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摘 要 大型空冷汽轮机在运行的过程中，环境温度变化对排汽温度和背压都有一定影响。在这一特点基础上，本文首先从高阻尼结构末级叶片和落地式低压缸两个角度出发，对大型空冷汽轮机关键技术及解决策略展开了探讨，希望为大型空冷汽轮机的长期安全稳定运行奠定良好的基础。
关键词 大型空冷汽轮机；关键技术；解决策略
中图分类号 TH11 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0112-01
1 高阻尼结构末级叶片
1.1 提升空冷专用末级叶片全工况安全性措施
要想促使空冷汽轮机在运行的过程中呈现出较强的安全性，必须保证所开发的空冷专用末级叶片拥有更高的阻尼，从而促使动应力在作用于叶片当中时有效减少，保证安全运行在末级长叶片中得以实现。
在对空冷专用末级叶片进行制作的过程中，必须保证其能够对容积流量剧烈变化进行承受，因此实际设计中的途径包含以下几点：高阻尼连接结构应有凸台拉筋或自带围带、自带围带、凸台套筒拉筋等构成，在面对离心力时，应保证叶片在有效扭转的情况下进行整圈连接，此时单纯性成为叶片振动的主要特性，能够促使响应振型数有效减少[1]。同时一定的摩擦以及接触会在凸台拉筋和围带之间产生，对其进行应用，能够促使结构阻尼有效增加，同时动应力在叶片中将有所减少。
末级叶片在使用的过程中应足够强壮，针对湿冷叶片同空冷末级叶片的根部轴向宽度，后者长度应是前者的1.6—2.0倍。在对这一设计进行应用的过程中，刚性在末级叶片中有效提升，同时叶片蒸汽弯应力得到了降低；叶片阻尼有所增强。
在对反动度进行有效控制的过程中，能够促进末级叶片变工况能力和根部反动度控制级的提升。针对末级叶片根部反动度设计来讲，空冷机组的要求相对特别，必须产生偏高的反动度[2]。如果反动度在冬季工况背压降低时而有所提升，将明显提升蒸汽弯应力和根部流动损失，如果拥有偏低的根部反动度，夏季不断升高的工况背压，会导致叶片根部提前进入负反动度区，形成回流和流动分离，造成严重的流动损失。
因此在实际设计的过程中，应对静叶为复合弯扭叶片进行充分的应用，在对反动度沿叶高的分布进行控制的过程中对动叶沿叶高反扭法进行充分的应用。
1.2 提升空冷专用末级叶片全工况经济性措施
在空冷机组变工况特点的基础上，将全三维数值模拟应用到末级动叶各典型工况中，从而对运行过程中的变工况流动现象进行全面分析，并详细研究了高背压产生流动分离基础上的颤振机理。
当背压升高是机组的运行状态时，快速降低的现象会在末级动叶出口速度中形成，促使其运行在负攻角偏大的情况下，此时严重流动分离现象会在末级动叶顶部形成，漩涡也会在动叶顶处产生[3]。此时损失在动叶顶部叶型中会越来越严重，交变应力会对叶片产生严重的影响，导致震颤现象在叶片中形成。在对工况进行设计的过程中，可以将一定的正攻角在叶片中部以上进行应用，从而实现对顶部叶型压力的延缓，减少流动分离现象发生的概率，此时漩涡强度在动叶顶部会有所降低，而整体变工况气动性能在叶片中也能够得到改善，促使安全性在叶片中运行过程中有效实现。
1.3 空冷专用末级叶片试验
叶片振动的过程中，必须全面掌握安全性以及振动的特点，尤其是小容积流量条件下，叶片振动是否能够具有较强的安全性至关重要。在展开研究的过程中，应确保正确的进行叶片气动设计，因此，流场试验和动应力试验对于叶片研究具有重要意义。
在对空冷机组实际运行工况进行模拟，并对动应力进行测试的过程中，可以对末三级模型透平试验进行应用，试验结果说明动应力小是新型高阻尼末级叶片的主要特点，由此也充分说明，我国在开发叶片的过程中取得了进步。从安全的角度来看，要想合理的设置末级叶片频率，出厂前必须对叶片进行作动调频试验。增加末级叶片长度，如果拥有明显的二阶频率响应，那么必须对工作频率进行避开处理[4]。在以往的处理过程中，为了促进一阶频率的提升、二阶频率降低，需要对围带重量减少的方法进行应用，但是这一方法并没有形成良好的调节效果，叶片频率无法达到安全性指标。而现阶段在对联结刚度进行调整的过程中，有效弥补了传统调整方法的缺陷。
2 落地式低压缸
在对轴承箱落地式结构低压缸进行开发的过程中，必须首先了解其特点：针对动静碰磨、低压缸漏汽等安全性问题，可以对落地式低压内缸进行研发和应用。原有低压内缸为一体化设计，需要在外缸中分面上进行支撑，通过外缸、内缸的变形来促使低压静子产生变形；同时，尺寸较大是低压内外缸的一个主要特点，在焊接的过程中，使用的钢板浇薄，因此拥有交叉的刚性。在空冷機组中应用这一设备，静子会因较高的排汽温度而产生较大的变形，最终形成动静碰磨，这就给机组运行的安全性带来了严重的威胁[5]。
要想高效处理以上问题，应将落地式结构应用于低压内缸设计中，而传统的双层结构应被单层结构所取代，从而生成较强的刚性。在对有限元计算进行应用的过程中，内缸中不同部位的应变能力以及应力都可以得到充分的反映，说明整体结构设计具有较强的合理性。在对有限元分析进行充分应用的背景下得出，低压缸的变形在轴向、水平以及竖向方向上相对较小，说明设备符合运行要求。
另外，在对成功落地式低压轴承箱进行研制的过程中，促使稳定性在轴系中有所提升。由于变化快且排汽温度高是空冷机组运行过程中的主要特点，要想减小轴承座受低压外缸变形的影响，应彻底分离低压外缸和轴承座，实现基础上的单独支撑[6]。此时一定程度上提升了轴承座垂直支撑刚性，同时排汽温度变化、真空变化等对轴承标高的影响也越来越小，全工况条件下轴系始终保持较强的稳定性。
动静间隙碰磨是由于静子与转子不同心而产生的，低压端汽封被空冷机组设计为支撑在轴承座上。由于落地是轴承座的特点，因此排汽温度变化不会对中心标高产生影响，因此排汽温度变化不会导致低压端汽封中心发生改变。然而，排汽温度变化会对低压外缸产生影响，促使其发生形变，在将波纹管加装到外缸和端汽封之间时，能够实现柔性连接，促使垂直以及轴向热差胀上产生的位移得到补偿。而转子同端汽封始终处于同心的状态，因此可以形成良好的密封性。
3 结论
综上所述，在提升叶片阻尼和刚度的基础上，能够促使叶片在运行的过程中，受到的振荡减少，同时，在对一阶和二阶频率进行调整的过程中，对连结刚度调整法进行了充分的应用。在此基础上，高阻尼结构末级长叶片得到了开发和应用，为大型空冷汽轮机实现长期稳定运行奠定了良好的基础。另外，对落地式轴承、和落地式低压缸的设计，符合环境温度变化对排汽温度和背压影响的大型空冷汽轮机特点，更可以转变低压内缸严重变形的现象。
参考文献
[1]陈洪溪，薛沐睿.大型空冷汽轮机低压排汽缸几何尺寸对气动性能的影响[J].动力工程，2015，23（6）：2740-2743.
[2]周显丁，曹守洪，王顺德，等.3000r/min大型空冷汽轮机新型863mm末级叶片开发设计及应用验证[J].东方汽轮机，2015（1）：16-19.
[3]张杜峰，关晓磊.汽轮机低压排汽缸排汽压力的变化对汽轮机运行的影响[J].科技与企业，2014（13）：409.
[4]史进渊，杨宇，孙庆，等.超临界和超超临界空冷汽轮机的技术方案及设计准则[J].动力工程，2017，27（6）：825-830，855.
[5]周惠文，沈国平，王伟，等.大型亚临界空冷汽轮机高中压部分设计特点[J].热力透平，2016，35（2）：83-86，107.
[6]张军辉，叶春.超临界空冷汽轮机大型低压外缸结构优化设计[J].热力透平，2016，37（3）：166-167，191.
关键词 大型空冷汽轮机；关键技术；解决策略
中图分类号 TH11 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0112-01
1 高阻尼结构末级叶片
1.1 提升空冷专用末级叶片全工况安全性措施
要想促使空冷汽轮机在运行的过程中呈现出较强的安全性，必须保证所开发的空冷专用末级叶片拥有更高的阻尼，从而促使动应力在作用于叶片当中时有效减少，保证安全运行在末级长叶片中得以实现。
在对空冷专用末级叶片进行制作的过程中，必须保证其能够对容积流量剧烈变化进行承受，因此实际设计中的途径包含以下几点：高阻尼连接结构应有凸台拉筋或自带围带、自带围带、凸台套筒拉筋等构成，在面对离心力时，应保证叶片在有效扭转的情况下进行整圈连接，此时单纯性成为叶片振动的主要特性，能够促使响应振型数有效减少[1]。同时一定的摩擦以及接触会在凸台拉筋和围带之间产生，对其进行应用，能够促使结构阻尼有效增加，同时动应力在叶片中将有所减少。
末级叶片在使用的过程中应足够强壮，针对湿冷叶片同空冷末级叶片的根部轴向宽度，后者长度应是前者的1.6—2.0倍。在对这一设计进行应用的过程中，刚性在末级叶片中有效提升，同时叶片蒸汽弯应力得到了降低；叶片阻尼有所增强。
在对反动度进行有效控制的过程中，能够促进末级叶片变工况能力和根部反动度控制级的提升。针对末级叶片根部反动度设计来讲，空冷机组的要求相对特别，必须产生偏高的反动度[2]。如果反动度在冬季工况背压降低时而有所提升，将明显提升蒸汽弯应力和根部流动损失，如果拥有偏低的根部反动度，夏季不断升高的工况背压，会导致叶片根部提前进入负反动度区，形成回流和流动分离，造成严重的流动损失。
因此在实际设计的过程中，应对静叶为复合弯扭叶片进行充分的应用，在对反动度沿叶高的分布进行控制的过程中对动叶沿叶高反扭法进行充分的应用。
1.2 提升空冷专用末级叶片全工况经济性措施
在空冷机组变工况特点的基础上，将全三维数值模拟应用到末级动叶各典型工况中，从而对运行过程中的变工况流动现象进行全面分析，并详细研究了高背压产生流动分离基础上的颤振机理。
当背压升高是机组的运行状态时，快速降低的现象会在末级动叶出口速度中形成，促使其运行在负攻角偏大的情况下，此时严重流动分离现象会在末级动叶顶部形成，漩涡也会在动叶顶处产生[3]。此时损失在动叶顶部叶型中会越来越严重，交变应力会对叶片产生严重的影响，导致震颤现象在叶片中形成。在对工况进行设计的过程中，可以将一定的正攻角在叶片中部以上进行应用，从而实现对顶部叶型压力的延缓，减少流动分离现象发生的概率，此时漩涡强度在动叶顶部会有所降低，而整体变工况气动性能在叶片中也能够得到改善，促使安全性在叶片中运行过程中有效实现。
1.3 空冷专用末级叶片试验
叶片振动的过程中，必须全面掌握安全性以及振动的特点，尤其是小容积流量条件下，叶片振动是否能够具有较强的安全性至关重要。在展开研究的过程中，应确保正确的进行叶片气动设计，因此，流场试验和动应力试验对于叶片研究具有重要意义。
在对空冷机组实际运行工况进行模拟，并对动应力进行测试的过程中，可以对末三级模型透平试验进行应用，试验结果说明动应力小是新型高阻尼末级叶片的主要特点，由此也充分说明，我国在开发叶片的过程中取得了进步。从安全的角度来看，要想合理的设置末级叶片频率，出厂前必须对叶片进行作动调频试验。增加末级叶片长度，如果拥有明显的二阶频率响应，那么必须对工作频率进行避开处理[4]。在以往的处理过程中，为了促进一阶频率的提升、二阶频率降低，需要对围带重量减少的方法进行应用，但是这一方法并没有形成良好的调节效果，叶片频率无法达到安全性指标。而现阶段在对联结刚度进行调整的过程中，有效弥补了传统调整方法的缺陷。
2 落地式低压缸
在对轴承箱落地式结构低压缸进行开发的过程中，必须首先了解其特点：针对动静碰磨、低压缸漏汽等安全性问题，可以对落地式低压内缸进行研发和应用。原有低压内缸为一体化设计，需要在外缸中分面上进行支撑，通过外缸、内缸的变形来促使低压静子产生变形；同时，尺寸较大是低压内外缸的一个主要特点，在焊接的过程中，使用的钢板浇薄，因此拥有交叉的刚性。在空冷機组中应用这一设备，静子会因较高的排汽温度而产生较大的变形，最终形成动静碰磨，这就给机组运行的安全性带来了严重的威胁[5]。
要想高效处理以上问题，应将落地式结构应用于低压内缸设计中，而传统的双层结构应被单层结构所取代，从而生成较强的刚性。在对有限元计算进行应用的过程中，内缸中不同部位的应变能力以及应力都可以得到充分的反映，说明整体结构设计具有较强的合理性。在对有限元分析进行充分应用的背景下得出，低压缸的变形在轴向、水平以及竖向方向上相对较小，说明设备符合运行要求。
另外，在对成功落地式低压轴承箱进行研制的过程中，促使稳定性在轴系中有所提升。由于变化快且排汽温度高是空冷机组运行过程中的主要特点，要想减小轴承座受低压外缸变形的影响，应彻底分离低压外缸和轴承座，实现基础上的单独支撑[6]。此时一定程度上提升了轴承座垂直支撑刚性，同时排汽温度变化、真空变化等对轴承标高的影响也越来越小，全工况条件下轴系始终保持较强的稳定性。
动静间隙碰磨是由于静子与转子不同心而产生的，低压端汽封被空冷机组设计为支撑在轴承座上。由于落地是轴承座的特点，因此排汽温度变化不会对中心标高产生影响，因此排汽温度变化不会导致低压端汽封中心发生改变。然而，排汽温度变化会对低压外缸产生影响，促使其发生形变，在将波纹管加装到外缸和端汽封之间时，能够实现柔性连接，促使垂直以及轴向热差胀上产生的位移得到补偿。而转子同端汽封始终处于同心的状态，因此可以形成良好的密封性。
3 结论
综上所述，在提升叶片阻尼和刚度的基础上，能够促使叶片在运行的过程中，受到的振荡减少，同时，在对一阶和二阶频率进行调整的过程中，对连结刚度调整法进行了充分的应用。在此基础上，高阻尼结构末级长叶片得到了开发和应用，为大型空冷汽轮机实现长期稳定运行奠定了良好的基础。另外，对落地式轴承、和落地式低压缸的设计，符合环境温度变化对排汽温度和背压影响的大型空冷汽轮机特点，更可以转变低压内缸严重变形的现象。
参考文献
[1]陈洪溪，薛沐睿.大型空冷汽轮机低压排汽缸几何尺寸对气动性能的影响[J].动力工程，2015，23（6）：2740-2743.
[2]周显丁，曹守洪，王顺德，等.3000r/min大型空冷汽轮机新型863mm末级叶片开发设计及应用验证[J].东方汽轮机，2015（1）：16-19.
[3]张杜峰，关晓磊.汽轮机低压排汽缸排汽压力的变化对汽轮机运行的影响[J].科技与企业，2014（13）：409.
[4]史进渊，杨宇，孙庆，等.超临界和超超临界空冷汽轮机的技术方案及设计准则[J].动力工程，2017，27（6）：825-830，855.
[5]周惠文，沈国平，王伟，等.大型亚临界空冷汽轮机高中压部分设计特点[J].热力透平，2016，35（2）：83-86，107.
[6]张军辉，叶春.超临界空冷汽轮机大型低压外缸结构优化设计[J].热力透平，2016，37（3）：166-167，191.