有關(guān)提升汽輪機性能的技術(shù)研究

1、    有關(guān)提升汽輪機性能的技術(shù)研究    郭小利摘 要：本文主要通過對高載荷靜葉與動葉的開發(fā)、汽輪機低壓軸性能提升以及對反動式葉片進行優(yōu)化三方面進行分析與論述，探討提升汽輪機性能的有關(guān)技術(shù)方法，希望能對廣大同行有所助益。關(guān)鍵詞：汽輪機；性能；提升；技術(shù)一、高載荷靜葉與動葉的開發(fā)（一）高載荷靜葉的開發(fā)在葉弦長度條件相同的條件下，相較于一般靜葉而言，高載荷靜葉數(shù)量要少約14%，同時性能獲得了大大提升。因為葉片數(shù)量較少，所以可以有效減少葉片表面的摩擦，并且也能夠相應(yīng)降低葉片后緣的尾流損失，提高汽輪機性能。通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)，高負荷靜葉特點主要如下：第一，因為葉片頭

2、部大頭化，因此在葉片上游側(cè)會需要承擔(dān)一定負荷，從而起到了均衡葉片整體負荷的效果。第二，通過紊流分析、葉片背面喉部下游位置曲率分布曲線等方式來將最優(yōu)的葉片類型與數(shù)量參數(shù)設(shè)計出來。第三，在圓化葉片頭部位置的過程中應(yīng)當(dāng)要全面考慮入射角的強度與特性。（二）高載荷動葉的開發(fā)與高載荷靜葉較為相似，高載荷動葉的葉片數(shù)量均是有所降低，加大了葉片的載荷。相較于一般動葉來說，高載荷動葉其葉片數(shù)量減少了15%左右。與高載荷靜葉一致之處在于，降低葉片數(shù)量的同時加大了葉片負荷。因此極易出現(xiàn)葉片負壓側(cè)的流動脫流現(xiàn)象，尤其是沖動式葉片，因為葉片根部周圍背弧曲率較大，因此具有較為明顯的傾向性。因此，在開發(fā)高負荷動葉過程中，要

3、重點把控葉片強度，確保其范圍一直在允許的范圍當(dāng)中。除此之外還需要重視其根部周圍葉型設(shè)計。第一，控制脫流與邊界層的發(fā)展，將二次流所造成的損失降低，設(shè)計出增大葉片后緣周邊荷載的后加載葉型。第二，做好動葉葉片根部的設(shè)計工作，運用前置靜葉的側(cè)壁損失來預(yù)測入射角具有較大難度，因此，可以采用設(shè)計葉片前緣位置為橢圓形狀，將曲率半徑改變，對入射角特點進行改善等方法來應(yīng)對。值得一提是在設(shè)計葉型時采取二維葉片紊流分析技術(shù)，實際設(shè)計所得沿葉高方向不同的基本截面葉型，采取積疊面形成葉片。二、汽輪機低壓軸性能提升探究從我對有關(guān)文獻研究以及自己多年工作實踐來看，受到各種主客觀因素地影響，不少汽輪機運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)高壓與低壓軸

4、二者供汽差異或者是軸封漏氣等問題。如果不及時處理這些問題不僅會造成汽輪機低壓軸進水的情況，同時也會導(dǎo)致其軸封供回氣系統(tǒng)運轉(zhuǎn)經(jīng)濟成本大大增加。有鑒于此，為了解決上述問題地出現(xiàn)我們應(yīng)當(dāng)采取以下措施來提升汽輪機低壓軸性能：第一，改造系統(tǒng)管路。針對汽輪機低壓軸系統(tǒng)管路改造上可以從下面著手：增加兩套低壓軸封上供汽調(diào)節(jié)設(shè)備，這樣一來將汽輪機高壓與低壓兩個軸封分離開來。其中一套設(shè)備安裝在高壓軸封上，而另外一套則在低壓軸封。之后由它們分別向各自地前后即中壓前軸封供汽，這樣一來有助于保證高壓與低壓兩個軸封供汽實現(xiàn)一致；第二，改造控制系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)管路改造后，汽輪機高壓與低壓兩個軸封都實現(xiàn)了單獨供汽， 其中，經(jīng)

5、過改造后控制系統(tǒng)是單獨向高中壓軸封供汽，而新增部分則是單獨向低壓軸封供汽。在低壓軸封系統(tǒng)中，主要是通過對比環(huán)境溫度、供汽溫度與回汽溫度來對供氣量及性能判斷。在典型的pi閉環(huán)控制情況下能夠及時調(diào)整設(shè)定值，并對低壓軸封供汽壓力進行自動調(diào)節(jié)，保證真孔能夠在機組負荷改變的情況下保持穩(wěn)定，且能夠準確診斷軸封工作狀態(tài)。第三，裝設(shè)熱工測點。高壓軸封供汽與低壓軸封供汽分離，相對來說低壓軸封供汽系統(tǒng)是獨立的，同時具有自適應(yīng)控制能力，與真空、溫度以及壓力等有關(guān)信號參數(shù)相配合，通過傳感器信號引入dcs系統(tǒng)內(nèi)，或是額外裝設(shè)pi調(diào)節(jié)器。三、對反動式葉片進行優(yōu)化要想有效提升汽輪機效率，并且能夠?qū)で蟮狡啓C結(jié)構(gòu)的參數(shù)，如反

6、動度、轉(zhuǎn)子直徑以及級數(shù)等的平衡，需要積極開發(fā)出一類與結(jié)構(gòu)類型相適應(yīng)的葉型，需要控制汽輪機高壓級中葉片長度，切勿過長。因為沿葉高方向的二次流領(lǐng)域與邊界層所占比例較大，因此，需要全面考慮流場特性的高性能葉片。根據(jù)旋轉(zhuǎn)動葉的周向速度與靜葉出口的絕對速度，蒸汽是根據(jù)特定速度進入動葉，所以此速度方向與動葉入口角存在較遠距離，且出現(xiàn)較大的葉型損失。不僅如此，還需要全面考慮其他因素的影響，因此要想設(shè)計動葉相對流入角具有較高精度難度較大。當(dāng)前，在設(shè)計葉型時往往是采取基于實驗的強化設(shè)計法。（一）強化設(shè)計法第一，如若將葉柵視為一個系統(tǒng)，利用系統(tǒng)輸出與輸入間的關(guān)系，即運用原點直線，能夠有效選擇測量特點與信號因子。第

7、二，控制因子與誤差因子。其中，誤差因子主要指的是會在一定程度上對設(shè)定功能產(chǎn)生負面影響的因子，經(jīng)過進一步研究采用流入角作為誤差因子，加上將其他因素考慮在內(nèi)，最后選擇了30°、50°以及70°三類流入角。除此之外，由于控制因此在很大程度上決定了葉型參數(shù)，所以在數(shù)值實驗過程中，可以利用計算機來選擇與損失特點與流入角特點相關(guān)的4項參數(shù)，如相對葉寬、節(jié)弦片、前緣曲率半徑、葉片轉(zhuǎn)向角。在強化設(shè)計過程中，需要注意損失特點與流入角特點應(yīng)當(dāng)要與靈敏度特點與特性相對應(yīng)。第三，葉型設(shè)計。由于四個控制因子無法發(fā)揮出所有作用，且葉型形狀有所不足，要求能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)二維紊流來實施分析，通過有效

8、結(jié)合葉型設(shè)計與損失評價反映，采取反問題來有效修正葉型與葉片最大載荷，將候補長度確定下來，葉片荷載分布修正范圍單單指的是最大荷載區(qū)域周邊。第四，靈敏度特點與sn比。根據(jù)上述情況實施二維穩(wěn)流分析，根據(jù)計算結(jié)果在相應(yīng)條件下，靈敏度平均值與sn比的因果圖，以便于能夠研發(fā)出較小損失的葉片。第五，根據(jù)最優(yōu)條件研究。根據(jù)上述兩類情況，采取損失評價與二維紊流分析來實施對比，利用積疊沿著葉高的方進行截面，也就是形成一枚動葉。和普通的葉片進行比較，最佳葉片數(shù)量減少 1/3。（二）開展二維葉柵風(fēng)動試驗為了更好地測算出葉片在運轉(zhuǎn)時所出現(xiàn)的能量損失系數(shù)，筆者建議企業(yè)需要開展二維葉柵風(fēng)動試驗，這樣借助于其風(fēng)洞中五孔探針位

9、置進行測量。然后認真分析試驗中和類似廣泛圍氣流入角、損失特點平坦化等內(nèi)容，之后再進一步分析它與一般葉片的差別。最后利用分析結(jié)果對反動式葉片進行優(yōu)化，以此降低運行時能量損耗。（三）確認空氣透平級效率要想保證汽輪機的級效率與規(guī)定要求相符，需要根據(jù)實際對比最佳葉片與普通葉片的結(jié)果來開展模型透平試驗。采用油熱電偶內(nèi)置其中是悟空探針，沿級的出入口徑相發(fā)展，通過測量流角、溫度與壓力等有關(guān)參數(shù)。隨后開始測量流量孔板，探針測量與測功器的處理來將出級效率測量出來。四、結(jié)束語總得來說，汽輪機及其性能對于整體汽輪機的運作有著極為重要的影響，采取有效技術(shù)方法來提升汽輪機性能不但可以有效控制燃料的消耗量，而且還有利于降低二氧化碳的排放。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)要采取有效的技術(shù)策略來提升汽輪機的性能。參考文獻：1 高登攀， 牛志軍， 程代京，等. 提高火電廠汽輪機組性