汽輪機(jī)通流部分的初步研究

梁超++郜寧++郭磊++劉偉

摘 要：本文首先介紹了汽輪機(jī)通流部分粗糙的原因以及其對機(jī)組功率和效率的影響，在弗留格爾公式的基礎(chǔ)上，提出了汽輪機(jī)級組特征通流面積的觀點(diǎn)，給出了簡單的理論推導(dǎo)，進(jìn)而將級組特征通流面積應(yīng)用于電廠工作中的許多方面。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；通流部分；通流面積

中圖分類號：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0065-01

0 引言

在火力發(fā)電廠的運(yùn)行事故中，由汽輪機(jī)通流部分故障引發(fā)的停機(jī)停爐事故不容忽視。汽輪機(jī)通流部分是汽輪機(jī)不可或缺的核心部分，它在運(yùn)行時(shí)候的狀態(tài)直接關(guān)系到汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)性。研究汽輪機(jī)通流部分，對維護(hù)汽輪機(jī)組安全以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

機(jī)組負(fù)荷受電網(wǎng)負(fù)荷和頻率的波動(dòng)而波動(dòng)，頻繁的負(fù)荷變化勢必造成蒸汽溫度的變化，進(jìn)而使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等部件因受頻繁熱應(yīng)力作用而壽命降低。此外，當(dāng)葉片上有鹽沉積時(shí)，會導(dǎo)致蒸汽流道形狀的改變和葉片表面光潔度的變差，這將使機(jī)組相對內(nèi)效率降低，整個(gè)發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性下降。這種情況如不及時(shí)處理，嚴(yán)重時(shí)會損壞推力軸承，降低發(fā)電功率。根據(jù)電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，汽輪機(jī)通流部分常見故障種類包括動(dòng)靜葉片的結(jié)垢與腐蝕、磨損、斷裂、脫落等。上述故障都會危及汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，故應(yīng)引起高度重視。以汽輪機(jī)通流部分面積變化來分類，通流部分故障可以分為兩類：一類是通流部分面積變小，如結(jié)垢、堵塞等故障；一類是使通流部分面積變大的故障，如葉片斷裂、腐蝕等故障。還有一種分類方法是以引發(fā)機(jī)組危害的緊急緩慢來分，可以分為突變型故障和漸變型故障。突變型故障具有緊急性，若處理不當(dāng)，會導(dǎo)致機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果；漸變型故障一般不易發(fā)現(xiàn)，其可以導(dǎo)致機(jī)組功率的降低和相對內(nèi)效率的下降。因此研究汽輪機(jī)通流部分故障，對增強(qiáng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，保障設(shè)備和運(yùn)行人員安全具有重要意義[1]。

1 汽輪機(jī)通流部分粗糙的因素

汽輪機(jī)通流部分在機(jī)組中是蒸汽流過而且做功的部分，這包括汽封裝置、靜/動(dòng)葉片、噴嘴、隔板等。而對汽輪機(jī)本體而言，這些裝置又有著非常重要的作用，因此其性能會對汽輪機(jī)通流部分的功率和效率有著直接的影響。通常造成汽輪機(jī)通流部分表面變粗糙包括以下幾種原因：通流部分表面結(jié)垢、腐蝕、固體顆粒沖蝕、外物沖擊以及噴鋼砂處理等。

2 通流部分表面變粗糙后對機(jī)組功率和效率的影響

汽輪機(jī)通流部分各級的參數(shù)會隨著表面粗糙度的變化而變化，當(dāng)這些參數(shù)發(fā)生改變時(shí)級的速度也會相應(yīng)的變化，這就使得不能保持最佳速度比。由汽輪機(jī)級的工作原理可得：噴嘴損失、動(dòng)葉損失是關(guān)系能量轉(zhuǎn)換的重要因素，而速度比（輪周速度與噴嘴出口汽流速度之比）又是影響這兩個(gè)損失的重要參數(shù)。各項(xiàng)損失如噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失和撞擊損失會隨速度比的變化發(fā)生變化，而級內(nèi)損失的恢復(fù)能力又會隨輪周效率的降低而降低。研究結(jié)果表明，通流部分表面越粗糙，級后壓力變化反而不大，但級后溫度卻會變大，級后蒸汽的比熱容也會相應(yīng)的有所增加，這對葉輪摩擦損失的影響不是很大。

3 汽輪機(jī)級組特征通流面積

為解決汽輪機(jī)中性能的相關(guān)問題，這里對反映通流能力的表達(dá)式進(jìn)行了簡單的推導(dǎo)，表示為“特征通流面積”（簡稱CFA）。研究表明CFA在工程應(yīng)用中有著實(shí)際的作用，如對機(jī)組性能檔案的組建，實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)等。

首先應(yīng)用CFA可以解決性能偏離的問題；其次可利用特征通流面積來組建汽輪機(jī)機(jī)組的熱力性能檔案，實(shí)踐表明：許多機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)值相差比較大，有的能達(dá)到2%以上。而通過汽輪機(jī)特征通流面積組建的熱力性能數(shù)據(jù)即為精確熱力性能檔案，它可應(yīng)用于變工況計(jì)算、運(yùn)行監(jiān)測和診斷和性能分析等多方面；因?yàn)樵谌魏喂r下CFA都可保持常數(shù)，所以可以將其應(yīng)用于汽輪機(jī)的運(yùn)行監(jiān)測與診斷中。在機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候，當(dāng)級段效率受到某種因素的影響時(shí)，CFA也會受到一定的影響：汽缸中分面漏汽，級段后閥門非正常開度等。若某段CFA發(fā)生超限變化，則表示該級段出現(xiàn)一定的問題，即可分析相關(guān)數(shù)據(jù)，找出解決問題的辦法。

4 結(jié)論及展望

汽輪機(jī)通流部分的工作狀況直接關(guān)乎機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，因此研究通流部分，對提高系統(tǒng)安全性有著實(shí)際的意義。本文首先介紹了汽輪機(jī)通流部分粗糙的形成原因以及表面粗糙對汽輪機(jī)效率和功率的影響，其次以弗留格爾公式為基礎(chǔ)推導(dǎo)出汽輪機(jī)的特征通流面積，進(jìn)而將其應(yīng)用于生產(chǎn)中的許多方面，有利于增強(qiáng)汽輪機(jī)通流部分的運(yùn)行效率和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]欒忠興，李勇，薛彥光，等.汽輪機(jī)靜葉柵二次流損失的數(shù)值研究[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32（3）：43-47.