超超臨界汽輪機(jī)無葉通流的計(jì)算分析及研究.pdf

1、上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)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(shù)是提高火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最為有效的措施。從上世紀(jì)90年代開始，環(huán)保的要求、一次能源的資源狀況、經(jīng)濟(jì)的快速增長促使新一輪“600℃超超臨界參數(shù)”發(fā)電技術(shù)蓬勃發(fā)展。在當(dāng)前階段，經(jīng)濟(jì)性被放在最為關(guān)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(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)作為電站的心臟設(shè)備，其汽輪機(jī)的總體效率直接影響整個(gè)電站的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。超

2、超臨界汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)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(shí)間內(nèi)最受關(guān)注的一種燃煤發(fā)電產(chǎn)品。隨著汽輪機(jī)單機(jī)功率增大、氣流參數(shù)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(huì)需要，都要求汽輪機(jī)的效率不斷提高。針對各個(gè)項(xiàng)目給定的主蒸汽參數(shù)和背壓，汽輪機(jī)的總體效率只能通過各個(gè)部件的效率提高來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代汽輪機(jī)的通流設(shè)計(jì)不僅僅體現(xiàn)在汽輪機(jī)葉片通流的氣動(dòng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)中，還應(yīng)特別關(guān)注對主汽閥到凝汽器之間的所有汽輪機(jī)部件中

3、蒸汽流動(dòng)的能量損失，即汽輪機(jī)無葉通流的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。上海汽輪機(jī)廠（以下簡稱上汽）于2003年開始全面引進(jìn)西門子公司的超超臨界1000MW汽輪機(jī)技術(shù)，西門子汽輪機(jī)技術(shù)以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)在超超臨界領(lǐng)域體現(xiàn)出無以比擬的獨(dú)特優(yōu)勢，在我國已投運(yùn)的超超1000MW玉環(huán)電廠和外高橋電廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)均表明其熱效率高、可靠性高。西門子公司采用一系列獨(dú)特的結(jié)構(gòu)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(shù)值計(jì)算方法對主汽閥到凝汽器之間的各個(gè)汽輪

4、機(jī)部件進(jìn)行氣動(dòng)優(yōu)化，從而確保了汽輪機(jī)的總體高效率。在我國已投運(yùn)的第一臺(tái)超超1000MW玉環(huán)電廠中熱耗達(dá)到7295.8kJkWh。在消化吸收西門子超超臨界1000MW汽輪機(jī)技術(shù)以及常規(guī)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，上汽進(jìn)行了一系列上海市重點(diǎn)新產(chǎn)品超超臨界660MW汽輪機(jī)的自主研發(fā)工作。超超臨界660MW汽輪機(jī)與引進(jìn)的超超臨界1000MW汽輪機(jī)相比較，其本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要區(qū)別點(diǎn)在于高壓主汽閥、高壓調(diào)閥、高壓進(jìn)汽腔、中壓排汽腔、中低壓連通管、低壓進(jìn)

5、汽腔，可總結(jié)歸納為高壓進(jìn)汽流道和低壓進(jìn)汽流道。因此本課題正是以超超臨界660MW汽輪機(jī)項(xiàng)目為依托，進(jìn)行以上無葉通流部件的氣動(dòng)性能研究工作，通過詳細(xì)的數(shù)值分析研究，最大限度地改善汽輪機(jī)的效率，提高整個(gè)電站發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。通過本課題的研究工作，進(jìn)一步從氣動(dòng)方面認(rèn)識(shí)上汽超超臨界汽輪機(jī)所采用的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和工作特點(diǎn)，將為向更高參數(shù)、更大容量、空冷機(jī)組等領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章緒論3超超臨界600MW主蒸汽閥門

6、閥內(nèi)流動(dòng)的三維流場計(jì)算，得出了超超臨界600MW機(jī)組主汽閥門的氣動(dòng)性能情況，對閥門的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動(dòng)性能的影響情況進(jìn)行了分析計(jì)算，總結(jié)出了合理的通流結(jié)構(gòu)。國外對閥門的研究相對較早。西門子公司在閥門流動(dòng)計(jì)算方面進(jìn)行了很多的研究，得出了閥門復(fù)雜流動(dòng)的關(guān)鍵性問題是壓力損失的準(zhǔn)確估算[11]。國際上其他主要的汽輪機(jī)廠商也通過實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值研究手段，對閥門流道進(jìn)行了數(shù)值模擬，加深了閥門的設(shè)計(jì)者對其內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)的認(rèn)識(shí)。從而從改善其內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)出發(fā)，

7、降低流動(dòng)損失，改善閥門振動(dòng)性能[12][13][14][15][16]。對高壓進(jìn)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(jìn)汽系統(tǒng)的相關(guān)文章中，采用數(shù)值計(jì)算方法對某超超臨界機(jī)組中壓缸進(jìn)汽腔體的內(nèi)部流場進(jìn)行求解，獲得了該中壓缸進(jìn)汽腔體的內(nèi)部流場數(shù)據(jù)，定性地解釋了壓力分布特點(diǎn)，分析了其流動(dòng)損失主要原因，發(fā)現(xiàn)進(jìn)汽腔出口的流動(dòng)呈現(xiàn)周向非對稱性，并具有明顯的周向流動(dòng)角度，為中壓缸第一級(jí)葉片的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1.2.

8、2低壓進(jìn)汽流道的數(shù)值計(jì)算研究1.2.2低壓進(jìn)汽流道的數(shù)值計(jì)算研究低壓進(jìn)汽流道包括中壓排汽腔、中低壓連通管、低壓進(jìn)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(gè)機(jī)組分布中所占比例較大，因而低壓缸效率的高低對整個(gè)機(jī)組的效率影響也較大。下面就對汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽流道的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀作一個(gè)簡要的綜述。柳平，張琪等[20]在空冷135MW機(jī)組低壓進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)流動(dòng)損失分析中，以135MW機(jī)組的低壓進(jìn)汽部分吹風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果為

9、依據(jù)，進(jìn)行了低壓進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)在不同型線下流動(dòng)損失的研究分析，檢驗(yàn)了空冷135MW機(jī)組低壓進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，并提出了濕冷135MW機(jī)組低壓進(jìn)汽部分的改進(jìn)方案。肖蕾，方雅麗[21]在300MW空冷汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，利用數(shù)值模擬的方法對亞臨界300MW空冷汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽部分的氣動(dòng)性能進(jìn)行分析，然后對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。如適當(dāng)增加進(jìn)口喉部截面的軸向?qū)挾?，在此進(jìn)汽段軸向?qū)挾鹊幕A(chǔ)上，將進(jìn)汽段喉部截面向下平移225mm，以相應(yīng)減緩進(jìn)