淺析300MW汽輪機流通性能的優化

摘 要：汽輪機作為電廠非常重要的生產設備，其在運行過程中具有較大的負荷，對能源消耗較大。同時汽輪機流通性能的好壞又直接關系到電廠生產效率，所以需要對汽輪機流通性能進行優化，提高汽輪機運行的經濟性，確保其運行過程中節能降耗目標的實現。文章從300MW汽輪機流通性能的改進與優化入手，分析了300MW機組汽輪機流通改造采用的相關技術，并進一步對300MW汽輪機流通性能優化的效果進行了具體的闡述。

關鍵詞：300MW汽輪機；流通性能；改進；優化技術；效果

作為我國能源消耗的大戶，電廠在運行過程中消耗量最大的當屬于煤炭和電能，而汽輪機作為電廠重要的生產設備，其所消耗的能源占電廠總消耗能源量的較大比例。因此需要對300MW汽輪機流通性能進行優化，這不僅有利于電廠生產效率的提升，而且還能夠實現科學節能。

1 汽輪機流通性能的改進與優化

近年來，在汽輪機流通性能的改進和優化問題上，各國都加大了研究力度，而且研究方向也開始向高效率新葉型的開發、子午通道優化技術及變扭聯合成型技術等方向發展。這對于汽輪機節能的實現具有積極的意義。

1.1 新葉型的開發

隨著科學技術的快速發展，近年來，在汽輪機流通性能問題上對于高效率新葉型的開發和應用加大了研究的力度。特別是后加載葉型概念的提出，然后通過對后加載葉型進行環形及平面葉柵吹風試驗，表明后加載葉型具有非常好的變工況氣動性能。然后通過在300MW汽輪機進行改造發現，利用高效后加載層流葉型后，高、中、低壓級型損相對值減小，級效率提高。后又有利用海豚形葉片來減小葉柵端部損失的提法，但其在汽輪機中并沒有得到具體的應用。

1.2 擴縮型葉片技術

汽輪機高壓級靜葉柵，由于其前后壓差較為明顯，所以在對高壓級靜葉進行設計時，通常都會較厚，這樣可以有效的確保剛度和強度能夠得到滿足，但這樣一來，厚葉片端部二次流的損失則會非常嚴重，所以在實際設計時，通常會采用上端壁收縮的方法。這樣由于氣流通道減小，導致葉柵尾部氣流速度增加，對附面層的加厚與分離起到了較好的阻滯作用，有利于汽輪機效率的提升。利用擴縮型動葉，其通過對葉型的內弧進行改動，這樣就使原來的收縮型通道發生了改變，其通道前端漸擴，這樣葉柵表面的橫向壓力梯度得以減小，當半段收縮時，則會加快葉柵內氣流的速度，出口附面層減薄，端部二次流強度則會進一步減小，有效的避免了端部損失及總損失的增加。

1.3 彎扭聯合成型技術

近年來，葉輪機械功率需求得以不斷增加，在這種情況下，葉柵二次流損失則會不斷增大，所以業內人士對葉柵二次流問題的研究也不斷深入。正彎葉片是在正、負傾斜葉片實驗結果的基礎上提出來的，其以兩端都為兩傾斜的葉片的情況下，兩端能量損失則會同時呈下降趨勢，從而形成彎矩聯合氣動成型理論。并在該理論基礎上，提出了最佳傾斜角和葉片傾斜面。特別是側型面的提出，使葉片三維成型得以成為現實，對于靜葉情況時，其最佳傾角以15°～25°之間為宜，而動葉由于受到強度的限制，其利用彎葉片時最佳傾角一般在5°～15°之間，有時甚至是負值。

2 300MW機組汽輪機流通改造采用的相關技術措施

2.1 高壓缸技術

通過對一臺單軸沖動式四缸四排汽機組進行改造，在改變前該機組由一只單流高壓缸、一只單流中壓缸和二只雙流低壓缸組成。三級高壓加熱器、一級除氧器和四級低壓加熱器作為給水回流系統，改造前采用的是軸承座和中軸承座臺板滑動面結構。在對其進行具體改造過程中，對單流高壓缸和二只雙流低壓缸的流通部分進行了更換，利用一級沖動式調節級和13級反動度為50%的反動級作為改造后高壓缸的部件。利用內置式疏水結構作為改造后高壓的內外缸，無論是調節級還是內外缸疏水都需要嚴格按照設計在缸內的通道進行流動，全部流向高壓缸末端底部的排汽口處，然后排出時需要以過高壓缸排汽逆止門前疏水口來完成。這樣對汽輪機進行改造后，不僅其系統得到了簡化，而且機組經濟性得以大幅度提升，運行操作進一步減少。對于動葉片葉頂汽封則需要采用交錯式的徑向汽封，同時汽缸內的靜葉片汽封也需要選擇交錯式的徑向齒汽封，并在靜葉片的圍帶的T形槽內將汽封環裝于此，定位時可以通過汽封環背部的拱形彈簧片來進行，同時汽封齒和轉子之間還需要按照設計圖紙要求保持一定的徑向間隙。

2.2 低壓缸技術

低壓缸流通部分仍由4x6級組成。低壓轉子由原來焊接改為整鍛結構。前5級動葉片葉根采用四種不同規格尺寸的叉形葉根。為確保葉片有良好的振動特性并減少泄漏汽損失，葉頂采用了鉚接圍帶的結構。葉頂與隔板外環間采用蜂窩式汽封。末級動葉片采用高扭轉設計，葉頂為鉸接式斜撐連續連接。主要用于控制葉片的振動。末葉片的進汽頂部焊有與葉型相吻合的成型史太立合金，保護葉片防止水蝕。改造后低壓流通部分所有低壓靜葉均為扭轉葉片，末級靜葉為馬刀型葉片。末級葉片由根部到頂部的葉型安裝角變化很大，初始安裝重心偏離徑向線。汽輪機運行時葉片在離心力的作用下向徑向線靠攏，產生扭轉恢復。其結果是在葉片進、出氣邊上產生壓應力，在中部產生拉應力。改造后的末級葉片，每級104只。根部的反動度+18%左右。為使反動度沿徑向分御比較均勻，靜葉采用馬刀形的彎曲葉片設計，降低了反動度沿徑向的梯度分布。

2.3 高效葉柵技術

從氣動力學的觀點分析，汽輪機內部流動是三維、可壓縮、有粘性、亞音速或跨音速、單相或多相的復雜流動過程。早期國產汽輪機的葉柵設計水平不高，葉柵流通損失大，效率低。改造中引入許多近年來發展的新技術，為提高改造機組流通效率作出重要貢獻。上述改進葉型的性能已在相關汽輪機實驗中作了證實，并通過在役汽輪機的現場試驗。改造機組的高壓缸葉片預期有很高的效率，因為良好的展弦比使二次流損失減至最小，并有助于減少上、下葉頂的漏汽損失，從而提高汽輪機的效率。

3 300MW汽輪機流通性能優化效果

利用子午收縮靜葉柵可以有效的減小流通曲率最大地方的橫向壓力梯度，這對于葉柵二次流損失的減小具有極為重要的意義。同時在斜切部分處，可以對流道的收斂度進行增加，這樣可以有效的確保薄出汽邊背弧的附面層厚度減少，從而將所有氣流都擠向葉片的根部。這樣可以有效的提高靜葉柵次流的損失率，確保調節級效率的提高。通過加載葉片型線后，有效的使轉捩的發生得以進一步推遲，有利于葉型損失的降低，而且對三維通道的二次流損失及總損失大幅度的削弱，葉柵的總損失也有很大程度的下降。另外在來流攻角變化范圍內，總損失不會發生變化，有效的確保了變工況性能能夠得以保障。利用分流葉柵，有效的確保了流動損失的降低，有效的提高了壓力級隔板的相對內效率。降低了漏汽損失。

4 結束語

通過改造后，300MW汽輪機組流能性能進一步提升，電廠生產效率得以提高，確保了能源消耗量的減少，這樣可以在最合理的能源消耗量下確保發電量的最大化，有利于節能降耗目標的實現，同時更好的順應了當前建設節約型社會的理念。

參考文獻

[1]孫奇，李軍，孔祥林，等.后加載和高負荷前加載葉型氣動性能的試驗研究[J].西安交通大學學報，2010，41（1）.

[2]李洪春.影響汽輪機經濟性的因素及其影響值的計算方法[J].黑龍江科技信息，2008（15）.

[3]趙杰，付昶，朱立彤.300MW等級汽輪機流通部分改造綜述[J].熱力透平，2011，40（1）.