早期國產(chǎn)300MW機組汽輪機通流部分改造及其分析研究_圖文

1、江蘇大學碩士學位論文早期國產(chǎn)300MW機組汽輪機通流部分改造及其分析研究姓名：劉桂生申請學位級別：碩士專業(yè)：動力工程指導教師：王謙;馬駿馳20091201江蘇大學工程碩士學位論文摘要節(jié)約能源足我國的一項基本國策，對現(xiàn)役國產(chǎn)汽輪機組通流部分進行技術改造是發(fā)電廠節(jié)能降耗的有效手段。本文通過對汽輪機通流部分的損失進行分析，論述了汽輪機通流改造的基本原理和先進技術。作者深入比較了有關的性能試驗規(guī)程，重點針對規(guī)程巾的一些重要環(huán)節(jié)進行了闡述，提出了通流效率實驗結果修下計算的思路和方法，建立了修正計算的數(shù)學模型，為了驗證改造后的機組性能的驗證試驗提供的技術準備。本文著霞分析了國電諫壁發(fā)電廠機組汽輪機通流部分

2、改造的技術措施以及機組改造后性能鑒定試驗的結果，評估了改造效益，為國內(nèi)同類型機組的改造和試驗提供了借鑒。關鍵詞：，通流，改造，性能試驗，修正江蘇大學工程碩士學位論文，（），捍：，獨創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。學位論文作者簽名：日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部

3、門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權江蘇大學可以將本學位論文的全部內(nèi)容或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于學位論文作者簽名：保密口，在年解密后適用本授權書。不保密。導師簽名：簽字期：年月日簽字同期：年月只江蘇大學工程碩士學位論文第一章緒論汽輪機通流部分改造的意義能源是國民經(jīng)濟的基礎，節(jié)約能源是我國的一項基本國策。我國是一個能源生產(chǎn)人幽，也是一個能源消耗大國。盡管我國能源總量位于世界前列，但由于眾多的人，我國的人均能源擁有量較低。我國又是一個高能耗國家，能源利用效率低。能源的過度消耗制約國民經(jīng)濟可持續(xù)

4、發(fā)展，還嚴重危及環(huán)境保護。因此，節(jié)能降耗對我國國民經(jīng)濟更是至關重要。電力工業(yè)是國家的基礎能源工業(yè)，電力工業(yè)的健康發(fā)展對國民經(jīng)濟起到至關重要的作用。安全性和經(jīng)濟性一直是電力工業(yè)健康發(fā)展的兩大重點課題。隨著電力系統(tǒng)安全性的不斷提高，節(jié)能降耗己在電力發(fā)展格局中占據(jù)了主導地位。發(fā)電站是能源的轉換工廠?；痣姲l(fā)電機組的任務是將煤炭等一次能源的化學能轉換為電能。鍋爐、汽輪機、發(fā)電機是大型火力發(fā)電機組的主要設備。鍋爐將煤炭、油、天然氣等資源的化學能轉換為工質的熱能。汽輪機將工質的熱能轉換為機械能。發(fā)電機將機械能轉換為電能并輸出到電網(wǎng)。大功率汽輪機組承擔著國家大部分電力的生產(chǎn)任務，也消耗了大量一次能源。因此，汽

5、輪機節(jié)能降耗問題十分重要。在我國的電力發(fā)展格局中，除新投產(chǎn)的少量、機組外，國產(chǎn)大型汽輪機組主要是機組及其同類型機組仍屬于電網(wǎng)主力機組。這些機組設計技術是世紀年代的，主要投產(chǎn)于年代至年代。由于運行時間過長，大型汽輪機組的經(jīng)濟性已經(jīng)大大低于原設計水平；同時由于設計技術落后，機組的經(jīng)濟性遠遠低于圍際先進水平。鑒于以上的問題，必須提出一科，適合我國圍情的療法來解決現(xiàn)役大型汽輪機組的節(jié)能降耗問題。隨符現(xiàn)代科學技術同新月異的發(fā)展，特別是計算機設計能力的高速發(fā)展，三維設計和制造已經(jīng)成為可能，該技術在汽輪機設計制造中也得到了廣泛應用。國內(nèi)制造廠通過對關鍵加工工藝的改進和引進大型精密加工設備，產(chǎn)品工藝和質量得以

6、人人提高，為先進機組困產(chǎn)化生產(chǎn)制造提供了可能。利用原有熱力系統(tǒng)的基礎上，引入先進技術對汽輪機進行改造，提高現(xiàn)役機組的出力和經(jīng)濟町靠性，既節(jié)約，又節(jié)約費用。璣役汽輪機通流部分改造就是在這樣的前提下應運而生的。汽輪機通流部分是江蘇大學工程碩士學位論文工質在汽輪機本體中流動做功所經(jīng)過的汽輪機部件的總稱。汽輪機通流部件主要包括截流調節(jié)裝置、汽輪機靜葉柵和動葉片、汽封和軸封及其它輔助裝置。通過對汽輪機組通流部件的改造，提高整個機組的效率，降低發(fā)電能耗。國內(nèi)外汽輪機通流改造的發(fā)展現(xiàn)狀國外通流改造的狀況火力發(fā)電廠的設計壽命通常為年，當接近設計壽命時，它的可靠性、可用率和效率會迅速降低。根據(jù)北美可靠性協(xié)會的數(shù)

7、據(jù)，至機組在投運年后，事故停機率將達到左右，繼續(xù)運行則被認為是不安全和不經(jīng)濟的。目前許多大型火電廠原是按基本負荷設計的，后來隨著老機組臺數(shù)逐年增加和新型高效率機組的不斷投運以及電網(wǎng)用電結構的變化，晝夜需電量的峰谷差不斷擴大，迫使現(xiàn)有汽輪機組帶周期性負荷或中間負荷。這種運行方式，對機組的使用壽命有很大的影響。電力系統(tǒng)的這一老化趨勢，己引起美國、日本和西歐一些工業(yè)發(fā)達國家的嚴重關注。近年來，美國、同本等國對運行中的汽輪機組進行改造，并做了大量的工作，取得了顯著成績。二十世紀九十年代以來，以全三維氣動熱力設計體系為核心的第三代新技術己成為世界范圍內(nèi)汽輪機技術進步的主流。采用了當代計算流體力學的最新成

8、就，即全三維粘性方程數(shù)值解來分析級內(nèi)全三維流場，氣動熱力設計從一維、二維（準三維）進入全三維階段。通流部分氣動熱力設計概念的進步使汽輪機熱效率有了顯著提高。汽輪機熱耗比六十年代前設計的汽輪機下降。對典型沖動式汽輪機級，動、靜葉片的型損失（二維概念）約占流道總損失的，二次流損失（三維概念）約占，其它非葉片部件約占。九十年代以來世界各國開發(fā)的新一代汽輪機葉型的基本特征是作用于葉型表面的氣動負荷的最大值位于葉型的后部，因此稱為“后加載”葉型，而傳統(tǒng)葉型的最大氣動負荷往往在葉型前部。后加載氣動布局的作用主要不是減少葉型損失，而是減少葉柵流道的二次流損失。國內(nèi)外的實驗研究表明，后加載葉型可使葉柵總損失下

9、降。設計合理、經(jīng)過優(yōu)化匹配的葉片傾斜和復合傾斜以及彎扭葉片可使汽輪機級效率提高，。子，面端壁收縮葉柵和分流葉柵對于減少調節(jié)級和高壓短葉片葉柵的損失十分有效。其它如葉片變截面（徑向）、葉片傾斜（周向）與前后掠（軸向）等，也江蘇大學工程碩士學位論文具有較好的效果。汽輪機中汽封結構、閥門、管道與進排汽蝸殼內(nèi)的流動也都有強烈的全三維特征。目前國際上不少汽輪機制造廠家都以計算流體力學方法為主，對這些部套進行優(yōu)化設計，以提高其氣動性能。如公司新設計的主蒸汽閥門的總壓損失比老產(chǎn)品降低引，可使高壓缸效率提高。整個汽輪機的進汽段被設計成一個渦殼形式，從而減少了進汽區(qū)的汽流損失，優(yōu)化了進入第一排徑向一軸向葉片的流

10、動。這種第一排葉片使得進汽區(qū)可以比較短，有利于縮短汽輪機裝置的全長。此外，還可減小在進汽區(qū)轉子的熱應力。另一個重點是排汽缸特別是低壓排汽缸的設計，設計良好的低壓排汽缸可使缸效率提高以上。隨著汽輪機技術的進步，國際上一些工業(yè)先進圍家將老機組改造放在重要位置上。老機組采用新技術進行改造，不僅是效率的提高，出力的增加，而且可大大節(jié)省電廠的基建投資。美困的公司和（西屋）公司均在積極進行老機組翻新工作。據(jù)上述兩公司的統(tǒng)計，翻新后的老機組，其出力、可用率和熱效率均得以提高，熱耗率大大降低，其新增出力每的投資僅為新增機組的。日本的日立公司從年代初就對機組進行改造，改造的主要內(nèi)容為：動、靜葉型改進，汽封改進，

11、降低中、低壓排汽損失等，改造后機組的熱效率提高了。東芝公司對，的老機組進行通流部分更新，使三種汽輪機的熱效率分別提高了，和。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要制造公司改造業(yè)績?nèi)缦卤硭荆罕韲H主要汽輪機制造公司的改造業(yè)績名稱容量（）改造范圍整機效率提高（）出力提高公司低壓缸公司幸高、低壓缸高壓缸提高左右公司一高、中、低樂缸左右左右日立公司高、中、低壓缸爾芝公司高、中、低壓缸幸注：這里公卅包括和公司。國內(nèi)通流改造的狀況我國人型火電機組改造起步于年，聯(lián)合幽提供援助立項改造中國的燃煤江蘇大學工程碩士學位論文機組，確定的內(nèi)容為改造三排汽汽輪機低壓通流。汽輪機通流部分改造首先是從機組開始的。隨著改造的逐步深化與推廣，相

12、繼在機組和機組上實施。年，首先在邢臺電廠和焦作電廠進行低壓缸前級試點改造，然后在四川白馬電廠進行了低壓缸全改的工作。通過對高、中壓缸改造技術的完善，年在大同二電廠號機組上實現(xiàn)了真正意義上的汽輪機通流部分改造高、中、低壓缸全改。年月，國內(nèi)第一臺汽輪機組通流部分改造在徐州發(fā)電廠機實現(xiàn)。年月，國內(nèi)第一臺汽輪機組通流部分改造在國電諫壁發(fā)電廠群機實現(xiàn)，并且是國內(nèi)第一次采用國外先進技術進行改造的汽輪機組。迄今為止，全國已經(jīng)改造的大型火電機組多達臺，國產(chǎn)、以及機組的現(xiàn)代化改造已經(jīng)進入全面鋪開的時期。參與現(xiàn)代化改造工程的有東方汽輪機廠、哈爾濱汽輪機廠、上海汽輪機廠、北京汽輪電機廠、龍威公司以及國外的公司等多家

13、制造廠。國產(chǎn)機組的前期改造進展如下表：表國內(nèi)汽輪機組改造進程時間機組機組容量改造內(nèi)容試驗單位改造單位焦作撐低壓前四級西安熱二所東方汽輪機廠白馬低壓全改西安熱：所東方汽輪機廠重慶低壓全改安熱所東方汽輪機廠徐州拌三缸全改江蘇電科院東方汽輪機廠三缸全改、徐州撐江蘇電科院東方汽輪機廠低壓缸優(yōu)化徐卅三缸全改江蘇乜科院上海汽輪機廠諫壁拌高、低壓缸改造江蘇電科院公司本文主要研究內(nèi)容基于國家對現(xiàn)役汽輪機節(jié)能降耗的要求，國電諫擘發(fā)電廠提出了該廠群機組早期國產(chǎn)汽輪機通流改造、提高效率的任務。汽輪機改造是一項涉及而很廣的大型系統(tǒng)工程，國內(nèi)外許多單位的工程技術人員參與了該項工作。國電諫壁發(fā)電廠組織改造：程實施，公司提

14、出汽輪機通流改造方案，江蘇省電力中試所等參與鑒定試驗等有關工作。作者參與了改造工作的全過程。作者本人承擔江蘇大學工程碩士學位論文的主要作是：（）根據(jù)諫壁電廠多年運行和維護經(jīng)驗，對撐機組汽輪機效率低、故障多的原因進行分析，認清改造工作方向。（）深入研究公司的改造方案，分析各項改造措施的原理和效果，消化吸收先進汽輪機技術。（）比較分析國內(nèi)汽輪機性能試驗采用的技術規(guī)程，著重研究了規(guī)程的特點以及性能試驗結果的修正方法，為機組改造后的性能鑒定試驗作準備。（）參與完成撐機組改造后的性能鑒定試驗，測量數(shù)據(jù)處理，試驗結果的修正計算，以及機組改造效果的綜合評價和進一步提高的潛力分析。本文主要研究內(nèi)容圍繞上述四個

15、方面展開。江蘇大學工程碩士學位論文第二章汽輪機通流部分改造技術研究早期國產(chǎn)汽輪機組存在的主要問題缸效低、熱耗高上海汽輪機廠早期生產(chǎn)的國產(chǎn)機組共有臺，由于受當初的設計技術、制造條件限制，加之投產(chǎn)時間較長，機組存在經(jīng)濟性差、熱力系統(tǒng)過于復雜的通病，與引進型機組和進口機組差距較大。據(jù)年全年對國電諫擘發(fā)電廠拌機的統(tǒng)計，供電煤耗為，大修改造前于年月同日由江蘇省電力試驗研究所對撐機進行的改造前經(jīng)濟分析試驗表明，在定壓工況修正后熱耗為。為了便于比較，將同期國內(nèi)電廠同容量等級進口機組和引進技術國內(nèi)生產(chǎn)機組的熱耗列于表。表進口和引進技術機組熱耗數(shù)據(jù)【】試驗功率修正后熱耗機組名稱生產(chǎn)廠家機組容量閥位（石橫號上汽引

16、進西屋技術吳涇號同上同上吳涇號同上同上媽灣號哈汽引進西屋技術向上西柏坡號同上同上福州華能號日本三菱福州華能號同上同上大連華能號同上同上岳同電廠。號英國向上經(jīng)對比，諫壁機組的熱耗要比這些機組熱耗高出。造成國產(chǎn)大型火電機組經(jīng)濟性和可靠性較差的原因主要是機組通流部分設計技術落后，所使用的主要設計技術均成型于六十年代前后，特別是低壓缸設計沿用的是四十年代的設計方法。即使在六、七十年代，其設計方法也僅建立在簡化的二元流動理論和大量平面葉柵試驗數(shù)據(jù)的基礎上，這些機組的葉片葉型盧乇動設計水平江蘇大學工程碩士學位論文較差、通流部分結構不合理、級外損失偏大，導致汽缸效率偏低。表用分缸效率的方式列出了國產(chǎn)和部分引

17、進機組汽缸效率的比較，以便獲得更為深入的對比信息。表部分機組汽缸效率電廠諫壁撐上海外高橋拌華能南京捍石橫元寶山首阿山容量制造廠上汽廠上汽廠哈爾柯大西屋日立通流效率通流效率通流效率根據(jù)測算，每臺國產(chǎn)機組每年比同容量進口機組多耗標準煤一噸，多排放噸、萬噸。能源浪費，又增加了電廠排煙引起的環(huán)境污染，無形中削弱了這些大型機組的社會效益。結構設計不合理，機組啟停困難由于結構設計不合理，在啟停操作及變負倚時，汽輪機第一、二號軸承座脹縮困難，造成某些軸瓦載荷增加，嚴重超載導致烏金超溫、熔化起皮甚至燒瓦；某些軸瓦載荷降低，嚴重時產(chǎn)生脫空，在啟動操作中會導致某一轉子的支撐跨距加大，臨界轉速下降，當轉速落入這一范

18、圍便會產(chǎn)生共振，使機組產(chǎn)生強烈振動，還會導致軸封徑向間隙磨大，造成蒸汽向外漏入軸承座使透平泊中帶水造成調速部套因生銹產(chǎn)生卡澀，保護裝置拒動，后果是十分嚴重的。兩根低壓轉子是多段焊接式轉子，由于出廠前根部多處未焊透缺陷較多，己監(jiān)視運行多年，上汽廠己通知要重新更換新轉子。低壓葉片，設計安全倍率不足，斷葉片時有發(fā)生，另外低壓第、級動葉的復環(huán)釘頭因結構強度偏低曾多次發(fā)生復環(huán)飛脫及葉片損壞事故。低壓缸第級動葉片在出廠時裝配上存在質量問題，測頻結果表明該圈動葉片的靜頻普遍低于同級的其它三圈的靜頻。改造前已斷裂片，對稱處割除片，全級己缺損片，該級葉片高度為，全級共片，缺損率占。江蘇大學工程碩士學位論文機組脹

19、縮性能差、難以適應機組調峰要求隨著用電形勢的變化，白天與夜間的負荷峰谷著明顯拉大，原直流爐設計時未考慮調峰的需要，當負荷低于時，水冷壁的傳熱工況明顯惡化，造成管屏超溫、拉裂；而汽輪機由于在變負荷時的脹縮性能較差，導致軸承座在脹縮時受阻引起傾斜，造成軸系支撐標高發(fā)生變化，軸承振動增大，因此全廠只能靠老廠機組頻繁啟停來進行調峰，為此全廠每年需增加成本多萬元，同時還加劇了老廠機組低周疲勞壽命損耗及低壓部分隔板葉片的水蝕。因此，進行國產(chǎn)大型火電機組的通流部分改造是十分必要的，這對節(jié)能降耗、保護生態(tài)環(huán)境、增加社會效益將有重大意義。汽輪機通流部分損失分析汽輪機是將工質（通常是蒸汽或煙氣）熱能轉換為機械能的

20、轉動機械。汽輪機通流部分是工質在汽輪機本體中流動作功所經(jīng)過的汽輪機部件的總稱。國產(chǎn)汽輪機通流部分按通流部件和流程為：主蒸汽截止閥、主蒸汽調節(jié)閥、進汽導管、主蒸汽進汽室、高壓缸通流部分、高壓缸排汽管、再熱蒸汽截閥、再熱蒸汽調節(jié)閥、中壓缸通流部分、中壓缸排汽管、中低壓連通管、低壓缸通流部分、低壓缸排汽管、排汽擴壓管。提高汽輪機組的效率可以從循環(huán)效率和汽輪機內(nèi)效率兩方面著手。通過提高汽輪機循環(huán)進汽參數(shù)、降低循環(huán)冷端參數(shù)、改進熱力循環(huán)、改造汽輪機的構造等措施來提高循環(huán)效率。提高汽輪機內(nèi)效率的方法很多，其中汽輪機通流部分改造是一種行之有效的重要方法。它是通過提高通流部分部件的熱力效率來改善汽輪機內(nèi)效率。

21、汽輪機的內(nèi)效率可以定義為式的形式。內(nèi)效率工質實際焓降工質理想焓降一各項損失一：一工質理想焓降工質理想焓降（）因此，通過降低各項損失可以大幅提高內(nèi)效率，從而提高機組效率、降低能耗、節(jié)約能源。分析汽輪機通流部分的損失可以為汽輪機通流部分改造指明方向，對改造效果進行定性、定量分析和評價。汽輪機通流部分的損失包括兩大部分，即級內(nèi)損失和級外損失。級內(nèi)損失包括葉型損失、端部損失（葉高損失）、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進汽損失、江蘇大學工程碩士學位論文漏“訓，犬、濕汽損失、余速損失、其他損失（如拉筋產(chǎn)生的繞流損失）。級外損失包括：閥門節(jié)流損失、管道（包括導汽管、連通管等）壓力損失、排汽管損失、軸封漏汽損失

22、、機械損失、散熱損失等。通流部分級內(nèi)損失（）葉型損失葉型損失包括附面層摩擦損失、附面層脫流損失、尾跡損失、激波損失。（）端部損失（葉高損失）端部損失主要由葉柵端部兩次流造成，表達式如式所不。萬乃，手。（）式中，口為試驗系數(shù)；幽為不計葉高損失的輪周有效焓降，；，為葉柵（平均）高度，。端部損失主要決定于葉高，葉高必須大于相對極限高度，否則端部損失將急劇增加。（）扇形損失扇形損失表達式如式所示。眠（甜。（）扇形損失與徑高比秒專有關?？谠叫。刃螕p失越大。（）葉輪摩擦損失葉輪摩擦損失表達式如式所示。：喁（寺：萬式一一，為經(jīng)驗系數(shù)；一般取取一；為汽室中蒸汽的平均容積流量。輪摩擦損失與級的容積流量成反比。

23、（）部分進汽損失部分進汽損失表達式如式所示。（）為輪周轉速；。為級的平均直徑，江蘇大學工程碩士學位論文恥恥（一鉗崛卜協(xié)，式中，：互皇為部分進汽度，。為裝有護罩的弧段長度與整個圓周長度之比，及。為與級的類型有關的系數(shù)，。為噴嘴組數(shù)，。為噴嘴的平均直徑。（）漏汽損失漏汽損失表達式如式所示。砌確確赤幽篙蘭幽）式中，以為隔板漏汽損失，瞰為動葉頂部漏汽損失，彳為汽封問隙面積，為汽封齒數(shù)，夏為葉頂軸向問隙與動葉高度之比，“、：、為經(jīng)驗系數(shù)，口。為噴嘴汽流出口角。（）濕汽損失濕汽損失表達式如式所示。萬，（一。）廳，”（）式中，。為級內(nèi)蒸汽平均干度，巧為不計濕汽損失的級有效焓降。濕汽損失一般由理想焓降損失、挾

24、帶損失、制動損失、繞流損失、工質損失組成，與級的平均濕度（一。）成正比。（）排汽余速損失排汽余速損失表達式如式所示。觀（）式中，島為動葉排汽速度。非木級排汽余速可以部分地被下一級所利用，因此真正的損失需要在式（）上乘上一個余速損失系數(shù)，甚至余速完傘被下一級利用，余速損失系數(shù)為零。只有術級余速損失完全如式（）所示。（）通流部分各項損失比例的統(tǒng)計數(shù)據(jù)依據(jù)設計和實驗資料統(tǒng)計，現(xiàn)自汽輪機高壓級次和低壓級次內(nèi)各種級內(nèi)損失所占的比例可用圖和圖說明。江蘇大學工程碩士學位論文凹高壓緞典型級次級內(nèi)損火分類比例圖低壓級典型級狄級內(nèi)損失分析阿從上圖可以看出，葉型損失、端部損失、漏汽損失占級內(nèi)總損失的一，對特定級次（

25、低壓術幾級）濕汽損失占左右。幽此，減少葉型損失、端部損失、漏汽損失以及特定級次的濕汽損失成為提高紱做率的卡要措施。通流部分級外損失（）進汽阻力損失閥門節(jié)流損火、管道（包括導汽管、連通管等）三力損失計稱為進汽【力損失。如果忽略敞熱損失（這此部件較小，敞熱損失町以忽略小汁），蒯流動為為鋒焓江蘇大學工程碩士學位論文過程，閥門前后總焓不變。由于流動阻力存在，閥門出口的總壓降低，使汽輪機實際焓降變小，理想焓降與實際焓降的差值”一（矽”）稱為進汽阻力損失或進汽焓損。進汽阻力損失主要包括閥門節(jié)流損失、管道損失等。國產(chǎn)機組原設計閥門進汽壓力損失在一，由于長期運行和閥門特性不佳以及調節(jié)系統(tǒng)問題，實際試驗測量值在

26、之間。改造后的機組，由于調速系統(tǒng)的更新和閥門特性的改善，閥門壓力損失實測在。根據(jù)計算，進汽阻力損失每降低，缸效將提高。除了改善閥管道的流動特性外，還可以采用高效的進汽室，例如蝸殼進汽室（無葉噴嘴）及徑向導葉等先進技術。在大型機組中、低壓缸中應用蝸殼一徑向導葉技術，使通流效率提高。（）排汽阻力損失低壓缸排汽需經(jīng)過排汽管后進入凝汽器，還將產(chǎn)生排汽阻力損失。排汽阻力損失是指從汽輪機木級葉片到凝汽器之問的各種能量損失，它包括：蒸汽離開汽輪機末級葉片的余速損失；蒸汽流經(jīng)排汽管（排汽缸）的阻力損失等。排汽阻力損失為：。五（）。式中，入為排汽管的阻力系數(shù)，蹦為排汽管中汽流速度，。為排汽管出口壓力。排汽阻力損

27、失主要與凝汽器喉部壓力、排汽容積流量有關。典型的排汽余速損失曲線、排汽阻力損失曲線（修曲線）如圖所示。根據(jù)多臺次汽輪機改造性能考核試驗數(shù)據(jù)分析，在考核工況下，一般余速損失在左右，占汽輪機總焓降的、占汽輪機總輸入能量的。排汽缸的擴壓設計可以凹收余速能量，在川樣的凝汽器壓力下降低末級出口壓力，增加汽輪機作功。根據(jù)國外資料，設計良好的排汽缸可以使余速損失網(wǎng)收，使低壓缸效率提高約【。應當使術級葉片與排汽口形成良好匹配，做到蒸汽沿軸向流動而非徑向流動，減少損失。（）軸封漏汽損失軸封漏汽損失較為復雜，如果用單一表達式來表示的話，可以是：，局，風（）江蘇大學工程碩士學位論文式中，所為軸封孔口漏汽流量系數(shù)，為

28、軸封孔口漏汽面積，為軸封前壓力，風為軸封前密度，為平齒光軸軸封修正系數(shù)，局為軸封漏汽量比。當軸封最后一片未達到臨界速度時：。麗（）當軸封最后一片達到臨界速度時：屏志壓（）式中，為汽封齒數(shù)，：為軸封出口壓力。國產(chǎn)機組改造過程中，一般容易忽略軸封漏汽損失，以至造成較大的損失。為了說明問題，將國產(chǎn)改造機組的軸封漏汽損失與國外改造機組的比較列于表。表不同改造機組的軸封漏汽損欠比較類型國產(chǎn)、國內(nèi)改造國產(chǎn)、國外改造軸封漏汽量設計（）一軸封漏汽焓設計（）左右左右軸封漏汽量實測（）一軸封漏汽焓實測（）設計主蒸汽流量（）軸封漏汽能量占汽輪機輸入能一一量設計值百分比（）軸封漏汽能量占汽輪機輸入能量實測值卣分比（）

29、從上表可以看出，國產(chǎn)機組改造軸封漏汽能量損失比例較大，而圍外改造技術中比較重視防止軸封漏汽，因而漏汽損失較小。根據(jù)保守計算，國產(chǎn)改造技術中，軸封漏汽損失將影響機組相對內(nèi)效率左右，遠大于國外技術。國內(nèi)制造廠改造后機組普遍存在高、中壓缸軸封漏汽量大的情況。高壓缸葉片短，壓差大，汽封漏汽比別的缸次影向更大（試驗表明，高壓缸汽封漏汽使通流效率下降，而低壓缸只有）。岡此，在改造過程中，應當充分重視軸封設計、安裝及機組運行等問題，降低軸封漏汽損失、題。江蘇大學工程碩士學位論文汽輪機通流部分改造技術措施及效果分析減少葉柵損失的措施葉柵損失包括葉柵型面損失和葉柵端部損失兩項。（）調節(jié)級子午端壁收縮技術子午面收

30、縮降低靜葉柵二次流損失的概念最早提出于五、六十年代，前蘇聯(lián)學者進行了大量實驗研究，肯定了其效果。七十年代以來誣方學者又進行了詳細的流場性能測試與理論研究，并在汽輪機上應用，一般可使透平級效率提。子午而收縮足一種全三維設計概念，其主要優(yōu)點是降低靜葉柵通道前段的負荷，減少葉柵的二次流損失。對于調節(jié)級靜葉柵，由于其相對葉高很短（一般一），二次流損失占葉柵總損失比例很大，囚此使用子午面收縮（見如下示意圖）的收益相當可觀，這對提高高壓缸效率十分重要。環(huán)形葉柵試驗結果表明，平均損失下降。典型的調節(jié)級子午端擘收縮技術示意圖見圖和圖。圖調節(jié)級子午端壁型線示意圖圖調肖級端罐型線比較示意圖江蘇大學工程碩士學位論文

31、（）低損失新葉型的丌發(fā)和應用新葉型開發(fā)的主要技術要點如下：葉型內(nèi)、背弧前半部分盡可能減小橫向壓力梯度；汽流平穩(wěn)加速，避免附而層分離；葉型背弧前段緩慢加速，后段快速即所謂尾部加載葉型；跨音速葉型出汽端采用直線背弧；強跨音速葉型出汽端采用反弓背弧；具有良好的變工況特性即葉型損失對沖角不敏感?，F(xiàn)代計算流體動力學的發(fā)展和試驗設備的完善為葉柵流場的計算分析和試驗研究提供了有力手段。高效葉型的設計丌發(fā)以理論計算為先導，并輔以試驗研究，使葉型的設計可以快速地在大量方案中優(yōu)選，并以數(shù)值計算結果來指導實物試驗，最終獲得性能良好的高效葉型。壓力級靜葉葉型：壓力級靜葉葉型包括：原設計（蘇聯(lián)技術，如莫斯科動力學院（高

32、壓缸級次）、（中壓缸級次）葉型，“魚頭葉型（后加載葉型如一型），高效后加載葉型。葉柵試驗表明，后兩種葉型在型損上要明顯小于前兩利，原設計葉型。對于后兩種葉型而言，試驗比較表明，“魚頭”葉型型損要高于高效后加載葉型，且在負荷變化適應范同上，前者要小于后者。在后加載葉型的設計開發(fā)方面，國內(nèi)制造廠已廣泛采用“魚頭”葉型。同時已有部分制造廠采用了先進的高效后加載葉型。三種典型葉柵的平面葉柵吹風試驗結果見圖，對比試驗中試驗馬赫數(shù)為。設計工況和變工況的葉型損失數(shù)據(jù)比較見表和表。高效后加載葉型是八十年代后期國外丌始研制的新一代高效率透平葉型，其突出特點是：葉片表面最大氣動負荷在葉柵流道的后部（傳統(tǒng)葉片則在前

33、部）；吸力面、壓力面均由高階連續(xù)光滑曲線（不是網(wǎng)?。嫵?；葉片前緣小圓半徑較小且具有更好的流線形狀，在來流方向（攻角）大范圍變化時仍保持葉柵低損失特性；葉片尾緣小圓半徑較小，減少尾緣損失；葉型最大厚度較大增強了葉片剛性。江蘇大學工程碩士學位論文圖典型葉柵平面葉柵吹風試驗結果表設計況（安裝角、相對柵距、進汽角取設計值）葉型損失葉型葉型損丈（相對）高效后加載葉型“魚頭”葉型原設計葉型表變：況（變進汽角，安裝角、相對柵距取設計值）葉型損失進汽角。高效后加載葉型“魚頭”叫型從上表可以看出，高效后加載葉型的型損明顯低于其他兩種葉型，且在進汽角變化（。）較大范圍時型損變化不大，因此這種葉型對進汽攻角變化不

34、敏感。壓力級動葉時型：壓力級動葉葉型包括原設計（蘇聯(lián)技術，如一）葉型，平衡動葉葉型（葉型），其他葉犁。甲衡動葉葉型足在層流葉型的基礎上一種考慮了氣體壓縮性的層流葉型，具有更低的型損，采用扭曲成型使流型沿葉高優(yōu)化，進口攻角減小，級效率比傳統(tǒng)動葉葉型提高，型損比較見表和表。東汽廠采用的平衡動葉使用一種江蘇大學工程碩士學位論文“”流道，這種通道葉柵的特征是流道不是連續(xù)收斂通道，而是先有一定擴散搜土：。它使氣流以較小的平均速度在流道內(nèi)轉彎，降低了腹、背弧的橫向壓力梯度，降低了二次流，并且減小了背弧斜切部分的擴散段，進一步減小總損失。表平衡扭曲動葉與傳統(tǒng)動葉葉型比較葉型動葉根部型線損失（）動葉頂部犁線損

35、火（）傳統(tǒng)動葉葉犁衡扭曲動葉型表平面葉柵吹風試驗結果（相對損失）根部截面頂部截面型動葉（直葉片）平衡動葉（扭曲）壓力級葉柵成型技術：葉片成型技術可分為直葉片成型、斜置葉片成型、扭轉（扭曲）葉片成型、彎曲葉片成型、彎扭聯(lián)合成型葉片（馬刀型葉片）。彎曲葉片原設計規(guī)范中，當徑高比、才采用扭曲動葉。彎曲葉片在根、頂部區(qū)域向同方向彎曲，在葉道內(nèi)沿徑向形成“”型壓力分布，邊界層內(nèi)壓力兩端高，中間低，減少了端部二次流損失。采用彎曲葉片，級效率可以提高。揚州電廠撐機改造前后的應用效果見表和表。表全二維粘性計算結果（典型級次）膨脹比絕熱效率（）老調，級新調，級老第九級新第九級江蘇大學工程碩士學位論文表環(huán)形葉柵試

36、驗結果【環(huán)形葉柵總損欠（）相對值型損（）端損（）根部端損（）頂部端損（）層流直葉層流斜置層流彎曲注：以上三種葉型均為后加載層流靜葉葉型斜置葉片根據(jù)計入葉片力的全三元氣功方程的求解和試驗研究成果表明：采用斜置及彎扭技術可以明顯地降低根部端損失及總損失。不同斜置角的環(huán)形叫柵試驗結果見表。表不同斜置角的環(huán)形葉柵試驗結果總損失比根部端損（）型損（）總損（）正斜置。正斜置。徑向。采用，。的正斜置總損失系數(shù)下降左右。彎扭聯(lián)合成型技術彎扭聯(lián)合成型葉片俗稱馬刀型葉片，是第三代汽輪機先進技術的集中體現(xiàn)，世界各國的大量理論與實踐都證明采用這一技術可使汽輪機級的效率提高】。國內(nèi)制造廠已通過計算分析與實驗研究已開發(fā)出

37、不同長度的彎扭葉片系列，這些葉片已在、汽輪機通流部分廣泛采用。（）薄出汽邊技術尾跡損失與成正比，因此薄出汽邊可以降低尾跡損失，從而降低了型損。國內(nèi)先進技術中采用技術。據(jù)測算，級效率可以提高一。（）三元流設計技術對于短葉片級設計，特別是中壓缸前幾級，已開始采用三元流計算方法，并已取得較好成果。各制造廠應用范圍有所不同，試驗和實踐證明，應用范罔越廣，取得效益越明顯。江蘇大學工程碩士學位論文（）優(yōu)化可控渦技術可控渦技術廣泛用于低壓末級和次末級葉片，同時在短葉片級開始應用。國內(nèi)制造廠已將此技術應用在高壓缸后段葉片設計中。傳統(tǒng)的自由渦設計方法所得到的靜葉出汽角沿葉高逐漸增大，使得級間壓力和動葉焓降沿葉高

38、也逐漸增大。這會導致兩種不利后果；一是動葉頂部漏汽量增大；二是動葉頂部汽流速度過高使葉型設計增加了難度，而且在項部端壁易產(chǎn)生較強的二次流?？煽販u技術的設計思想是將靜葉片沿葉高扭轉，使汽流出汽角在葉片上部逐步減小，以降低頂部級問壓力，控制反動度沿葉高的變化，使級的作功能力沿葉高合理分配以提高級效率，減少頂部漏汽和二次流損失。常規(guī)概念的可控渦，靜葉柵出汽角沿葉高變化與自由渦流型正好相反，優(yōu)點是改善了根部反動度，而根、頂部反動度差不太大，缺點是增大了余速損失和級后流場不均勻，增加了級后摻混損失。優(yōu)化可控渦技術提供了折中方案，試驗及實踐表明優(yōu)化可控渦流型存在最高的輪周效率，可以使級效率提高【。減少漏汽

39、損失的技術（）自帶冠動葉，葉頂多齒汽封結構動葉采用自帶冠后，葉頂汽封齒數(shù)可增多至片以上，漏汽量減少，高壓缸效率平均提高，中壓缸效率平均提高【。白帶冠動葉，葉頂多齒汽封結構示意圖如圖。愉桿圖動葉鉚接罔帶與白帶圍帶對比示意圖（）隔板徑向汽封原設計級問汽封為軸向，問隙為，是調峰運行、快速啟動的重要限制條什。為改進機組調峰運行、快速啟動能力，改軸向汽封為徑向汽封，軸向問隙放大為，容許脹羞放大，適宜調峰運行，漏汽量變化不大。江蘇大學工程碩士學位論文減少濕汽損失濕汽損失包括濕蒸汽過飽和損失、挾帶損失、制動損失、擾流損失、工質損失盤筮子。低壓缸內(nèi)葉片部分處于濕蒸汽區(qū)中工作，蒸汽產(chǎn)生的小水滴在動葉進口處會造成

40、撞擊損失。原設計的濕汽收集裝置雖然可以防止和減少水滴的滯留，但易造成蒸汽中的小水滴反復撞擊動葉進口，先進改造技術中采用蜂窩式汽封將減少這一損失。由于蜂窩式汽封是類似蜂窩狀的許多薄邊六角形小孔，它可讓甩出的水滴及時疏出，不致因反復滯留彈撞而多次進入動葉或撞擊靜葉。這樣就可以降低撞擊損失，提高級效率。其它減少損失的技術（）改善原設計中不合理的結構拉筋：取消部分級次拉筋，減少繞流損失。據(jù)保守估計，一根拉筋使級效率下降。汽缸加熱系統(tǒng)：普遍取消高、中壓缸法蘭加熱裝置、夾層加熱及其相應系統(tǒng)，使得啟動操作更加靈活方便。（）分流葉柵技術汽輪機高壓段葉柵短，寬度大（例如汽輪機第級，軸向寬），二次流損失大。過去曾

41、采用加強筋型窄葉片，雖然相對葉高大大提高，達一，但是實踐表明，這種方法級效率僅僅提高或更低，機組功率也存在問題。采用分流葉柵后既解決了高壓級次強度問題，又解決了級效率問題。分析結果，高壓級次的級效率可提高【。采用分流葉柵技術的級示意圖如圖。圖高樂缸加強筋柵與分流葉柵比較（）子午通道優(yōu)化技術子午通道的優(yōu)化，特別是大容量機組低壓缸子午通道的優(yōu)化已越來越受到重江蘇大學工程碩士學位論文視。光滑擴張的子午通道不但可以避免汽流過度擴張或突變擴張而導致端壁邊界層分離，而且更重要的是抑制了徑向流動，避免了臺階式通道所造成的局部渦流死又：。對子午通道內(nèi)通流部分結構部件優(yōu)化設計所采用的主要技術措施有：外平內(nèi)斜崮帶

42、；子午擴張角盡量控制在。以內(nèi)，最大不超過。；末靜葉根部端壁采用型線設計，型線凸點應在汽道喉部位置；調節(jié)級噴嘴子午汽道采用收縮型線端壁，以減小二次流損失。該技術可使調節(jié)級效率提高約。動葉片的自帶圍帶內(nèi)側通常按流道形狀設計成圓錐面，相應地，動葉片根部及相鄰靜葉片根部與頂部也設計成圓錐面，于是通流部分子午面十分光順，而原設計通流子午面都呈現(xiàn)明顯的階梯狀。顯然，新設計的光順的子午面有更高的流動效率。另外，根據(jù)綜合技術分析結果，采用新技術的優(yōu)先順序為：新式汽封，斜置靜葉，光滑子午通道，分流葉柵，加圍帶，調節(jié)級噴嘴子午型線，新葉型，可控渦設計，減少拉筋，靜葉彎扭聯(lián)合成型，末級靜葉根部端壁子午型線，防固體粒

43、子沖蝕，去濕，蝸殼進汽。軸承座及抽汽管道的改造要求一、二號軸承座改造的要求改造后的汽輪機不僅要求經(jīng)濟指標先進，同時還要求運行性能良好，所以本次改造中要求將一、二號軸承座與臺板之間的滑動面進行改造。采用德國制造的的金屬塊取代原臺板上的號鋼滑塊，同時在一、二號軸承座上的底面上加裝不銹鋼滑塊，使底部形成不銹鋼與金屬的摩擦付。它具有摩擦系數(shù)小的特點，因此滑動阻力能大幅度降低。中壓缸底部抽汽管道改造的要求原中壓缸底部設有第級抽汽口左、右各一只；第級抽汽口一只，第級抽口左右各一只，第級抽汽口左右各一只，共有個抽汽口。各抽汽管道對軸汽口沿、三個方向的作用力及沿、方向的：川力矩計算如圖：江蘇大學工程碩士學位論

44、文圖各抽汽管道對軸汽口作用力及作用力矩計算圖表撐機、級抽汽口、管道作用力矩計算匯總級抽汽口級抽汽口級抽汽口級抽汽口名稱左右左右左右熱態(tài)方向作用力冷態(tài)方向作用力一熱態(tài)方向作用力一冷態(tài)方向作用力一熱態(tài)方向作用力一冷態(tài)方向作用力熱態(tài)方向作用力矩冷態(tài)方向作用力矩冷態(tài)方向作用力矩熱態(tài)作用合力冷態(tài)作用合力由上表中所列的中壓缸抽汽口處的作用力矩都符合制造廠提出的綜合力矩值，但連接處的作用力的合力超過限值的有第級右側抽汽口、第級右側抽汽口及第級左右側抽汽口。為減小上述作用力，本次大修改造中決定在上述只抽汽口加裝波形補償器。江蘇大學工程碩士學位論文第三章汽輪機性能試驗技術研究汽輪機性能試驗重要性汽輪機熱力性能試

45、驗是研究汽輪機組特性的十分有效的方法。汽輪機發(fā)展的實踐表明，單純用理論分析和計算方法獲得機組特性是行不通的。熱力性能試驗對于汽輪機組特性研究具有至關重要的意義。改造機組的試驗驗證是整個改造工程的黿要組成部分。由于試驗目的的不同，改造試驗研究方向主要有以下幾種：改造新技術及新機型（樣機）的性能測試；改造后機組性能保證指標的考核試驗；改造前后機組經(jīng)濟指標常規(guī)性能試驗；改造后機組及各系統(tǒng)經(jīng)濟性調整優(yōu)化試驗。新技術和新機型的發(fā)展足汽輪機技術發(fā)展的核心。因此新技術以及新機型的測試在汽輪機技術改造過程中處于特別重要的地位，它將直接影響到新技術的推廣應用以及產(chǎn)品設計定型等一系列問題。國外改造新技術及新機型（樣機）的性能測試通常