中低压缸连通管数值模拟与导流叶片可靠性分析

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1、第52卷第4期汽轮机技术VoJ．52No．42010年8月TURBINETECHN0LOGYAug．2010中低压缸连通管数值模拟与导流叶片可靠性分析谭宗立(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：对中低压缸连通管内某典型导流叶片形式进行了定常计算，从而得出连通管内的流动具有非定常特性。为进行非定常计算，确定了非定常的周期，从非定常结果分析了导流叶片上压力周期性变化，进一步分析了影响叶片可靠性的主要因素是非定常性引起的共振。关键词：中低压缸；连通管；导流叶片；非定常；可靠性分类号：~232．4文献标识码：A文章编号：1001-5884(2010)04-0247-03Numeri

2、calSimulationofCommunicatingPipeBetweenIntermediatePressureandLowPressureCylindersandReliabilityAnalysisoftheGuideVanesTANZong．1i(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Thepapersimulatesatypeofguidevaneofcommunicatingpipebetweenintermediatepressureandlowpressurecylinderswithnumeric

3、alstaticmethod，getthattheflowhastransientcharacteristic．Toproceedtransientflowsimulation，ascertainstheperiodictime，analysesthepressurechangesontheguidevaneprofilesthroughthetransientresuhs，obtainsthatsympatheticvibrationisthemajorfactoronreliabilityofguidevane．Keywords：IP·LPcylinders；communicatingp

4、ipe；guidevane；transient；reliability0前言在大型蒸汽轮机组中，中压蒸汽通常经过中低压连通管被分配到两个低压缸中，并且蒸汽在连通管中流动至少要经历两次90。角折转。为了减少流动损失，通常在每个弯角处增加一组由许多叶片组成的导流叶片环，使汽流平稳地改变方向。普朗特在研究弯角流动时也指出，导流叶片可以减少防止了尖角处的分离⋯。当流体通过弯管时，流动方向的改变就会引发离心涡流现象，还会造成流体内产生湍流，这种变化不仅仅会产生噪声、振动、失稳，严重时甚至导致叶片断裂一。本文针对图1这种典型的导流叶片的连通管设计，通过数值模拟来分析连通管内的非定常特性以及影响导流叶片图

5、190。弯头内导流叶片设置_2J可靠性的因素。化，这说明了连通管内的流动具有周期非定常性，为此对流场进行定常分析确定周期性的原因。1几何模型图4显示了连通管内整体的速度矢量及流线。很明显，在导流叶片环2下游由于类似蒸汽绕流凸台的流动而形成图2是中低压连通管模型，图2(b)中3个位置所用导流了较大尺度的旋涡，此大尺度旋涡运动不稳定，因此也将导叶片形式相同。叶片厚度为6mm，叶片两端直接连接于管致连通管内流动的非定常性。在亚音流动状态，此处的不稳壁，各有20只叶片。定旋涡运动将影响上游流动状态，这也是导流叶片1上压力波动的来源之一。2定常结果分析图5显示了蒸汽绕流导流叶片2以及导流叶片环2的三维

6、流动情况。由于导流叶片环2外壁下游的非稳态旋涡图3是定常计算收敛过程。从图可见，残差存在周期变尺度很大，而至低压出口1的内管壁的旋涡尺度较小，因此收稿日期：2009-05-28作者简介：谭宗立(1956一)，男，高级工程师，现任哈尔滨汽轮机厂有限责任公司副总经理。汽轮机技术第52卷区域3区域2区域1圆柱绕流。绕流凸台形成大尺度旋涡，而圆柱绕流则不停地产生涡的脱落效应，因此导流叶片环2下游的大尺度旋涡是非稳态旋涡。中压)连通管整体图6导流叶片环2下游水平截面的速度矢量及流线一一曩3非定常流动分析)局部放大通过上面的分析，连通管内的流动周期性主要来源于两个方面，一个是大尺度旋涡的不稳定运动，另一

7、个是气体绕图2中低压连通管模型流导流叶片时产生的小尺度尾部脱落涡。通常对于定常计算，物理时间尺度的给定一般采用公式L／U，对于本计算，如1×10果取为最大管道长度，取管道平均速度，则L／U值大概是1．Os左右。由于实际的流动中一般不会为最大长度，因1X100此物理时间尺度通常小于上述值，大致估算在0．5S，此时间值可暂定为大尺度旋涡的不稳定运动周期。不过，小尺度叶趔l×加片尾涡的脱落周期明显小于大尺度旋涡运动