资源描述：
第 4 3卷 第 4期 2 0 1 4年 1 2月 热 力透 平 THERMAL TURBI NE Vo1．4 3 No ． 4 Dec 2 01 4 文章编号 1 6 7 2 5 5 4 9 2 0 1 4 0 4 0 2 3 9 0 4 核 电半速 1 7 1 0 mm 末级 长叶片静 叶与动优 化 景伟， 杨锐， 杨建道， 彭泽瑛 上 海汽轮机 厂有限公 司， 上 海 2 0 0 2 4 0 摘要为了降低流动损失， 通过分析核 电半速 l 7 1 0 mm末三级气动效率， 调整末级静叶节弦比、 喉节比、 根 部型线， 对末三级通流进行优化， 对比原设计， 优化后的计算结果证明上述手段确实可以提高末三级的效率和 出力， 对开发设计具有高通流效率的汽轮机低压缸长叶片有良好的指导意义。 关键词 汽轮机 ； 末级静 叶 ；气动效 率；优化 中图分类号 TK2 6 3 ． 3 文献标 识码 A d o i 1 0 ． 1 3 7 0 7 ／ } ． e n k i ． 3 1 1 9 2 2 ／ t h ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 0 2 Ae r o dy na m i c Opt i mi z a t i o n f o r 1 71 0 i n i n Lo n g S t a t i o n a r y Bl a d e o f Ha l f - S p e e d Nu c l e a r Tu r bi ne s JI NG We i ， Y ANG Ru i ， Y ANG J i a n d a o，PENG Ze yi n g Sh a n g h a i T u r b i n e Wo r k s Co ． ， L t d． ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e d u c e f l o w l o s s ，t h e l a s t t h r e e s t a g e s o f s t a t i o n a r y b l a d e s a r e o p t i mi z e d b y a d j u s t i n g t h e p i t c h c h o r d r a t i o， g a u g i n g ，r o o t s p r o f i l e o f t h e l a s t s t a g e s t a t i o n a r y b l a d e a f t e r a n a l y z i n g a e r o d y n a mi c e f f i c i e n c y o f t h e h a l Ls p e e d l a s t t h r e e s t a g e s ． Co mp a r e d wi t h t h e o r i g i n a l d e s i g n，t h e o p t i mi z a t i o n c a n d o i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y a n d p o we r o u t p u t o f t h e l a s t t h r e e s t a g e s ，wh i c h i s a g u i d a n c e f o r t u r b i n e ’ S l o n g b l a d e d e s i g n a n d d e v e l o p m e n t ． Ke y wo r d s s t e a m t u r b i n e ； l a s t s t a g e s t a t i o n a r y b l a d e ； a e r o d y n a mi c e f f i c i e n c y； o p t i mi z a t i o n 半速核 电汽轮机低压缸末级叶片的长度 随着 装机容量不断增 加而加长 ， 从而有助 于减少低压 缸的数 目， 同时也可以减小余速损失 ， 然而叶片的 加长为设计工作带来 了一系列 的挑战 。核电低压 缸末级长叶片工作环境恶劣 湿蒸汽区 ， 在离心 力作用下 ， 长叶片长度加长将导致径 向压力梯度 更大 ， 根部反动度降低 ， 这容易引起较大的马赫数 和根部流动分离 。经过 长达 3 O年的开发经验积 累， 上海汽轮机厂长叶片 的开发流程 已经实现规 格化 、 系列化 ， 目前按照约 3 O 的排气面积问隔， 已经开发出一系列火电和核 电长叶片。了解和掌 握长叶片的气动性能 ， 开发新 型长 叶片及高效核 电机组 ， 在重视节能减排 的今天 已经得到各大厂 方的热 切关 注 。本 文 主要 介 绍 C AP 1 4 0 0机 组 1 7 1 0 mm末级静叶的优化流程及结果 ， 研究工作 对降低流动损失、 提高长叶片级通 流效率有非常 重要的意义。 优化的方法及步骤 1 ． 1 优化依据 优化的手段是 在 C F D模拟计算结果 中发现 问题 ， 提出修正， 调整末级静 叶， 对静 叶调 整过的 流场进行分析 ， 保证末三级进 口、 出口边界条件不 变 ， 以末三级出力和效率为优化 目标 ， 寻找最佳设 计方案 。 鉴于 1 7 1 0 tu r n 末级静叶叶型偏离最佳节 ， 优化 的第一步即是增大节弦比。设计 中， 相对节距是有 最佳值的， 由最佳值增加 ， 叶型压力面相对压力会相 应升高， 吸力面相对压力会下降， 这 自然地使出口扩 压段增大， 进而使叶型边界层 阻力引起的气流能量 损失增加 ； 反之， 当相对节距 由最佳值减小时， 虽然 收稿 日期 2 0 1 3 1 0 2 8 修 订 日期 2 0 1 4 0 4 1 5 作者简介 景伟 1 9 8 7 一 ， 男 ， 毕业于上海理工大学 ， 硕士 ， 助理工程师 ， 现从事汽轮机通流与叶片设计 研究 。本论 文为 2 0 1 3 年 中国动力工 程学会透平专委会学术研讨会宣读论文 。 一 ● 圆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 核电半速 l 7 1 0 mm末级长叶片静叶气动优化 型面损失会减小， 但是出口边厚度的相对值增加会 导致出口边损失系数增加l_ 】 ] 。本文的计算 由于缺乏 自动化程序， 计算量大， 因此结合原设计实际情况， 通过逐渐增加节弦比来观察流场是否改善。 末级静叶平均喉节比增加后， 级反动度显著升 高[ 2 ] 。对于末级叶片而言 ， 根部反 动度高于0 ． 2 5 ， 顶部反动度低于 0 ． 6 5比较合理_ 3 ] ， 原因是 其一， 合理的反动度分布可以降低次流损失； 其二 ， 在小 容积流量时可 以规避因出现负的反动度而引起的 回流； 其三， 根部相对较大的反动度 ， 可以提高根部 级间压力 ， 降低根部马赫数 ， 减小激波损失。 最后 ， 末级长叶片静叶根部气流往往 是超音 速流动， 马赫数可能高达 1 ． 8 。高 的马赫数 不仅 会带来非常大 的激波损失， 而且对径 向平衡和动 叶气流冲角有很大 的影响。当然 ， 根部马赫数的 大小与反动度息息相关。在实际设计 中， 我们会 通过合理设计根部反动度、 优化静 叶型线等方法 来降低马赫数 ， 以减小损失 。有文献认为_ 4 ] ， 气流 在喷管喉部加速到音速以后会在喷管出口的斜切 部分继续加速 ， 因此渐缩喷管适用于 Ma ％ 1 ． 3的 工况 ； 而对 Ma 1 ． 3的工况 ， 则需要采用缩放喷 管 。1 7 1 0 mm末级静叶采用渐缩喷管 ， 如果根部 马赫数过高 ， 则会造成较大的激波损失和型 面损 失 ， 因此需要对静叶根部型线进行优化 。 1 ． 2 优化流程 在不改动末级动叶的前提下 ， 通过对静 叶片 进行微调来达到改善通流的 目的。首先， 减少末 级静叶片只数 ， 增加相对节距 。考虑到静叶 只数 减少的同时 ， 会引起通道喉节比增加 ， 需要准备两 套方案 其一 ， 在减少叶片只数 的同时 ， 对 叶片进 行扭转 ， 以保持喉节 比与原设计一致 ； 其二 ， 仅减 少叶片只数 ， 而对叶片其他参数不作调整 。然后 ， 根据 1 7 1 0 mm末级根部反动度较低 、 静叶出口马 赫数较高等特点 ， 适当放大静叶通道喉节 比。喉 节 比增加势必会 引起流量的增 大， 所 以需要对模 拟中的流量参数投入更多 的关注。最后 ， 针对静 叶根部的出口马赫数较高的问题 ， 对该截面 的型 线进行优化。具体流程图见图 1 。 2 计算结果 在 1 7 1 0 mm原设计的基础上 ， 将静叶中径处 节弦比由 0 ． 5 4增加到 0 ． 6 5 ； 喉节 比由 0 ． 8 6调整 幽I I I| 图 1 1 7 1 0 mm末 三级静 叶优化 流程 图 到 0 ． 4 1 。一共 计算 8个工况 ， 工况 l记 为原设 计 。对 比原设计 ， 各工况流量参数变化非常微小 ； 效率和出力均有增加 。本文对各优化 阶段 中最佳 的工况 1 、 5 、 6 、 7 、 8工况 进行图示 。计算结果如 图 2至图 4所示 1 0 ． 9 O ． 8 0 ． 7 扭 叵 0 ． 6 导0 ． 5 再0 ．4 0 ． 3 0 ． 2 O ． 1 O 反 动度 图 2 反动度沿叶高变化曲线 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
展开阅读全文
