某800MW改造机组气动优化-.pdf

第5 6 卷 第4期 2 0 1 4年 8月 汽轮机技术 TURBI NE TECHN0L OGY V0 l _ 5 6 No ． 4 Au g ． 2 01 4 某 8 0 0 MW 改造机组气动优化 刘云锋， 王 健 ， 管继伟， 张启林 哈 尔滨汽轮机厂有限责任公司， 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 针对某 8 0 0 MW改造机组 ， 研究了机组低压末级和调节级叶型设计。针对机组特点， 低压末级动叶优选1 0 2 9 m m叶片， 优化静叶和子午形状 ， 以提高根部反动度和级效率。同时， 考虑工艺、 固体颗粒侵蚀 、 变工况等， 全新设计 了调节级静叶。三维数值模拟结果表明， 低压末级优化后， 机组效率提高了0 ． 1 ％， 热耗降低约7 k J ／ k W h 。 关键词 汽轮机改造 i 叶型设计； 数值模拟 分类号 T K 2 6 3 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 - 5 8 8 4 2 0 1 4 0 4 - 0 2 6 3 - 0 2 Ae r o d y n a mi c Op t i mi z a t i o n o f S o me 8 0 0 MW S t e a m Tu r b i n e L I U Y u n f e n g ， WA N G J ia n ， G U A N J i - w e i ， Z H A N G Q i l i n H a r b i n T u r b i n e C o m p a n y L i m i t e d ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ， a i r f o i l d e s i g n o f g o v e r n i n g s t a g e s a n d l a s t s t a g e s o f L P c a s i n g s i s i n v e s t i g a t e d f o r s o me 8 0 0 MW s t e a m t u r b i n e ．I n o r d e r t o i mp r o v e s t a g e e ffic i e n c y a n d t h e r e a c t i o n d e g r e e o f t h e b l a d e r o o t ， t h e c l a s s i c 1 0 2 9 mm mo v i n g b l a d e o f Ha r b i n T u r b i n e Co mp a n y i s s e l e c t e d ． A n d t h e c o r r e s p o n d i n g s t a t o r b l a d e s a n d t h e fl o w o f me r i d i o n a l p l a n e are o p t i mi z e d ．Me a n w h i l e ， t h e s t a t o r b l a d e o f g o v e r n i n g s t age s i s c o mp l e t e l y d e s i g n e d， c o n s i d e rin g s u c h f a c t o r s a s t e c h n o l o g y ， s o l i d p a r t i c l e e r o s i o n a n d v a r i a b l e w o k i n g c o n d i t i o n ．Nu me ric a l s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t ， t h e e ffic i e n c y o f t h e wh o l e s t e a m t u r b i n e i m p r o v e s b y 0 ． 1 ％ a n d h e a t c o n s u m p t i o n d e c r e a s e s b y a b o u t 7 k V k W h ． Ke y wo r d s s t e a m t u r b i n e r e t r o fi t tin g ； a i r f o il d e s i g n； n u me r i c a l s i mu l a t i o n 0 前言 某 电厂两 台 8 0 0 MW 机 组系 前苏联 K 8 0 o一 2 4 05型产 品。该型汽轮机为超临界 ， 单轴五缸 1个高压缸 ， 1个 中压 缸 ， 3个低压缸 ， 具有一次中间再热 ， 8段非调节抽汽， 冲动 凝汽式汽轮机， 凝汽器为双背压， 纵向布置， 低压末级叶片长 度 9 6 0 m m。与当代同参数先进超临界机组的设计水平相比 高出2 0 0 k J ／ k W h 以上。要求机组低压外缸不换 ， 通过 通流改造， 降低机组热耗 ， 提高出力 5 0 M W， 同时实现供热抽 汽 改造 。 1 末级叶片设计 末级长叶片是制约汽轮机机组单机功率、 安全性和经济 性的关键因素之一。从单机功率 容量 和汽轮机效率角度 来看， 汽轮机末级叶片是关键部件之一 ， 因为末级输出功率 超过机组输出功率 1 0 ％以上 ， 并且末级叶片的排汽环形面积 决定了最大的蒸汽流量。排汽面积还决定了对整机效率有 相当大影响的排汽损失。从安全性看， 末级叶片强度最大， 频率低， 共振发生后动应力大， 受背压和容积流量变化影响 最大， 尤其对于该项 目中中压排汽供热机组。由于中压排汽 一 部分用来供热， 导致进入低压缸流量减小， 叶片动应力增 太。丛经进眭角度置 ， 级吐片出力大， 尤其对于该项 目， 由 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 9 ． 1 7 于该项 目采用 3个低压缸， 末级出力 占机组出力 1 3 ％以上， 高于一般机组。所以末级叶片效率对机组经济性影响更大。 因此， 为了保证安全性 ， 同时提高机组经济性， 对于末级叶 片， 在成熟机组中选择， 对静叶进行优化。 1 ． 1 末级叶片选择 末级叶片选择主要结合排汽压力和余速损失选择合适 的排汽面积， 从而确定末级叶片的高度。经一维计算 ， 若采 用原机组叶片长度 9 6 0 m m， 在设计工况 4 k P a 排汽压力下 ， 余 速损失为4 1 k J ／ k g ， 余速损失很大， 严重影响机组低压缸效 率。为了充分保证机组经济性和安全性， 在具有成熟运行业 绩的末级长 叶片中选择 ， 见表 1 。根据末级等熵焓降 1 6 0 k J ／ k g ， 以1 0 2 9 m m叶片为基础 ， 如果采用1 0 0 0 mm和 9 0 0 m l T l 叶片， 考虑余速后 ， 效率要提高1 ． 5 ％和4 ． 4 ％， 三者的效果才 相当， 所以选择1 0 2 9 mm叶片。1 0 2 9 mm叶片是 6 0 0 M W 等 级机组末级叶片， 已有超过 4 O个项 目7 0多 台机组运行业 绩， 安全性和经济性 良好。 1 ． 2 根部反动度优化 考虑到供热抽汽位于中压排汽连通管上 ， 对于末级叶 片， 要求设计工况下根部反动度比较高， 以避免抽汽时根部 出现负反动度， 影响机组的安全性和经济性。所以除了优化 静叶叶型， 更重要的是采用了根部子午扩张 如图 1 所示 ， 在流道内造成流线反曲率 ， 从而提高根部反动度。从计算结 果 如图2所示 看， 优化后静叶根部出口曲线下弯加剧， 反 曲率增大 ， 优化后根部反动度从 2 0 ％提高到 3 0 ％以上。 作者简介 刘云锋 1 9 8 1 一 ， 男， 河北威县人， 硕士研究生， 工程师， 主要从事汽轮机气动计算、 叶片设计。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m