某机组中压缸进汽室结构的优化

2022-04-13王娟丽钱禹龙钟主海王姗王松王鑫

东方汽轮机 2022年1期

王娟丽，钱禹龙，钟主海，王姗，王松，王鑫

（东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川德阳， 618000）

1 前言

随着汽轮机技术的不断进步，汽轮机机组的经济性越来越受到重视，以往关注点在叶型和叶片的优化设计，目前汽轮机进汽室的优化也越来越受到重视[1-2]。为优化某机组中压进汽室，对比分析了轴向进汽、切向进汽与不完全切向进汽3 种进汽室的性能以及对首级性能的影响。

2 模型及网格

为了评估切向进汽性能及其对首级的影响，计算模型是进汽室带首级整圈静叶，单只动叶。 3种不同的进汽室模型如图1（a～c）所示，进汽室网格数约 444 万个。图 1（d）为计算域模型（以轴向进汽室为例）。 3 种计算模型的首级除了静叶叶型不同外，其他参数均相同，首级均为斜置静叶，轴向进汽首级静叶为GHZ 叶型，切向进汽与不完全切向进汽首级静叶都使用谢岗（D150S）中压首级切向进汽叶型，动叶统一使用谢岗（D150S）的中压首级动叶。

图1 算例说明

3 边界条件

计算边界条件来自热力数据，具体边界条件见表1。

表1 边界条件

4 计算结果

3 种进汽室结构计算模型总体性能对比见表2，可以看出切向进汽模型性能最好，其进汽室总压损失最小，首级效率最高，不完全切向进汽级效率次之。轴向进汽比级效率比切向进汽小0.4%。

表2 计算总体性能对比

进汽室模型计算结果如图2 所示。从三维流线图可以看出，切向进汽室流场稳定，流线分布均匀，而轴向进汽室有局部流线分离。从出口截面压力分布图看出，切向进汽室出口截面压力分布最均匀，轴向进汽室出口截面压力分布均匀性最差。

图2 不同进汽室流线图与出口截面参数分布

图3 为3 种进汽室模型根、中、顶出口角分布，可以看出，切向进汽室出口角最均匀，变化幅度只有10°左右，轴向进汽室出口角变化很大。进汽室出口参数分布的均匀性，决定首级的入口条件，影响首级静叶入口攻角情况，影响首级效率。切向进汽室出口截面压力分布、出口角分布均匀，首级效率也最高。

图3 不同进汽室根、中、顶截面出口角分布

图4 为不同模型首级静叶损失、动叶损失、首级效率随叶高分布对比图，可以看出切向进汽、不完全切向进汽模型静叶损失明显低于轴向进汽模型，首级效率明显高于轴向进汽模型。图5 为首级静叶截面流线分布，可见轴向进汽模型首级静叶入口有明显攻角，静叶入口气流打在内弧侧到外弧侧变化，这是进汽室出口角分布不均匀导致的。切向进汽模型的首级静叶流线分布均匀，攻角小。