CN113982994B - 一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，包括：首先，根据动叶可调式轴流风机增容改造目标确定不同叶高截面前导叶出口反预旋角度；其次，根据不同叶高截面前导叶出口反预旋角度，确定单个前导叶造型方法；最后，确定前导叶叶片数目，完成前导叶的整体造型。本发明提供的一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，针对R+S型布局的轴向进气型动叶可调式轴流风机，在保持动叶可调式轴流风机动叶轮和后导叶保持不变的前提下，通过在风机动叶轮前合理设置前导叶，对前导叶进行反预旋造型设计，可以实现提高风机出力，并保证风烟系统安全稳定运行的双重目的。

Description

一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法

技术领域

本发明涉及燃煤电厂烟气系统所使用的动叶可调式轴流风机，具体涉及一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法。

背景技术

目前全国各类火电机组动叶可调式轴流风机的应用最为广泛，然而，如果风机选型过小、煤质变化太大或者风烟系统阻力大幅增加，那么动叶可调式轴流风机很容易出现出力受限的问题。此时，需要对动叶可调式轴流风机进行增容改造，以满足火电机组的实际出力要求，并保证风烟系统安全稳定运行。

动叶可调式轴流风机实施增容改造，采用的改造方案往往都是将风机整机更换，这样不仅投资费用巨大，回收周期长，而且由于风机厂家叶型较少使得风机增容改造难以实施。因此，动叶可调式轴流风机实施增容改造时，有必要提出风机新型增容改造方法，达到节省投资费用、缩短投资回收年限，实现提高风机出力，并保证风烟系统安全稳定运行的双重目的。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，针对R+S型布局的轴向进气型动叶可调式轴流风机，在保持动叶可调式轴流风机动叶轮和后导叶保持不变的前提下，通过在风机动叶轮前合理设置前导叶，对前导叶进行反预旋造型设计，可以实现提高风机出力，并保证风烟系统安全稳定运行的双重目的。同时，该种新型风机增容改造方法，可以还具有节省投资费用、缩短投资回收年限等优点，可以在市场上大规模推广应用。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，包括：

首先，根据动叶可调式轴流风机增容改造目标确定不同叶高截面前导叶出口反预旋角度；其次，根据不同叶高截面前导叶出口反预旋角度，确定单个前导叶造型方法；最后，确定前导叶叶片数目，完成前导叶的整体造型。

本发明进一步的改进在于，具体实现方法如下：

1、确定不同叶高截面前导叶出口反预旋角度，适用于R+S型布局的轴向进气型动叶可调式轴流风机，且风机增容改造前、后风机TB点选型参数对应的压力系数φ₁、φ₂满足

2、确定单个前导叶造型方法，单个前导叶由N个前导叶叶型截面曲线沿叶高方向积叠生成。

本发明进一步的改进在于，不同叶高截面前导叶出口反预旋角确定方法如下：

(1)选取叶高截面数目N＝3，第1叶高截面为叶根截面，第3叶高截面为叶顶截面，而第2叶高截面为50％叶高截面；

(2)确定第i叶高截面前导叶出口反预旋角度α_i，1≤i≤N。

本发明进一步的改进在于，步骤(2)的具体实现方法如下：

①当时，第i叶高截面前导叶出口反预旋角度α_i满足如下关系：

②当时，第i叶高截面前导叶出口反预旋角度α_i满足如下关系：

本发明进一步的改进在于，确定单个前导叶造型方法，单个前导叶由N个前导叶叶型截面曲线沿叶高方向积叠生成，其具体造型方法如下：

(1)确定N个前导叶叶型截面曲线的造型方法，对于N个叶型截面，每个叶型截面的造型方法相同；

(2)将前导叶N个叶型截面的叶型型线沿叶高方向积叠，生成单个前导叶三维造，根据上面步骤得到的前导叶第i个叶型截面的叶型型线，i＝1,…,N，通过每个叶型截面C_i点沿叶高方向进行积叠，生成单个前导叶三维造型，其中，叶型前缘圆弧曲线LE_i积叠生成的曲面为前导叶前缘圆弧曲面LS，叶型尾缘圆弧曲线TE_i积叠生成的曲面为前导叶尾缘圆弧曲面TS，叶型吸力面型线SS_i积叠生成的曲面为前导叶吸力面曲面SS，叶型压力面型线PS_i积叠生成的曲面为前导叶压力面曲面PS，前导叶叶顶与风机机壳内曲面的相交曲面为前导叶叶顶曲面S_shroud，前导叶叶根与风机轮毂外曲面的相交曲面为前导叶叶根曲面S_hub；

(3)确定前导叶叶片数目，完成前导叶的整体造型，动叶可调轴流风机动叶轮叶片数目为N_rotor，前导叶叶片数目N_IGV按如下要求确定：0.8·N_rotor≤N_IGV≤1.2·N_rotor，且N_IGV不能与N_rotor互成公倍数，确定完前导叶叶片数目N_IGV后，将第二步骤得到的单个前导叶三维造型，沿着与风机轴向相垂直的平面，将N_IGV个前导叶叶片按照等稠度原则均匀排列于风机轮毂和机壳之间，且前导叶尾缘距离后的导叶片前缘的距离L满足：L≥100mm，这样，就完成了动叶可调轴流风机前导叶的整体造型。

本发明进一步的改进在于，以第i个叶型截面为例，i＝1,…,N，前导叶叶型截面造型方法如下：

①确定前导叶第i个叶型截面的中心线，首先，在第i个叶型截面，以O_i为圆心，以C_i为起点，绘制圆心角为α_i，半径为R_i的圆弧，圆弧终点为B_i，B_i是叶型尾缘点，这样，就完成了圆弧曲线Curve_i的构造，Curve_i即为圆弧其中，圆弧曲线Curve_i在轴向的长度为b_i，半径R_i满足：R_i∈[500,3000]mm，然后，以C_i为起点，沿着轴向反方向延伸长度为a_i的直线段，线段终点为A_i，A_i是叶型前缘点，直线段为Line_i，长度a_i满足：0≤a_i≤b_i，直线段Line_i和圆弧曲线Curve_i就构成了前导叶第i个叶型截面的中心线；

②确定前导叶第i个叶型截面的叶型型线，首先，在第i个叶型截面，前导叶第i个叶型截面的中心线为Line_i+Curve_i，沿中心线向两侧分别偏置相等厚度δ_i得到前导叶第i个叶型截面的上、下表面型线，然后，确定前导叶第i个叶型截面前缘圆弧曲线LE_i和尾缘圆弧曲线TE_i，具体方法为：通过叶型前缘点A_i，分别作前面得到的前导叶第i个叶型截面的上、下表面型线的公切圆弧，圆弧半径为R_1,i，得到的圆弧曲线就是叶型前缘圆弧曲线LE_i；通过叶型尾缘点B_i，分别作前面得到的前导叶第i个叶型截面的上、下表面型线的公切圆弧，圆弧半径为R_2,i，得到的圆弧曲线就是叶型尾缘圆弧曲线TE_i，其中，圆弧半径R_1,i、R_2,i满足：R_1,i＝R_2,i∈[3,10]mm，最后，叶型截面上表面型线被叶型前缘圆弧曲线LE_i和叶型尾缘圆弧曲线TE_i剪切剩余部分曲线为叶型吸力面型线SS_i，叶型截面下表面型线被叶型前缘圆弧曲线LE_i和叶型尾缘圆弧曲线TE_i剪切剩余部分曲线为叶型压力面型线PS_i，这样，叶型前缘圆弧曲线LE_i、叶型尾缘圆弧曲线TE_i、叶型吸力面型线SS_i和叶型压力面型线PS_i就构成了前导叶第i个叶型截面的叶型型线。

本发明进一步的改进在于，δ_i∈[3,10]mm。

本发明进一步的改进在于，确定前导叶叶片数目，完成前导叶的整体造型，动叶可调轴流风机动叶轮叶片数目为N_rotor，前导叶叶片数目N_IGV按如下要求确定：0.8·N_rotor≤N_IGV≤1.2·N_rotor，且N_IGV不能与N_rotor互成公倍数，确定完前导叶叶片数目N_IGV后，将第二步骤得到的单个前导叶三维造型，沿着与风机轴向相垂直的平面，将N_IGV个前导叶叶片按照等稠度原则均匀排列于风机轮毂和机壳之间，且前导叶尾缘距离后的导叶片前缘的距离L满足：L≥100mm，这样，就完成了动叶可调轴流风机前导叶的整体造型。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，针对R+S型布局的轴向进气型动叶可调式轴流风机，在保持动叶可调式轴流风机动叶轮和后导叶保持不变的前提下，通过在风机动叶轮前合理设置前导叶，对前导叶进行反预旋造型设计，可以实现提高风机出力，并保证风烟系统安全稳定运行的双重目的。

本发明电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，可以根据用户实际改造需求，仅通过在风机动叶轮前增设反预旋造型前导叶，就可以在一定限度内实现动叶可调式轴流风机的增容改造，并可以保证风机的安全可靠运行。因此，该种新型风机增容改造方法具有技术安全可靠、可实施性强、投资费用低和投资回收年限短等优点，可以在市场上大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明专利的前导叶叶型截面造型示意图；

图2为本发明专利的前导叶三维叶片造型图。

其中，N为前导叶造型的叶型截面总数目，i为叶型截面序号，φ₁为增容改造前风机TB点选型参数对应的压力系数，φ₂为增容改造后风机TB点选型参数对应的压力系数。

N_rotor为风机动叶轮叶片数目，N_IGV为风机前导叶叶片数目。

L为风机前导叶出口与动叶片进口轴向距离，单位为mm。

图1中均为前导叶第i叶型截面的参数，其中，Curve_i为叶型截面中心线圆弧曲线，Line_i为叶型截面中心线直线段，A_i为叶型前缘点，B_i为叶型尾缘点，C_i为叶型截面积叠中心点，O_i为叶型截面中心线圆弧曲线的回转中心，LE_i为叶型前缘圆弧曲线，TE_i为叶型尾缘圆弧曲线，SS_i为叶型吸力面型线，PS_i为叶型压力面型线。

α_i为叶型截面出口反预旋角度，单位为°。

a_i为叶型截面中心线直线段的长度，b_i为叶型截面中心线圆弧曲线的轴向长度，δ_i为叶型截面中心线叠加厚度，R_1,i为叶型截面前缘圆弧曲线圆弧半径，R_2,i为叶型截面尾缘圆弧曲线圆弧半径，R_i为叶型截面中心线圆弧曲线的曲率半径，以上单位均为mm。

图2中，LS为前导叶前缘圆弧曲面，TS为前导叶尾缘圆弧曲面，SS为前导叶吸力面曲面，PS为前导叶压力面曲面，S_shroud为前导叶叶顶曲面，S_hub为前导叶叶根曲面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例

国内某300MW机组引风机为动叶可调式轴流风机，风机单级动叶数量为18片，风机额定转速为990r/min，风机叶轮直径为风机TB点流量为357.4m³/s，TB点压力为12154Pa，进气密度为0.7729kg/m³，增容改造后，风机TB点流量为368.1m³/s，TB点压力为12894Pa，进气密度为0.7729kg/m³。经过计算，得到改造前风机TB点选型参数对应的单级压力系数φ₁＝0.499，改造后风机TB点选型参数对应的单级压力系数φ₂＝0.514。依次按照下面的步骤实施动叶可调式轴流风机新型动叶造型：

1、风机改造前、后压力系数比满足/>条件。因此，选取N＝3，选取叶根截面出口反预旋角度α₁＝20°，叶顶截面出口反预旋角度α₃＝10°，经过计算得到叶中截面出口反预旋角度α₂＝15°。

2、确定第1～3个叶型截面，实施单个前导叶的造型：

(1)确定每个叶型截面叶型型线造型所需的参数：R₁＝R₂＝R₃＝1000mm，a₁＝100mm，a₂＝75mm，a₃＝50mm，b₁＝342mm，b₂＝258mm，b₃＝174mm，δ₁＝5mm，R_1,1＝R_1,2＝R_2,1＝R_2,2＝R_3,1＝R_3,2＝5mm，以及上一步确定参数：α₁＝20°，α₂＝15°，α₃＝10°。

(2)根据上面确定的每个叶型截面叶型型线参数，按照本发明的造型方法，完成第1～3个叶型截面的造型。

3、根据上面步骤得到的前导叶第i个(i＝1,…,3)叶型截面的叶型型线，通过每个叶型截面C_i点(i＝1,…,3)沿叶高方向进行积叠，得到前导叶前缘圆弧曲面LS、前导叶尾缘圆弧曲面TS、前导叶吸力面曲面SS、前导叶压力面曲面PS、前导叶叶顶曲面S_shroud和前导叶叶根曲面S_hub。这样，就完成了单个前导叶的三维造型。

4、风机动叶轮叶片数目N_rotor＝18，选取风机前导叶叶片数目N_IGV＝17，将上一步骤得到的单个前导叶三维造型，沿着与风机轴向相垂直的平面，将17个前导叶叶片按照等稠度原则均匀排列于风机轮毂和机壳之间，且风机前导叶出口与动叶片进口轴向距离L＝300mm。

经过上面的步骤，就完成了动叶可调轴流风机前导叶的整体造型。所发明的新型反预旋前导叶应用于动叶可调式轴流风机后，风机不仅流量系数提高了3％、压力系数提高了6％，可以满足机组的出力要求，而且风机运行安全可靠，风机取得了预期的改造效果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，其特征在于，包括：

首先，根据动叶可调式轴流风机增容改造目标确定不同叶高截面前导叶出口反预旋角度；其次，根据不同叶高截面前导叶出口反预旋角度，确定单个前导叶造型方法；最后，确定前导叶叶片数目，完成前导叶的整体造型；具体实现方法如下：

1)、确定不同叶高截面前导叶出口反预旋角度，适用于R+S型布局的轴向进气型动叶可调式轴流风机，且风机增容改造前、后风机TB点选型参数对应的压力系数φ₁、φ₂满足不同叶高截面前导叶出口反预旋角确定方法如下：

(1)选取叶高截面数目N＝3，第1叶高截面为叶根截面，第3叶高截面为叶顶截面，而第2叶高截面为50％叶高截面；

(2)确定第i叶高截面前导叶出口反预旋角度α_i，1≤i≤N；具体实现方法如下：

①当时，第i叶高截面前导叶出口反预旋角度α_i满足如下关系：

②当时，第i叶高截面前导叶出口反预旋角度α_i满足如下关系：

2)、确定单个前导叶造型方法，单个前导叶由N个前导叶叶型截面曲线沿叶高方向积叠生成。

2.根据权利要求1所述的一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，其特征在于，确定单个前导叶造型方法，单个前导叶由N个前导叶叶型截面曲线沿叶高方向积叠生成，其具体造型方法如下：

(1)确定N个前导叶叶型截面曲线的造型方法，对于N个叶型截面，每个叶型截面的造型方法相同；

(2)将前导叶N个叶型截面的叶型型线沿叶高方向积叠，生成单个前导叶三维造型，根据上面步骤得到的前导叶第i个叶型截面的叶型型线，i＝1,…,N，通过每个叶型截面C_i点沿叶高方向进行积叠，生成单个前导叶三维造型，其中，叶型前缘圆弧曲线LE_i积叠生成的曲面为前导叶前缘圆弧曲面LS，叶型尾缘圆弧曲线TE_i积叠生成的曲面为前导叶尾缘圆弧曲面TS，叶型吸力面型线SS_i积叠生成的曲面为前导叶吸力面曲面SS，叶型压力面型线PS_i积叠生成的曲面为前导叶压力面曲面PS，前导叶叶顶与风机机壳内曲面的相交曲面为前导叶叶顶曲面S_shroud，前导叶叶根与风机轮毂外曲面的相交曲面为前导叶叶根曲面S_hub；

(3)确定前导叶叶片数目，完成前导叶的整体造型，动叶可调轴流风机动叶轮叶片数目为N_rotor，前导叶叶片数目N_IGV按如下要求确定：0.8•N_rotor≤N_IGV≤1.2•N_rotor，且N_IGV不能与N_rotor互成公倍数，确定完前导叶叶片数目N_IGV后，将第二步骤得到的单个前导叶三维造型，沿着与风机轴向相垂直的平面，将N_IGV个前导叶叶片按照等稠度原则均匀排列于风机轮毂和机壳之间，且前导叶尾缘距离后的导叶片前缘的距离L满足：L≥100mm，这样，就完成了动叶可调轴流风机前导叶的整体造型。

3.根据权利要求2所述的一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，其特征在于，以第i个叶型截面为例，i＝1,…,N，前导叶叶型截面造型方法如下：

①确定前导叶第i个叶型截面的中心线，首先，在第i个叶型截面，以O_i为圆心，以C_i为起点，绘制圆心角为α_i，半径为R_i的圆弧，圆弧终点为B_i，B_i是叶型尾缘点，这样，就完成了圆弧曲线Curve_i的构造，Curve_i即为圆弧其中，圆弧曲线Curve_i在轴向的长度为b_i，半径R_i满足：R_i∈[500,3000]mm，然后，以C_i为起点，沿着轴向反方向延伸长度为a_i的直线段，线段终点为A_i，A_i是叶型前缘点，直线段为Line_i，长度a_i满足：0≤a_i≤b_i，直线段Line_i和圆弧曲线Curve_i就构成了前导叶第i个叶型截面的中心线；

②确定前导叶第i个叶型截面的叶型型线，首先，在第i个叶型截面，前导叶第i个叶型截面的中心线为Line_i+Curve_i，沿中心线向两侧分别偏置相等厚度δ_i得到前导叶第i个叶型截面的上、下表面型线，然后，确定前导叶第i个叶型截面前缘圆弧曲线LE_i和尾缘圆弧曲线TE_i，具体方法为：通过叶型前缘点A_i，分别作前面得到的前导叶第i个叶型截面的上、下表面型线的公切圆弧，圆弧半径为R_1,i，得到的圆弧曲线就是叶型前缘圆弧曲线LE_i；通过叶型尾缘点B_i，分别作前面得到的前导叶第i个叶型截面的上、下表面型线的公切圆弧，圆弧半径为R_2,i，得到的圆弧曲线就是叶型尾缘圆弧曲线TE_i，其中，圆弧半径R_1,i、R_2,i满足：R_1,i＝R_2,i∈[3,10]mm，最后，叶型截面上表面型线被叶型前缘圆弧曲线LE_i和叶型尾缘圆弧曲线TE_i剪切剩余部分曲线为叶型吸力面型线SS_i，叶型截面下表面型线被叶型前缘圆弧曲线LE_i和叶型尾缘圆弧曲线TE_i剪切剩余部分曲线为叶型压力面型线PS_i，这样，叶型前缘圆弧曲线LE_i、叶型尾缘圆弧曲线TE_i、叶型吸力面型线SS_i和叶型压力面型线PS_i就构成了前导叶第i个叶型截面的叶型型线。

4.根据权利要求3所述的一种电站动叶可调式轴流风机新型增容改造方法，其特征在于，δ_i∈[3,10]mm。