超超臨界汽輪機無葉通流的計算分析及研究.pdf

1、上海交通大學工程碩士學位論文第一章緒論1第一章緒論第一章緒論1.1課題背景及研究意義1.1課題背景及研究意義大容量、高參數是提高火電機組經濟性最為有效的措施。從上世紀90年代開始，環(huán)保的要求、一次能源的資源狀況、經濟的快速增長促使新一輪“600℃超超臨界參數”發(fā)電技術蓬勃發(fā)展。在當前階段，經濟性被放在最為關注的地位，在電廠的所有環(huán)節(jié)采取一切可能的措施提高經濟性。汽輪機作為電站的心臟設備，其汽輪機的總體效率直接影響整個電站的運行經濟性。超

2、超臨界汽輪機發(fā)電機組在提高能源利用率和降低污染排放方面具有不可替代的優(yōu)勢，它們將成為今后一段時間內最受關注的一種燃煤發(fā)電產品。隨著汽輪機單機功率增大、氣流參數不斷提高，加上可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排的社會需要，都要求汽輪機的效率不斷提高。針對各個項目給定的主蒸汽參數和背壓，汽輪機的總體效率只能通過各個部件的效率提高來實現?，F代汽輪機的通流設計不僅僅體現在汽輪機葉片通流的氣動性能優(yōu)化設計中，還應特別關注對主汽閥到凝汽器之間的所有汽輪機部件中

3、蒸汽流動的能量損失，即汽輪機無葉通流的氣動設計。上海汽輪機廠（以下簡稱上汽）于2003年開始全面引進西門子公司的超超臨界1000MW汽輪機技術，西門子汽輪機技術以其獨特的結構在超超臨界領域體現出無以比擬的獨特優(yōu)勢，在我國已投運的超超1000MW玉環(huán)電廠和外高橋電廠的實際運行數據均表明其熱效率高、可靠性高。西門子公司采用一系列獨特的結構比如高壓閥門、中壓閥門均直接與高壓缸相連、單根連通管等，并采用數值計算方法對主汽閥到凝汽器之間的各個汽輪

4、機部件進行氣動優(yōu)化，從而確保了汽輪機的總體高效率。在我國已投運的第一臺超超1000MW玉環(huán)電廠中熱耗達到7295.8kJkWh。在消化吸收西門子超超臨界1000MW汽輪機技術以及常規(guī)汽輪機設計經驗的基礎上，上汽進行了一系列上海市重點新產品超超臨界660MW汽輪機的自主研發(fā)工作。超超臨界660MW汽輪機與引進的超超臨界1000MW汽輪機相比較，其本體結構設計的主要區(qū)別點在于高壓主汽閥、高壓調閥、高壓進汽腔、中壓排汽腔、中低壓連通管、低壓進

5、汽腔，可總結歸納為高壓進汽流道和低壓進汽流道。因此本課題正是以超超臨界660MW汽輪機項目為依托，進行以上無葉通流部件的氣動性能研究工作，通過詳細的數值分析研究，最大限度地改善汽輪機的效率，提高整個電站發(fā)電經濟性。通過本課題的研究工作，進一步從氣動方面認識上汽超超臨界汽輪機所采用的獨特結構的設計原理和工作特點，將為向更高參數、更大容量、空冷機組等領域進一步發(fā)展打下基礎。上海交通大學工程碩士學位論文第一章緒論3超超臨界600MW主蒸汽閥門

6、閥內流動的三維流場計算，得出了超超臨界600MW機組主汽閥門的氣動性能情況，對閥門的幾何結構參數對氣動性能的影響情況進行了分析計算，總結出了合理的通流結構。國外對閥門的研究相對較早。西門子公司在閥門流動計算方面進行了很多的研究，得出了閥門復雜流動的關鍵性問題是壓力損失的準確估算[11]。國際上其他主要的汽輪機廠商也通過實驗以及數值研究手段，對閥門流道進行了數值模擬，加深了閥門的設計者對其內部復雜流動的認識。從而從改善其內部流場結構出發(fā)，

7、降低流動損失，改善閥門振動性能[12][13][14][15][16]。對高壓進汽腔的研究較少，相似的研究有楊建，竺曉程等[17][18][19]在中壓進汽系統的相關文章中，采用數值計算方法對某超超臨界機組中壓缸進汽腔體的內部流場進行求解，獲得了該中壓缸進汽腔體的內部流場數據，定性地解釋了壓力分布特點，分析了其流動損失主要原因，發(fā)現進汽腔出口的流動呈現周向非對稱性，并具有明顯的周向流動角度，為中壓缸第一級葉片的設計提供基礎數據。1.2.

8、2低壓進汽流道的數值計算研究1.2.2低壓進汽流道的數值計算研究低壓進汽流道包括中壓排汽腔、中低壓連通管、低壓進汽腔，這部分蒸汽流的組織是否良好對低壓缸的效率有很大影響，且低壓缸的功率分布在整個機組分布中所占比例較大，因而低壓缸效率的高低對整個機組的效率影響也較大。下面就對汽輪機低壓進汽流道的國內外研究現狀作一個簡要的綜述。柳平，張琪等[20]在空冷135MW機組低壓進汽導流環(huán)流動損失分析中，以135MW機組的低壓進汽部分吹風試驗結果為

9、依據，進行了低壓進汽導流環(huán)在不同型線下流動損失的研究分析，檢驗了空冷135MW機組低壓進汽導流環(huán)的結構設計合理性，并提出了濕冷135MW機組低壓進汽部分的改進方案。肖蕾，方雅麗[21]在300MW空冷汽輪機低壓進汽部分結構優(yōu)化中，利用數值模擬的方法對亞臨界300MW空冷汽輪機低壓進汽部分的氣動性能進行分析，然后對其結構進行改進。如適當增加進口喉部截面的軸向寬度，在此進汽段軸向寬度的基礎上，將進汽段喉部截面向下平移225mm，以相應減緩進