[发明专利]一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法

摘要

一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法，将静强度指标和动强度指标结合，确定汽轮机低压缸最小安全流量，包括建立数值模型、分析小流量工况下末级叶片流场、分析小流量工况下末级叶片应力和应变、确定静强度条件下低压缸最小安全流量、小流量工况下末级叶片模态分析、动强度和静强度结合确定深度调峰工况下低压缸最小安全流量等步骤，能够快速、准确确定深度调峰工况下低压缸最小安全流量，解决了单从流场层面或者结构侧面，确定最小安全流量不够精确的问题，既保证机组安全稳定运行，又能够充分发挥机组深度调峰的潜力，降低弃风率，使更多的新能源能够并网发电。

主权项

1.一种确定汽轮机低压缸最小安全流量的方法，其特征是，它包括以下步骤：(1)模型前处理：针对所需计算的机组，提取叶片数据以及运行参数，建立机组低压缸末级流场和叶片固体结构模型，其步骤如下：(1.1)根据实际叶片三维扫略，形成云数据，利用Gambit软件导入数据点构建末级叶片流场物理模型和结构物理模型，叶片流场物理模型主要用于模拟小流量工况下末级叶片的流场计算，叶片结构模型用于小流量工况下的流固耦合后叶片的固体结构力学分析和模态分析；(1.2)对所建立的模型导出step格式文件，再导入workbench软件中的geometry框架中，在meshing中，划分叶片流场网格；(1.3)对所建立的模型导出step格式文件，再导入workbench软件中的geometry框架中，在meshing中，划分叶片固体网格；(2)叶片流场特性计算：根据热力数据确定机组的工况，利用弗留格尔公式和黄金分割法建立不同的工况，设定边界条件进行计算，其步骤如下：(2.1)根据机组的热力特性数据，利用弗留格尔公式和黄金分割法确定机组的运行工况，其中包括末级叶片质量流量入口和静压出口；(2.2)将步骤(1)所建立的叶片流场物理模型导入CFX流体力学软件中；(2.3)对叶片流场的各个边界进行设定，包括流固耦合面、质量流量入口、静压出口以及流体流动属性；(2.4)启动计算器，设定计算结果的保存路径和并行参数，利用计算流体动力学软件求解叶片流场的三维流场，其中包括连续性方程、动量方程和能量方程；(3)流场后处理：分析不同流量工况下末级叶片脱流特性，确定脱流涡开始形成时低压缸进汽量以及脱流涡形成的位置，其步骤如下：(3.1)用CFX POST打开叶片流场的计算结果文件，通过压力云图、流线示意图分析流场；(3.2)根据压力图层确定低压力点，同时，根据流线的分布特性，寻找涡旋的流线集中点，二者的重合点即为涡核区；(3.3)保留流场的计算结果文件，将其导入Static structural固体结构力学框架；(4)叶片固体结构静力学计算：对小流量工况下末级叶片进行流固耦合分析，确定最大等效应力和最大变形量出现的位置以及两个指标随流量减小的变化规律，其步骤如下：(4.1)设定叶片固体材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度；(4.2)将步骤(1)中所建立的叶片固体模型导入Static structural框架中，根据叶片的实际安装条件，对叶根和叶顶进行固定约束，并施加3000r/min的自转速度；(4.3)对叶片固体进行耦合边界设定，导入步骤(3)中的流体耦合面压力和温度参数，将其施加在叶片固体表面；(4.4)对固体部分进行结构响应计算，获得叶片的应力和形变量等静强度参数；(5)叶片固体结构结果分析：利用黄金分割法缩小运行工况的范围，根据材料的许用强度、屈服极限等指标对其进行静强度安全性评价，其步骤如下：(5.1)由第四强度极限理论，将步骤(4)所得到的应力、形变静强度指标与叶片设计参数进行比较，判断各参数是否超标或者不合理，若不合理，重复步骤(2)中(2.3)以下的操作；(5.2)由第四强度极限理论，利用黄金分割法确定满足叶片结构静强度条件下的低压缸最小流量；(6)最小流量确定：在保证叶片安全的前提下，得到低压缸最小流量，其步骤如下：(6.1)对小流量工况下末级叶片进行模态分析，确定频率、振型等动强度因素的变化规律，同时判断在步骤(5)中所确定的工况条件下，末级叶片是否发生共振；(6.2)如果在该工况下叶片发生共振，重复步骤(5)中(5.2)步骤，直到确定不发生叶片共振所对应的流量。