作环境,降低其热载荷。冷却技术与先进耐高温材料配合使用,能够实现主蒸汽参数进一步向高超超临界水平发展。简要介绍了中压缸冷却技术的工作原理、特点和意义,以及共轭传热技术的引入对冷却技术研究的推动作用,重点讨论了不同冷却技术的研究进展和现状,在此基础上详细分析了冷却蒸汽来源和进汽方式、冷却蒸汽进口参数、冷却结构设计等因素对冷却效果的影响。提出在继续深入研究冷却机理和结构优化的同时应当开展流-热-固多物理场耦合研究,以更加准确深入地把握冷却方案对部件的运行安全可靠性和寿命的影响。 展开更多

关键词 中压缸冷却 蒸汽冷却 共轭传热 超超临界

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超超临界汽轮机合缸轴端漏汽量对中压第1级透平级冷却性能的影响

10

作者 钟刚云 李军 +1 位作者 霍文浩 范小平 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期352-359,共8页

采用耦合流场计算和共轭传热的方法,研究了超超临界汽轮机合缸轴端(过桥)汽封漏汽量(即轴端漏汽量)对中压第1级动叶及叶轮冷却性能的影响,对无蒸汽冷却、蒸汽冷却和轴端漏汽时中压第1级透平级的冷却性能进行了对比,并分析了3种轴端漏汽... 采用耦合流场计算和共轭传热的方法,研究了超超临界汽轮机合缸轴端(过桥)汽封漏汽量(即轴端漏汽量)对中压第1级动叶及叶轮冷却性能的影响,对无蒸汽冷却、蒸汽冷却和轴端漏汽时中压第1级透平级的冷却性能进行了对比,并分析了3种轴端漏汽量时中压第1级透平级的冷却效果.结果表明:随着轴端漏汽量的增大,中压第1级透平级效率逐渐下降;当轴端漏汽量为9.68kg/s时,相比于无轴端漏汽时透平级效率降低了0.68%;轴端漏汽对中压第1级部件的冷却机理与冷却蒸汽相同,二者冷却效果的不同主要是由于其流量和温度不同;与蒸汽冷却相比,随着轴端漏汽量的增大,冷却蒸汽与轴端漏汽的混合蒸汽对叶根的冷却效果减弱,导致叶根温度整体上升,但温度梯度减小. 展开更多

关键词 超超临界汽轮机 蒸汽冷却 轴端漏汽 数值模拟

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基于围道积分的润滑接触齿轮微点蚀损伤特征模拟

11

作者 赵洋 肖洋 +3 位作者 孙皓 霍文浩 冯松 廖勇 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期799-810,共12页

基于围道积分的方法提出了一种考虑润滑接触对的齿轮齿面微点蚀模拟方法,通过建立其二维有限元数值模型,研究微点蚀裂纹扩展过程中的损伤特征,即应力强度因子变化规律及最终齿面点蚀形貌。润滑接触对模型考虑了齿轮相互接触载荷、接触... 基于围道积分的方法提出了一种考虑润滑接触对的齿轮齿面微点蚀模拟方法,通过建立其二维有限元数值模型,研究微点蚀裂纹扩展过程中的损伤特征,即应力强度因子变化规律及最终齿面点蚀形貌。润滑接触对模型考虑了齿轮相互接触载荷、接触关系以及弹流润滑条件。在ABAQUS中计算得到裂纹尖端处的应力强度因子KI、KII以及扩展角θC,然后根据最大切向应力(MTS)准则计算等效应力强度因子Kσ并作为裂纹扩展的判别条件,进一步地探讨不同润滑状态对微点蚀的形成影响。结果表明:齿轮间充分润滑时,KI和Kσ随着裂纹长度的增加而快速增大,形成的点蚀坑更小;润滑不足时,KI和Kσ随着裂纹长度变化缓慢,形成的点蚀区域更大。研究结果可为后续微点蚀齿轮的接触疲劳寿命分析、在线磨损监测以及啮合刚度计算提供理论支持。 展开更多

关键词 机械设计及理论 微点蚀 围道积分 损伤特征 最大切向应力准则 润滑状态

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超临界二氧化碳轴流透平冷却系统耦合传热特性数值研究

12

作者 周东 霍文浩 +4 位作者 刘红丹 唐国庆 王亚 文鑫 但光局 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期146-156,共11页

针对某型超临界二氧化碳(S-CO_(2))轴流透平开展了冷却系统设计,通过抽取压缩机后管道中低温S-CO_(2)对干气密封、转轴和壳体进行冷却,以保证干气密封工作温度低于200.0℃。采用耦合传热方法分析了该冷却系统的流动和传热特性,对比了不... 针对某型超临界二氧化碳(S-CO_(2))轴流透平开展了冷却系统设计,通过抽取压缩机后管道中低温S-CO_(2)对干气密封、转轴和壳体进行冷却,以保证干气密封工作温度低于200.0℃。采用耦合传热方法分析了该冷却系统的流动和传热特性,对比了不同冷却方案的干气密封、转轴与壳体等固体域的温度分布。结果表明:采用转轴冷却方案时转轴温度降幅达到220.3℃,干气密封最高温度为229.1℃;进一步引入温度更低流量更大的S-CO_(2)对壳体进行冷却,能抑制透平进口处高温主流的加热作用,转轴温度降幅增加到244.1℃,干气密封最高温度下降到181.2℃,同时S-CO_(2)轴流透平干气密封、壳体和转轴等被冷却部件温度梯度可控。该冷却系统为S-CO_(2)轴流透平的安全可靠运行提供了解决方案。 展开更多

关键词 超临界二氧化碳轴流透平 冷却系统 传热特性 温度分布

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壁面粗糙度对超临界二氧化碳透平性能影响数值研究

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作者 王磊 霍文浩 +4 位作者 唐国庆 但光局 孙冬婷 李扬 文俊 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期57-66,共10页

针对某型超临界二氧化碳(S-CO_(2))轴流透平,结合不同工况试验测试结果进行了带粗糙度的仿真与测试的对比分析,重点讨论了壁面粗糙度对机组性能的影响。研究结果表明:采用的壁面粗糙度数值计算方法能够较为准确地评估透平不同负荷工况性... 针对某型超临界二氧化碳(S-CO_(2))轴流透平,结合不同工况试验测试结果进行了带粗糙度的仿真与测试的对比分析,重点讨论了壁面粗糙度对机组性能的影响。研究结果表明:采用的壁面粗糙度数值计算方法能够较为准确地评估透平不同负荷工况性能;与测试结果相比,效率误差最大为1.82百分点;壁面粗糙度使得透平整体性能下降,对于本透平开机升功率过程中5个工况,在Ra1.6粗糙度等级下效率最大下降2.8百分点,且涡轮级粗糙度对透平性能影响更加明显;壁面粗糙程度越严重,涡轮级效率下降越大;在非设计工况,粗糙度达到Ra6.3等级时效率最大下降11.6百分点,壁面粗糙度加剧了动叶压力面的流动分离,造成了较大的摩擦损失,严重影响透平性能。研究成果为后续S-CO_(2)透平设计与性能研究提供了技术支撑和依据。 展开更多

关键词 超临界二氧化碳 轴流透平 壁面粗糙度 试验测试

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