CN103196619A - 一种汽轮机内部通流叶片间压力的估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽轮机内部通流叶片间压力分布的估算方法，其可以根据汽轮机设计资料估算汽轮机动静叶片部件之间的压力分布，最终可以为动静部件汽封间隙变化引起的泄漏量的计算提供依据。

Description

一种汽轮机内部通流叶片间压力的估算方法
技术领域
本发明涉及一种汽轮机内部通流叶片间压力分布的估算方法。
背景技术
随着电力机组向大容量高参数发展，电厂中汽轮机通流效率对电厂的经济性影响越来越大。目前国内大型汽轮机，尤其是国内制造汽轮机普遍存在着汽缸通流效率偏低的问题，另外对于投运初期汽缸通流效率达到设计值的机组在运行一段时间后通流效率会降低。汽轮机通流部分动静汽封间隙的增加，是引起汽缸通流效率降低的重要因素。
在计算动静汽封间隙变化引起的泄漏量时，通流动静部件之间的压力分布是一个重要条件，通常汽轮机制造厂商具有较详细的计算数据。但现场缺少一种简便易行的估算方法，由于缺少相应的计算方法，导致无法对汽封间隙变化导致的泄漏量变化进行定量的评价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对汽轮机内部同流叶片间压力分布的估算方法，该方法可以为准确计算汽轮机动静间隙的泄漏量提供依据。这种方法计算时只需采用汽轮机常用的热平衡图及汽轮机各缸通流级数的技术数据，而无需其它更详细的技术数据，便于应用。
本发明解决其技术问题采用如下技术方案：
一种汽轮机内部通流叶片间压力分布的估算方法，其特征在于其包括以下步骤：
步骤一：利用汽轮机厂家提供的热平衡图及各汽缸通流级数等数据，计算各汽缸内通流级前后的压力值：
首先由汽轮机厂家提供的热平衡图上查到缸通流级的进口压力Pin，缸排汽压力为Px，假定缸级数为n，取各级压比相同，通过公式（2）计算压比Rs  ，再通过公式（3）计算第i级的级前压力Pi，通过公式（4）计算第i级的级后压力Pi+1；
Rs=(Pin/Px)(1/(n))             (2)
Pi=Px×Rs (n+1-i)                (3)
Pi+1=Px×Rs (n-i)                (4)
其中：
Pin——缸通流级进口压力，MPa；
Px——缸排汽压力，MPa；
n——级数；
Rs——压比；
Pi——第i级的级前压力，MPa；
Pi+1——第i级的级后压力，MPa；
步骤二：根据汽轮机的不同型式及不同通流级的位置，选取通流级内不同位置的典型反动度数值Ωx。
在已知通流级中径基元级参数的情况下，通过公式（5）估算任意半径的反动度： 
           （5）
其中：
ΩX——反动度；
r ——叶片不同位置的半径值，m；
rm ——中径基元级半径，m；
Figure 607846DEST_PATH_IMAGE002
--——中径基元级静叶出口角， 度；
步骤三：通过公式（1）计算不同位置静叶出口的压力；
pxi = Pi+1+( Pi- Pi+1)×ΩX                     （1）  
其中：
pxi——静叶出口不同位置的压力， MPa；
Pi——第i级的级前压力，MPa；
Pi+1——第i级的级后压力，MPa；
ΩX——反动度。
本发明的积极效果如下：采用本发明方法可以根据汽轮机设计资料估算汽轮机动静叶片部件之间的压力分布，最终可以为动静部件汽封间隙变化引起的泄漏量的计算提供依据。
使用专利解决了对汽轮机内部通流叶片间压力分布的计算问题，可以为准确计算汽轮机动静间隙的泄漏量提供依据。这种方法计算时只需采用汽轮机常用的热平衡图及汽轮机各缸通流级数的技术数据，而无需其它更详细的技术数据，便于在电厂现场的推广和使用。
具体实施方式
首先由汽轮机厂家提供的热平衡图上查到缸通流级的进口压力Pin、缸排汽压力为Px，假定缸级数为n，取各级压比相同，通过公式（2）计算压比Rs，再通过公式（3）计算第i级的级前压力Pi，通过公式（4）计算第i级的级后压力Pi+1；
Rs=(Pin/Px)(1/(n))             (2)
Pi=Px×Rs (n+1-i)                (3)
Pi+1=Px×Rs (n-i)                (4)
其中：
Pin——缸通流级进口压力，MPa；
Px——缸排汽压力，MPa；
n——级数；
Rs——压比；
Pi——第i级的级前压力，MPa；
Pi+1——第i级的级后压力，MPa；
高压缸压比计算时，缸通流级进口压力Pin取调节级后压力，缸排汽压力Px取高压缸排汽压力。
中压缸压比计算时，缸通流级进口压力Pin取中压缸进汽压力，缸排汽压力Px取中压缸排汽压力。
低压缸压比计算时，缸通流级进口压力Pin取低压缸进汽压力，缸排汽压力Px取低压缸末级进汽压力，通流级数n取低压缸通流级数减1。
对于现场机组，如缺乏详细设计资料无法按照公式(2)计算压比时，也可直接采用表1中的典型压比数据。典型的火力发电厂汽轮机，冲动式汽轮机与反动式汽轮机各通流级的压比数据如下表所示。
表1. 汽轮机各通流级压比典型数据
Figure 422218DEST_PATH_IMAGE003
 （2）根据冲动式汽轮机或反动式汽轮机的不同型式及不同通流级的位置，计算或选取通流级内不同位置的反动度数值Ωx。在已知通流级中径基元级参数的情况下，按下式估算任意半径的反动度： 
Figure 306997DEST_PATH_IMAGE004
                 式（5）
其中：
ΩX——反动度；
r ——叶片不同位置的半径值，；
rm ——中径基元级半径；
Figure 574030DEST_PATH_IMAGE002
--——中径基元级静叶出口角， 度；
求取叶根及叶顶部位反动度时，将叶根及叶顶位置的半径值代入式（5），可求得叶根及叶顶位置的反动度值。
在缺乏相关设计参数时，对于叶根及叶顶位置的反动度也可采用表2中的典型数据。典型的火力发电厂汽轮机，冲动式汽轮机与反动式汽轮机各通流级不同位置的反动度数据如下表所示。
表2. 汽轮机各通流级不同位置的反动度数典型数据
 （3）通流级不同位置静叶出口的压力按下列公式计算：
pxi = Pi+1+( Pi- Pi+1)×ΩX                   （1）
上式中，pxi为通流级静叶出口不同位置的压力，单位MPa；Pi第i级的级前压力，MPa；
Pi+1第i级的级后压力，MPa；Ωx为通流级不同位置的反动度数值，由第二步反动度计算获得。
实施例1：
某超临界600MW机组，汽轮机为反动式汽轮机，高压缸调节级压力为16.514MPa，高压缸排汽压力为4.12MPa，高压缸通流级数为9级。第三级的基元级反动度为0.4475，基元级直径为1.021m,基元级静叶出口角为17度。叶根直径0.9489m，叶顶直径1.0931m。以第三级为例计算其压力分布。
首先，计算级的压比Rs
Rs=(Pin/Px)(1/(n))=(16.514/4.12) (1/(9)) =1.167
对于第三级，级前压力Pi为：
Pi=Px×Rs (n+1-i) =4.12×1.167(9+1-3)=12.13 MPa
对于第三级，级后压力Pi+1为：
Pi+1=Px×Rs (n-i) =4.12×1.167(9+1-3)=10.396 MPa
根据公式(5)计算，叶根及叶顶位置的反动度：
叶根位置
Figure 504126DEST_PATH_IMAGE006
=1-(1-0.4475)((1.021/0.9489)×cos2(17/180×π)+ sin2(17/180×π))=0.3678
叶顶位置
Figure 559807DEST_PATH_IMAGE006
=1-(1-0.4475)((1.021/0.9489)×cos2(17/180×π)+ sin2(17/180×π))=0.5119
根据公式(1)，可计算出静叶出口叶根及叶顶位置的压力：
叶根位置，pxi=10.396+(12.13-10.396)×0.3678=11.034 MPa
叶顶位置，pxi=10.396+(12.13-10.396)×0.5119=11.284 Mpa
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种汽轮机内部通流叶片间压力分布的估算方法，其特征在于其包括以下步骤：
步骤一：利用汽轮机厂家提供的热平衡图及各汽缸通流级数等数据，计算各汽缸内通流级前后的压力值：
首先由汽轮机厂家提供的热平衡图上查到缸通流级的进口压力Pin，缸排汽压力为Px，假定缸级数为n，取各级压比相同，通过公式（2）计算压比Rs  ，再通过公式（3）计算第i级的级前压力Pi，通过公式（4）计算第i级的级后压力Pi+1；
Rs=(Pin/Px)(1/(n))             (2)
Pi=Px×Rs (n+1-i)                (3)
Pi+1=Px×Rs (n-i)                (4)
其中：
Pin——缸通流级进口压力，MPa；
Px——缸排汽压力，MPa；
n——级数；
Rs——压比；
Pi——第i级的级前压力，MPa；
Pi+1——第i级的级后压力，MPa；
步骤二：根据汽轮机的不同型式及不同通流级的位置，选取通流级内不同位置的典型反动度数值Ωx。
在已知通流级中径基元级参数的情况下，通过公式（5）估算任意半径的反动度： 
Figure 499700DEST_PATH_IMAGE001
           （5）
其中：
ΩX——反动度；
r ——叶片不同位置的半径值，m；
rm ——中径基元级半径，m；
--——中径基元级静叶出口角， 度；
步骤三：通过公式（1）计算不同位置静叶出口的压力；
pxi = Pi+1+( Pi - Pi+1)×ΩX                     （1）  
其中：
pxi——静叶出口不同位置的压力， MPa；
Pi——第i级的级前压力，MPa；
Pi+1——第i级的级后压力，MPa；
ΩX——反动度。
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