汽轮机通流部分的初步研究

梁超++郜宁++郭磊++刘伟

摘 要：本文首先介绍了汽轮机通流部分粗糙的原因以及其对机组功率和效率的影响，在弗留格尔公式的基础上，提出了汽轮机级组特征通流面积的观点，给出了简单的理论推导，进而将级组特征通流面积应用于电厂工作中的许多方面。

关键词：汽轮机；通流部分；通流面积

中图分类号：TK262 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）13-0065-01

0 引言

在火力发电厂的运行事故中，由汽轮机通流部分故障引发的停机停炉事故不容忽视。汽轮机通流部分是汽轮机不可或缺的核心部分，它在运行时候的状态直接关系到汽轮机的安全和经济性。研究汽轮机通流部分，对维护汽轮机组安全以及经济运行具有重要意义。

机组负荷受电网负荷和频率的波动而波动，频繁的负荷变化势必造成蒸汽温度的变化，进而使汽轮机转子等部件因受频繁热应力作用而寿命降低。此外，当叶片上有盐沉积时，会导致蒸汽流道形状的改变和叶片表面光洁度的变差，这将使机组相对内效率降低，整个发电厂热经济性下降。这种情况如不及时处理，严重时会损坏推力轴承，降低发电功率。根据电厂运行经验总结，汽轮机通流部分常见故障种类包括动静叶片的结垢与腐蚀、磨损、断裂、脱落等。上述故障都会危及汽轮机的安全运行，故应引起高度重视。以汽轮机通流部分面积变化来分类，通流部分故障可以分为两类：一类是通流部分面积变小，如结垢、堵塞等故障；一类是使通流部分面积变大的故障，如叶片断裂、腐蚀等故障。还有一种分类方法是以引发机组危害的紧急缓慢来分，可以分为突变型故障和渐变型故障。突变型故障具有紧急性，若处理不当，会导致机毁人亡的严重后果；渐变型故障一般不易发现，其可以导致机组功率的降低和相对内效率的下降。因此研究汽轮机通流部分故障，对增强机组经济性，保障设备和运行人员安全具有重要意义[1]。

1 汽轮机通流部分粗糙的因素

汽轮机通流部分在机组中是蒸汽流过而且做功的部分，这包括汽封装置、静/动叶片、喷嘴、隔板等。而对汽轮机本体而言，这些装置又有着非常重要的作用，因此其性能会对汽轮机通流部分的功率和效率有着直接的影响。通常造成汽轮机通流部分表面变粗糙包括以下几种原因：通流部分表面结垢、腐蚀、固体颗粒冲蚀、外物冲击以及喷钢砂处理等。

2 通流部分表面变粗糙后对机组功率和效率的影响

汽轮机通流部分各级的参数会随着表面粗糙度的变化而变化，当这些参数发生改变时级的速度也会相应的变化，这就使得不能保持最佳速度比。由汽轮机级的工作原理可得：喷嘴损失、动叶损失是关系能量转换的重要因素，而速度比（轮周速度与喷嘴出口汽流速度之比）又是影响这两个损失的重要参数。各项损失如喷嘴损失、动叶损失、余速损失和撞击损失会随速度比的变化发生变化，而级内损失的恢复能力又会随轮周效率的降低而降低。研究结果表明，通流部分表面越粗糙，级后压力变化反而不大，但级后温度却会变大，级后蒸汽的比热容也会相应的有所增加，这对叶轮摩擦损失的影响不是很大。

3 汽轮机级组特征通流面积

为解决汽轮机中性能的相关问题，这里对反映通流能力的表达式进行了简单的推导，表示为“特征通流面积”（简称CFA）。研究表明CFA在工程应用中有着实际的作用，如对机组性能档案的组建，实时监测和诊断机组的运行状态等。

首先应用CFA可以解决性能偏离的问题；其次可利用特征通流面积来组建汽轮机机组的热力性能档案，实践表明：许多机组的运行参数和设计值相差比较大，有的能达到2%以上。而通过汽轮机特征通流面积组建的热力性能数据即为精确热力性能档案，它可应用于变工况计算、运行监测和诊断和性能分析等多方面；因为在任何工况下CFA都可保持常数，所以可以将其应用于汽轮机的运行监测与诊断中。在机组运行的时候，当级段效率受到某种因素的影响时，CFA也會受到一定的影响：汽缸中分面漏汽，级段后阀门非正常开度等。若某段CFA发生超限变化，则表示该级段出现一定的问题，即可分析相关数据，找出解决问题的办法。

4 结论及展望

汽轮机通流部分的工作状况直接关乎机组的安全性和经济性，因此研究通流部分，对提高系统安全性有着实际的意义。本文首先介绍了汽轮机通流部分粗糙的形成原因以及表面粗糙对汽轮机效率和功率的影响，其次以弗留格尔公式为基础推导出汽轮机的特征通流面积，进而将其应用于生产中的许多方面，有利于增强汽轮机通流部分的运行效率和安全性。

参考文献

[1]栾忠兴，李勇，薛彦光，等.汽轮机静叶栅二次流损失的数值研究[J].东北电力大学学报，2012，32（3）：43-47.