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汽轮机低压缸进汽腔室气动分析及方案研究 热力透平 文章编号 1 6 7 2 5 5 4 9 2 0 1 5 0 1 0 0 1 3 0 5 汔轮机低压 缸进汔腔 室号动分析 及方案研究 史立群 上海汽轮机厂有限公司， 上海 2 0 0 2 4 0 摘要汽轮机低压进汽腔室设计的优劣对机组效率有明显的影响， 其对效率的影响主要有两个因素， 一是 腔室本身的流动情况； 二是腔室出口气流角与静叶的匹配情况。采用计算流体力学 C F D 方法模拟 了基于不 同设计方案进汽腔室的流场情况， 并根据流场参数计算了第一级的级效率。研究表明， 采用切向进汽方式， 并 且根据腔室出口气流角匹配静叶叶型 ， 可以提高低压缸第一级叶片的效率， 降低机组热耗。未来将会有越来 越 多的汽轮机 采用切向进汽腔 室， 以提 高机组 的效率。 关键 词进汽腔 室；切 向进汽 ；效率 中图分 类号 T K2 6 2 文献标识码 A d o i 1 0 ． 1 3 7 0 7 ／ j ． c n k i ． 3 1 1 9 2 2 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 0 4 Ae r o d y na m i c An a l y s i s a n d De s i g n S c h e me Re s e r c h f o r LP Cy l i n de r I n t a k e Ch a mb e r s o f S t e a m Tu r b i ne s SH I Li q u n S h a n g h a i T u r bin e Wo r k s C o． ， 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 Th e d e s i g n q u a l i t y f o r LP c y l i n d e r i n t a k e c h a mb e r o f s t e a m t u r b i n e s h a s s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e u n i t e f f i c i e n c y b e c a u s e o f t h e f o l l o wi n g ma i n f a c t o r s t h e f l o w c o n d i t i o n i n t h e c h a mb e r a n d t h e ma t c h i n g s t a t e o f t h e s t a t o r b l a d e g e o me t r i c a l a n g l e a n d f l o w a n g l e ．Th e f l o w f i e l d o f i n t a k e c h a mb e r s wa s s i mu l a t e d b a s e d o n d i f f e r e n t d e s i g n s c h e me b y u s i n g CF D me t h o d，t h e f i r s t s t a g e ’ S e f f i c i e n c y wa s a l s o c a l c u l a t e d b y me a n s o f f l o w f i e l d p a r a me t e r s ．Th e r e s e a r c h s h o ws t h a t t h e e f f i c i e n c y o f t h e f i r s t s t a g e o f L P c y l i n d e r c a n b e i mp r o v e d a n d t h e h e a t r a t e o f t h e u n i t b e r e d u c e d b y u s i n g t a n g e n t i a l i n t a k e mo d e a n d ma t c h e d s t a t o r p r o f i l e s ．I n t h e f u t u r e ， t h e mo r e a n d mo r e t a n g e n t i a l i n t a k e c h a mb e r wi l l b e u s e d t o i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y o f s t e a m t u r b i n e s ． Ke y wo r d s i n t a k e c h a mb e r ；t a n g e n t i a l i n t a k e ；e f f i c i e n c y 随着经济形势的逐渐变化 ， 电力设备市场上 对于汽轮机机组效率 的要求越来越高 ， 为满足这 一 需求 ， 制造厂商必须进行技术革新。在技术革 新过程中， 需对不 同的技术方案进行评估和分析 ， 以明确新技术带来 的收益 。本文采 用 C F D方法 对不同方案的低压缸进汽腔室进行 了模拟计算 ， 并对计算结果进行了分析， 为机组的技术升级改 造提供数据支持 。 1 研究背景 为提高现有一些老旧机组 的经济性 ， 同时降 低其污染物的排放 ， 需对这些机组进行技术改造 ， 对汽轮机低压缸进汽腔室进行改造也是其 中的一 个重要内容。 目前 ， 主流的低压缸进汽方式 下文称 为原方 案 如图 1 a 所示 ， 气流从 中低压连通 管进 入进 汽腔室后 ， 从左右两侧 向下流动并充满整个腔室； 同时， 气流流动方 向由径 向转 为轴 向进入低压缸 的第 1 级叶片， 如图 1 b 所示 对应于 图 1 a 中 虚线框 。这种进汽方式 的优点在于腔室整体的 流动速度较低 ， 流体进入通流级的流程相对较短 ， 流动 的沿程损失小 ； 其缺点主要有两点 ， 一是腔室 出 口气流角不均匀 ， 难 以与第 1级的静叶几何角 很好地匹配 ， 这带来 了很大的冲角损失； 二是流动 由径向转为轴 向时较剧烈 ， 会在静叶叶顶处产生 流动分离， 带来损失。圆柱坐标系的各坐标轴定 义如 图 1 a 所示 ， 下文相同。 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 2 2 修订日期 2 0 1 5 0 1 2 1 作者 简介 史立 群 1 9 8 2 一 ， 男 ， 毕业 于上海交通大学 ， 硕 士， 工程师 ， 现主要从 事汽轮机气动设计工作 。 |I I I啊 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汽轮机低压缸进汽腔室气动分析及方案研究 热力透平 0 ． 3 ， 机组热耗大致降低 0 ． 1 9 ／ 6 。 表 1 两种方案各参数对比表 5 结 论 数值计算 的结果显示 ， 将汽轮机低压缸 的进 汽方式改为切 向进 汽， 可以提升腔室 出 口的气流 角的均匀性 ， 降低腔室进 口到动叶前的总压损失 ， 提高低压缸效率 。 要进一步对新 方案进 行优 化， 可 以从 以下几 个方面人手 一是尽量降低腔室内的周 向速度 ， 二 上接 第 9页 稳定的 ， 在这种前提下 ， 转子 系统有 2 ． 5 8倍 的稳 定性安全系数。而按照稳定性的定义 ， 不考虑各 种不确定 性 因素 ， 该 转子 的稳 定性 安全 系 数为 5 ． 1 6 ， 该转子具有足够的稳定性裕度。 3 结 论 针对高参数高转速工业汽轮机转子容易发生 汽流激振 的设计难题 ， 基于汽轮机 密封汽流激振 研究现状 ， 采用 3种方法分析获得调节级密封 的 交叉刚度 ， 通过结果的对比， 表 明采用杭汽专用程 序计算获 得的密封 汽流激振 力交叉 刚度 数值最 大 ， 采用该方法进行转子稳定性分析 ， 结果将偏安 全。而后 ， 考虑汽轮机各密封部件处的交叉刚度 ， 对一特定高参数高转速汽轮机转子进行了稳定性 分析 ， 结果表 明， 该汽轮 机转子具 有较好 的稳定 性。在考虑各种不确定 因素 以后 ， 设计准则认为 当对数衰减率 大于 时 ， 转子系统是稳定的 ， 该转子系统有 2 ． 5 8 倍 的稳定性安全系数 。 参考文献 [ 1 ]江生科．数值计算方法在汽封研究中的应用探讨J - 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E x c i t e d R o t o r Wh i r l [ J ] ． J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g f o r P o w e r ， 1 9 6 5 ， 8 7 4 33 3 3 3 4 ． [ 1 2 ]G U O Z e n g l i n ，T O S HI O H i r a n o ，R G O R D O N K i r k ． Ap pl i c a t i o n of CFD An a l y s i s f o r Ro t a t i n g M a c h i ne r y - Pa r t I Hy d r o d y n a m ic， Hy d r o s t a t i c Be a r i n g s a n d Sq u e e z e F i l m Da mp e r [ J ] ． J o u r n a l o f En g i n e e r i n g f o r Ga s Tu r b i n e s a n d Po we r ， 2 00 5， 1 2 7 2 4 4 5 - 4 51 ． [ 1 3 ]G U O Z e n g l i n ，T O S H I O Hi r a n o ，R G O R DO N K i r k ． Ap pl i c a t i o n o f CF D An a l y s i s f o r Ro t a t i n g Ma c h i n e r y - Pa r t I I L a b y r i n t h S e a l An a l y s i s[ J ] ． J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g f o r Ga s Tu r b i n e s a n d Po we r ， 2 0 0 5， 1 2 7 8 2 0 8 26 ． | I II 啊 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m