小容积流量下汽轮机调节级动叶三维流场与级后工质温度的研究.pdf

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1、第４３卷第４期化工机械４８９小容积流量下汽轮机调节级动叶三维流场与*级后工质温度的研究李勇**王涵北（东北电力大学能源与动力工程学院）摘要以某３００ＭＷ汽轮机调节级为研究对象，介绍了比例系数法和数值模拟法的基本原理。对不同相对容积流量比和不同工况下的调节级动叶三维流场进行了分析。将数值模拟方法得到的调节级级后工质温度与比例系数法、速度三角形法的计算结果进行对比，得到不同计算方法间的相对误差，并对不同相对容积流量下级后工质温度的计算方法进行了探讨。关键词汽轮机动叶三维流场级后工质温度相对容积流量比中图分类号Ｔ

2、Ｑ０５３文献标识码Ａ文章编号０２５４-６０９４（２０１６）０４-０４８９-０６随着风能、太阳能等清洁能源在电力能源系统行数值模拟，得到当容积流量小到一定程度时末中所占比例的不断增加，要求参与调峰的大容量火级动叶会做负功的结论。张仲彬等对多级流动进电机组必须通过降低负荷，甚至是启停调峰的方式行了数值分析，结果表明，小容积流量工况时上级来适应新能源发电的介入。因此，火电机组的快速流场的分离流动会导致下级流场内分离区域增［１５］启停工作受到国内外学者的广泛关注。在确定火电多。机组启停速度和寿命损耗中，汽轮机调节级

3、后的温目前国内外学者普遍关注的是小容积流量工度变化率对优化火电机组启停具有重要影响。为确况下汽轮机的末级流动状态，而调节级小容积流定主蒸汽流量较小时的级后工质参数，文献［１～４］量方面的研究却鲜有报道。在此，笔者对不同相提出当汽轮机负荷低于８０％额定负荷时，采用比例对容积流量比和不同工况下的调节级动叶三维流系数法进行参数计算，然而这种估算方法并未考虑场进行分析，并将采用数值模拟方法得到的调节汽轮机冲转流量变化带来的影响，必然引起调节级级级后工质温度与比例系数法、速度三角形法计级后温度变化率产生较大误差。算结

4、果进行对比，得到不同计算方法间的相对误随着ＣＦＤ技术的兴起与日渐成熟，数值模拟差，以指导不同容积流量下级后工质温度的计算。方法在汽轮机调节级和小容积流量研究中获得了１比例系数法广泛应用。文献［５～７］通过模拟调节级三维流比例系数法中首先根据热力特性说明书查出场，分析了工质经过调节级堵塞区域时通道中静汽轮机额定负荷下的主蒸汽温度、压力，再进行计压的变化情况。谢金伟等通过建立完整的调节阀算：至调节级段模型，对不同工况下该段的三维流动ｐｐｉｉ１＝（１）［８］ｐｐ与压力损失特性进行了研究。文献［９～１２］对００１汽

5、轮机调节级气动性能和气流激振突变方面进行ｔｉｔｉ１＝（２）ｔｔ了研究，提出了优化调节级结构的可行方案。文００１式中ｐ、ｐ———额定工况和变工况下的主蒸汽献［１３，１４］通过对低负荷运行的汽轮机末几级进００１*国家自然科学基金项目（５１３７６０４１）。**李勇，男，１９６４年１月生，教授。吉林省吉林市，１３２０１２。４９０化工机械２０１６年压力，ＭＰａ；ｐ、ｐ———额定工况和变工况下某一级特ｉｉ１征面的蒸汽压力，ＭＰａ；ｔ、ｔ———额定工况和变工况下的主蒸汽００１温度，℃；ｔ、ｔ———额定工况和变工况下某一级

6、特ｉｉ１征面的蒸汽温度，℃。由式（１）、（２）可知，比例系数法存在两方面问题。首先，对于汽轮机冲转阶段而言，主蒸汽参图１某３００ＭＷ汽轮机调节级物理模型数基本不变，因此该方法计算出的调节级级后工模型与实际情况相似，同时考虑到网格划分的需质参数也不随时间改变。而事实上，汽轮机冲转要，设置动叶入口截面距动叶前缘点０．２ｍｍ，动时需要调节阀全开来保证汽缸和转子受热均匀，叶出口截面距动叶尾缘点０．２ｍｍ，并在动叶后建因此多数电厂采用高压主汽阀控制汽轮机转速以立轴向距离等于真实长度的调节级汽室模型，在便进行低速检查和

7、中速暖机，这就使主汽阀开度保证动叶出口流体充分发展的同时使流动更加真在冲转阶段随时间变化，进而引起调节级入口、出实。汽室部分在动叶生成流域的基础上切割而口工质参数随时间改变。其次，式（１）、（２）中没成，不但提高了动叶与汽室连接处的顺滑性，也为有体现冲转流量改变对调节级级后工质参数的影划分高质量网格提供了保证。叶栅通道网格（结响。构化网格）划分情况如图２所示。２物理模型和数值方法２．１物理模型笔者对某３００ＭＷ汽轮机调节级叶片及其流域进行建模，叶片几何尺寸见表１。表１某３００ＭＷ汽轮机调节级叶片几何尺寸参数

8、静叶动叶叶片个数１００８０轴向宽度／ｍｍ６３．８１６３．５０叶片高度／ｍｍ２７．３１２９．７０图２叶栅通道网格划分情况平均直径／ｍｍ１０７８．７１１０７７．９０２．２网格无关性讨论叶型出口几何角／（°）２１２４为兼顾计算速度和准确度，笔者对模型进行了网格无关性讨论。在保证计算方法、边界条件采用Ｇａｍｂｉｔ软件建模时，由表１可知，调节不变的前提下，分别对网格数为１８４万、２９２万、级动、静叶片数不同，同一工况下单位