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【摘要】在电力系统中，汽轮机的运行情况和负荷息息相关。汽轮机的流通部分和电厂的生产效率有着很大的关联。文章对300MW汽轮机流通部分的优化措施进行了阐述
【关键词】300MW汽轮机；流通部分；优化
中图分类号：TK269文献标识码： A
一、前言
衡量一个电厂能量消耗率的评定标准，便是用煤量和电能消耗。对汽轮机流通部分进行进一步的优化，有助于让电厂的生产效率得到提高，实现科学节能的目的。
二、汽轮机流通性能的改进与优化
目前，世界各国在汽轮机流通性能改进与优化的研究方向主要有：高效率新叶型的开发、弯扭联合成型技术、子午通道优化技术、新型汽封的开发以及高效进气室和排气缸的研制等。
1.新叶型的开发
迄今为止，各国学者和研究人员在高效率新叶型的开发和应用上做了大量的工作。1977年Marchal P和Sicverding C H首先提出“后加载叶型”的概念，他们指出与传统透平叶栅速度分布相比，后加载叶栅可以有效地推迟速度转捩的发生、减小转捩区范围，降低叶型损失。孙奇等对后加载叶型和高负荷前加载叶型分别进行了环形和平面叶栅吹风实验。结果表明，前加载叶型采用弯曲量大的设计方案可以减少端部二次流，后加载叶型具有很好的变工况气动性能。东方汽轮机厂对300MW汽轮机进行改造发现，采用高效后加载层流叶型后，高、中压级型损相对值分别减小25%、23%，级效率分别提高1%；低压级型损减小20%。
俄罗斯的学者提出了一种能减小叶栅端部损失的海豚形叶片。陶正良等将海豚形叶片和TC-1A型短叶片进行了比较，从理论上解释了海豚形叶片能够降低叶栅端部损失的原因。但是目前还没有海豚形叶片应用到汽轮机中的报道。
2.子午通道优化技术
由于汽轮机高压级静叶栅前后压差较大，为满足其刚度和强度要求，高压级静叶设计地通常较厚，但厚叶片端部二次流损失严重。为解决这一问题，目前工程实际中多采用上端壁收缩的方法。气流通道的减小使得叶栅尾部气流速度增加，从而阻滞了附面层的加厚与分离，提高了汽轮机效率。扩缩型动叶与普通动叶相比，仅叶型的内弧有所改动。使原来收缩形通道先扩后缩，通道前端的渐扩减小了叶栅表面的横向压力梯度；后半段的收缩使叶栅内气流加速，出口附面层减薄，减小端部二次流强度。实验证明，采用扩缩型叶片的端部损失最大下降9%，总损失减小3%。Duden A，Raab I采用子午扩张及叶片倾斜的方式，使动叶叶栅损失减少了26%。
3.弯扭联合成型技术
随着叶轮机械功率需求的增加，使得叶栅二次流损失在叶栅损失中的比重增大，叶栅二次流问题的研究也日趋重要。王仲奇院士及导师在正、负倾斜叶片实验结果的基础上提出了叶片两端均为正倾斜的正弯叶片，可使叶片两端的能量损失同时下降，形成弯扭联合气动成型理论。之后王院士又提出最佳倾斜角和叶片倾斜面的概念。“侧型面”概念的提出，实现了严格意义上的叶片三维成型，建立了叶片弯扭联合气动成型的新设计方法。之后，研究发现静叶的最佳倾角在15°～25°之间，由于强度限制，动叶采用弯叶片时最佳倾角比较小，一般在5°～15°之间，有时甚至是负值。
三、300MW机组汽轮机流通改造采用的相关技术措施。
1.高压缸技术
改造前汽轮机组是一台单轴冲动式四缸四排汽机组，由一只单流高压缸、一只单流中压缸和二只双流低压缸组成。机组的给水回热系统由三级高压加热器、一级除氧器和四级低压加热器组成。Parsons公司提出的改造方案为更换单流高压缸以及二只双流低压缸的流通部分，包括转子、动叶片和隔板，改造前轴承座和中轴承座台板滑动面结构。改后的高压缸部件包括一级冲动式调节级和13级反动度为50％的反动级。
改造后高压内外缸采用内置式疏水结构，调节级和内外缸疏水均按设置在缸内的通道流动，最后流向高压缸末端底部的排汽口处，经高压缸排汽逆止门前疏水口排出。这样的没计可以简化系统、提高机组经济性，减少运行操作。
动叶片叶顶汽封为交错式的径向汽封，由动叶自带叶冠上的尖齿与装于内缸被圆柱弹簧支承的弹性网复式扇形径向汽封环组成。汽缸静叶片汽封同样为交错式的径向齿汽封。汽封环装于静叶片围带的T形槽内，利用汽封环背部的拱形弹簧片定位。汽封齿与转子之间保持着所要求的径向间隙，按设计图纸要求，第1～7级该径向间隙为0.6~0.73mm；第8～13级为0.4-0.53mm。
2.低压缸技术
低压缸流通部分仍由4x6级组成。低压转子由原来焊接改为整锻结构。前5级动叶片叶根采用四种不同规格尺寸的叉形叶根。为确保叶片有良好的振动特性并减少泄漏汽损失，叶项采用了铆接围带的结构。叶顶与隔板外环间采用蜂窝式汽封。末级动叶片采用高扭转设计，叶顶为铰接式斜撑连续连接。该连接结构是Parsons公司的专利，主要用于控制叶片的振动。末叶片的进汽顶部焊有与叶型相吻合的成型史太立合金，保护叶片防止水蚀。
改造后低压流通部分全部采用帕森斯公司三元流计算机程序优化叶片型线。所有低压静叶均为扭转叶片，末级静叶为马刀型叶片。末级叶片由根部到顶部的叶型安装角变化很大，初始安装重心偏离径向线。汽轮机运行时叶片在离心力的作用下向径向线靠拢，产生扭转恢复。其结果是在叶片进、出气边上产生压应力，在中部产生拉应力。改造后的末级叶片，每级104只。根部的反动度+18％左右。为使反动度沿径向分御比较均匀，静叶采用马刀形的弯曲叶片设计，降低了反动度沿径向的梯度分布。
3.高效叶栅技术
从气动力学的观点分析，汽轮机内部流动是三维、可压缩、有粘性、亚音速或跨音速、单相或多相的复杂流动过程。早期国产汽轮机的叶栅设计水平不高，叶栅流通损失大，效率低。改造中引入许多近年来发展的新技术，为提高改造机组流通效率作出重要贡献。
上述改进叶型的性能已在叶栅实验和多级模型蒸汽轮机实验中作了证实，后来进一步经剑桥大学Whittle实验室验证，并通过在役汽轮机的现场试验。改造机组的高压缸叶片预期有很高的效率，因为良好的展弦比使二次流损失减至最小，并有助于减少上、下叶顶的漏汽损失，从而提高汽轮机的效率。
四、优化效果
采用子午收缩静叶栅可以在流道曲率最大的地方减小横向压力梯度，从而减小叶栅的二次流损失；同时还可以在斜切部分增加流道的收敛度，以减薄出汽边背弧的附面层厚度，把汽流挤向叶片根部。据报道，调节级喷嘴采用子午收缩型线，可降低静叶栅次流损失20％～25％，提高调节级效率1.5％～2.0％；
采用后加载葉片型线，减小二次流损失。改造后这样不仅推迟了转捩的发生，降低叶型损失，而且削弱了三维通道的二次流损失，大幅降低三维总损失，使叶栅的总损失下降20％～30％，同时还可以在来流的攻角变化范围（±20°）内，总损失保持基本不变，保证变工况性能良好。
采用分流叶栅，降低流动损失。改造后第Ⅰ压力级隔板的相对内效率可提高4％以上。调整叶片反动度，减小漏汽损失。本次改造，通过调整叶片的反动度使叶片根部反动度接近于零；叶片前后的压差，防止蒸汽从动叶不进汽的弧段泄漏，还可以减小叶片顶部的漏汽损失；。
改造后的机组运行情况良好，在机组启动升速、跨越临界转速、超速试验、并网、升降负荷、变工况运行、抗扰动能力以及自动主汽门和调节汽门活动等试验方面，都显示了液压调节系统无可比拟的优越性，可合理分配供热、发电能量，即时跟踪热电负荷，使机组调节到热电联产较佳工况，实现机组的高效经济运行；并具有在线检修维护、调试方便快捷等优点，达到了良好的预期效果，提升汽轮机运行的安全可靠性。
五、结束语
总之，要想提高电厂的生产效率，对汽轮机进行流通部分的优化是一个重要的举措。只有降低煤耗率，以最为合理的用煤量创造尽可能多的发电量，是未来节约型社会所要求的。
参考文献：
[1] 孙奇，李军，孔祥林等.后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究[J].西安交通大学学报.2010.41（01）：23-27.
[2] 赵杰，付昶，朱立彤.300 MW等级汽轮机流通部分改造综述[J].热力透平.2011.40（01）：39-42.
【关键词】300MW汽轮机；流通部分；优化
中图分类号：TK269文献标识码： A
一、前言
衡量一个电厂能量消耗率的评定标准，便是用煤量和电能消耗。对汽轮机流通部分进行进一步的优化，有助于让电厂的生产效率得到提高，实现科学节能的目的。
二、汽轮机流通性能的改进与优化
目前，世界各国在汽轮机流通性能改进与优化的研究方向主要有：高效率新叶型的开发、弯扭联合成型技术、子午通道优化技术、新型汽封的开发以及高效进气室和排气缸的研制等。
1.新叶型的开发
迄今为止，各国学者和研究人员在高效率新叶型的开发和应用上做了大量的工作。1977年Marchal P和Sicverding C H首先提出“后加载叶型”的概念，他们指出与传统透平叶栅速度分布相比，后加载叶栅可以有效地推迟速度转捩的发生、减小转捩区范围，降低叶型损失。孙奇等对后加载叶型和高负荷前加载叶型分别进行了环形和平面叶栅吹风实验。结果表明，前加载叶型采用弯曲量大的设计方案可以减少端部二次流，后加载叶型具有很好的变工况气动性能。东方汽轮机厂对300MW汽轮机进行改造发现，采用高效后加载层流叶型后，高、中压级型损相对值分别减小25%、23%，级效率分别提高1%；低压级型损减小20%。
俄罗斯的学者提出了一种能减小叶栅端部损失的海豚形叶片。陶正良等将海豚形叶片和TC-1A型短叶片进行了比较，从理论上解释了海豚形叶片能够降低叶栅端部损失的原因。但是目前还没有海豚形叶片应用到汽轮机中的报道。
2.子午通道优化技术
由于汽轮机高压级静叶栅前后压差较大，为满足其刚度和强度要求，高压级静叶设计地通常较厚，但厚叶片端部二次流损失严重。为解决这一问题，目前工程实际中多采用上端壁收缩的方法。气流通道的减小使得叶栅尾部气流速度增加，从而阻滞了附面层的加厚与分离，提高了汽轮机效率。扩缩型动叶与普通动叶相比，仅叶型的内弧有所改动。使原来收缩形通道先扩后缩，通道前端的渐扩减小了叶栅表面的横向压力梯度；后半段的收缩使叶栅内气流加速，出口附面层减薄，减小端部二次流强度。实验证明，采用扩缩型叶片的端部损失最大下降9%，总损失减小3%。Duden A，Raab I采用子午扩张及叶片倾斜的方式，使动叶叶栅损失减少了26%。
3.弯扭联合成型技术
随着叶轮机械功率需求的增加，使得叶栅二次流损失在叶栅损失中的比重增大，叶栅二次流问题的研究也日趋重要。王仲奇院士及导师在正、负倾斜叶片实验结果的基础上提出了叶片两端均为正倾斜的正弯叶片，可使叶片两端的能量损失同时下降，形成弯扭联合气动成型理论。之后王院士又提出最佳倾斜角和叶片倾斜面的概念。“侧型面”概念的提出，实现了严格意义上的叶片三维成型，建立了叶片弯扭联合气动成型的新设计方法。之后，研究发现静叶的最佳倾角在15°～25°之间，由于强度限制，动叶采用弯叶片时最佳倾角比较小，一般在5°～15°之间，有时甚至是负值。
三、300MW机组汽轮机流通改造采用的相关技术措施。
1.高压缸技术
改造前汽轮机组是一台单轴冲动式四缸四排汽机组，由一只单流高压缸、一只单流中压缸和二只双流低压缸组成。机组的给水回热系统由三级高压加热器、一级除氧器和四级低压加热器组成。Parsons公司提出的改造方案为更换单流高压缸以及二只双流低压缸的流通部分，包括转子、动叶片和隔板，改造前轴承座和中轴承座台板滑动面结构。改后的高压缸部件包括一级冲动式调节级和13级反动度为50％的反动级。
改造后高压内外缸采用内置式疏水结构，调节级和内外缸疏水均按设置在缸内的通道流动，最后流向高压缸末端底部的排汽口处，经高压缸排汽逆止门前疏水口排出。这样的没计可以简化系统、提高机组经济性，减少运行操作。
动叶片叶顶汽封为交错式的径向汽封，由动叶自带叶冠上的尖齿与装于内缸被圆柱弹簧支承的弹性网复式扇形径向汽封环组成。汽缸静叶片汽封同样为交错式的径向齿汽封。汽封环装于静叶片围带的T形槽内，利用汽封环背部的拱形弹簧片定位。汽封齿与转子之间保持着所要求的径向间隙，按设计图纸要求，第1～7级该径向间隙为0.6~0.73mm；第8～13级为0.4-0.53mm。
2.低压缸技术
低压缸流通部分仍由4x6级组成。低压转子由原来焊接改为整锻结构。前5级动叶片叶根采用四种不同规格尺寸的叉形叶根。为确保叶片有良好的振动特性并减少泄漏汽损失，叶项采用了铆接围带的结构。叶顶与隔板外环间采用蜂窝式汽封。末级动叶片采用高扭转设计，叶顶为铰接式斜撑连续连接。该连接结构是Parsons公司的专利，主要用于控制叶片的振动。末叶片的进汽顶部焊有与叶型相吻合的成型史太立合金，保护叶片防止水蚀。
改造后低压流通部分全部采用帕森斯公司三元流计算机程序优化叶片型线。所有低压静叶均为扭转叶片，末级静叶为马刀型叶片。末级叶片由根部到顶部的叶型安装角变化很大，初始安装重心偏离径向线。汽轮机运行时叶片在离心力的作用下向径向线靠拢，产生扭转恢复。其结果是在叶片进、出气边上产生压应力，在中部产生拉应力。改造后的末级叶片，每级104只。根部的反动度+18％左右。为使反动度沿径向分御比较均匀，静叶采用马刀形的弯曲叶片设计，降低了反动度沿径向的梯度分布。
3.高效叶栅技术
从气动力学的观点分析，汽轮机内部流动是三维、可压缩、有粘性、亚音速或跨音速、单相或多相的复杂流动过程。早期国产汽轮机的叶栅设计水平不高，叶栅流通损失大，效率低。改造中引入许多近年来发展的新技术，为提高改造机组流通效率作出重要贡献。
上述改进叶型的性能已在叶栅实验和多级模型蒸汽轮机实验中作了证实，后来进一步经剑桥大学Whittle实验室验证，并通过在役汽轮机的现场试验。改造机组的高压缸叶片预期有很高的效率，因为良好的展弦比使二次流损失减至最小，并有助于减少上、下叶顶的漏汽损失，从而提高汽轮机的效率。
四、优化效果
采用子午收缩静叶栅可以在流道曲率最大的地方减小横向压力梯度，从而减小叶栅的二次流损失；同时还可以在斜切部分增加流道的收敛度，以减薄出汽边背弧的附面层厚度，把汽流挤向叶片根部。据报道，调节级喷嘴采用子午收缩型线，可降低静叶栅次流损失20％～25％，提高调节级效率1.5％～2.0％；
采用后加载葉片型线，减小二次流损失。改造后这样不仅推迟了转捩的发生，降低叶型损失，而且削弱了三维通道的二次流损失，大幅降低三维总损失，使叶栅的总损失下降20％～30％，同时还可以在来流的攻角变化范围（±20°）内，总损失保持基本不变，保证变工况性能良好。
采用分流叶栅，降低流动损失。改造后第Ⅰ压力级隔板的相对内效率可提高4％以上。调整叶片反动度，减小漏汽损失。本次改造，通过调整叶片的反动度使叶片根部反动度接近于零；叶片前后的压差，防止蒸汽从动叶不进汽的弧段泄漏，还可以减小叶片顶部的漏汽损失；。
改造后的机组运行情况良好，在机组启动升速、跨越临界转速、超速试验、并网、升降负荷、变工况运行、抗扰动能力以及自动主汽门和调节汽门活动等试验方面，都显示了液压调节系统无可比拟的优越性，可合理分配供热、发电能量，即时跟踪热电负荷，使机组调节到热电联产较佳工况，实现机组的高效经济运行；并具有在线检修维护、调试方便快捷等优点，达到了良好的预期效果，提升汽轮机运行的安全可靠性。
五、结束语
总之，要想提高电厂的生产效率，对汽轮机进行流通部分的优化是一个重要的举措。只有降低煤耗率，以最为合理的用煤量创造尽可能多的发电量，是未来节约型社会所要求的。
参考文献：
[1] 孙奇，李军，孔祥林等.后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究[J].西安交通大学学报.2010.41（01）：23-27.
[2] 赵杰，付昶，朱立彤.300 MW等级汽轮机流通部分改造综述[J].热力透平.2011.40（01）：39-42.