300mw汽轮机高排气动分析与改造

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1、第39卷第2期热力透平VoI．39NO．22010年6月THERMALTURBINEJun．2010300MW汽轮机高排气动分析及改造史立群，杨建道，杨锐，彭泽瑛(上海电气电站技术研究与发展中心，上海200241)摘要：上海汽轮机厂早年生产的亚临界300MW汽轮机组由于设计中各种原因，其高压排汽段的通流效率较低，影响了整个机组的经济性水平。本文采用CFD技术，对该汽轮机的高压排汽段的流场情况进行建模计算，并结合国际上先进的设计理念，提出了改造方案。最后对比改造前后的通流效率，预测了改造所能达到的效果。关键词：汽轮机；高压缸排汽；CFD中图分类

2、号：TK262文献标识码：A文章编号：1672—5549f2010)02—0097—04AerodynamicAnalysisandRedesignforHPExhaustof300MWSteamTurbinesSHILi—qun，YANGJian—dao，YANGRui，PENGZe—ying(ShanghaiElectricPowerGenerationTechnologyR&DCenter，Shanghai200241，China)Abstract：Becauseofdesignreasons，theHPexhaustofthe300M

3、WSUb-criticalsteamturbinesmadebvSTWearlyhaslowerflowefficiency，thatexertinfluenceontheunit’Seconomy．Inthispaper，CFDmethodisappliedtogettheflowfieldfortheHPexhaust，andthenredesignanewflowstructureaccordingtotheworld’SadvancedHPexhaustdesignidea．Intheend，theflowefficiencyofth

4、enewHPexhaustdesigniscomparedwiththatoftheoldoneandtheresultstobeobtainedarepredicted。Keywords：steamturbine；HPexhaust；CFD1研究背景提高大型汽轮机组的热效率不仅可以充分利用有限能源，还可以减少有害物质的排放。因此，提高汽轮机效率的相关研究具有极其深远的意义。汽轮机高压排汽处存在着气流流动的转折，对此处的通流部分进行优化设计，可以降低高压缸排汽的压力损失，提高汽轮机的热效率。图1原型机组高压排汽缸不意图(切向)上海汽轮机厂早年

5、生产的300MW汽轮机组生非常明显的流动分离现象，使得汽轮机的高压高压排汽蜗壳，其切向的轮廓如图1所示，由于其排汽压力损失较大。对该处的通流进行了优化设进口扩压段的空间所限，扩压导流环的半径Ref计，在高压静叶持环外侧增加了一段半圆型的导较小，使得气流方向由轴向至径向过渡的较为剧流段，这种结构可以让流动方向较为缓和的改变，烈，影响了流动的效率。减弱流动分离和涡的强度。其次，在图1所示的气流转折处，气流方向发根据以上的分析，对上海汽轮机厂早期生产生改变，通流面积却急剧增大，缺少一个通流面积的300MW汽轮机的高压排汽缸结构进行两方面慢慢扩大的过

6、渡段，导致在高压静叶持环外侧产的优化设计，一是增加出口扩压段导流环的半径收稿日期：2009—10—25修订日期：2010一O1—21作者简介：史立群(1982一)，男，毕业于上海交通大学，研究生学历，助理工程师，从事通流与叶片开发工作。本文为2009年中国动力工程学会透平专委会论文研讨会宣读论文。蠢_Il囡l第2期300MW汽轮机高排气动分析及改造Rd，二是在气流转折段增加半圆形状的导流段一层网格尺度为设置为0．2mm，以满足湍流模型(导流圆环半径Rd)。本课题对于不同Ref和Rd对于y+的要求。网格总数为2，000，000个左高压排汽缸气动

7、特性进行了计算和对比，力求找右，经过网格无关性的验证，上述网格尺度可以满到一个最优的设计方案。足工程计算精度的要求。2．3控制方程的求解2研究方法对于这个课题，为了更细致地分析排汽缸内的三元流动，我们利用数值方法来求解的控制方采用实验方法来进行排汽缸优化设计是非常程为稳态的三维N—S方程，能量方程以及连续困难的，需要大量的人力、财力和物力。使用性方程。CFD方法来解决这个问题可以节省大量的时间离散偏微分方程方法为有限控制容积法；差和资金。分格式为混合差分。为使控制方程封闭，采用了2．1高压排汽缸的几何模型标准k-e模型，对于低雷诺数的近壁面，

8、采用壁面汽轮机的整个高压排汽段由扩压段、排汽腔函数法。室，以及排汽管道组成。由UG建立的几何模型2．4排汽缸气动性能的评价指标如图2所示，部分位置进行了简化，以便于