汽輪機通流部分的初步研究

梁超++郜寧++郭磊++劉偉

摘 要：本文首先介紹了汽輪機通流部分粗糙的原因以及其對機組功率和效率的影響，在弗留格爾公式的基礎上，提出了汽輪機級組特征通流面積的觀點，給出了簡單的理論推導，進而將級組特征通流面積應用于電廠工作中的許多方面。

關鍵詞：汽輪機；通流部分；通流面積

中圖分類號：TK262 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0065-01

0 引言

在火力發電廠的運行事故中，由汽輪機通流部分故障引發的停機停爐事故不容忽視。汽輪機通流部分是汽輪機不可或缺的核心部分，它在運行時候的狀態直接關系到汽輪機的安全和經濟性。研究汽輪機通流部分，對維護汽輪機組安全以及經濟運行具有重要意義。

機組負荷受電網負荷和頻率的波動而波動，頻繁的負荷變化勢必造成蒸汽溫度的變化，進而使汽輪機轉子等部件因受頻繁熱應力作用而壽命降低。此外，當葉片上有鹽沉積時，會導致蒸汽流道形狀的改變和葉片表面光潔度的變差，這將使機組相對內效率降低，整個發電廠熱經濟性下降。這種情況如不及時處理，嚴重時會損壞推力軸承，降低發電功率。根據電廠運行經驗總結，汽輪機通流部分常見故障種類包括動靜葉片的結垢與腐蝕、磨損、斷裂、脫落等。上述故障都會危及汽輪機的安全運行，故應引起高度重視。以汽輪機通流部分面積變化來分類，通流部分故障可以分為兩類：一類是通流部分面積變小，如結垢、堵塞等故障；一類是使通流部分面積變大的故障，如葉片斷裂、腐蝕等故障。還有一種分類方法是以引發機組危害的緊急緩慢來分，可以分為突變型故障和漸變型故障。突變型故障具有緊急性，若處理不當，會導致機毀人亡的嚴重后果；漸變型故障一般不易發現，其可以導致機組功率的降低和相對內效率的下降。因此研究汽輪機通流部分故障，對增強機組經濟性，保障設備和運行人員安全具有重要意義[1]。

1 汽輪機通流部分粗糙的因素

汽輪機通流部分在機組中是蒸汽流過而且做功的部分，這包括汽封裝置、靜/動葉片、噴嘴、隔板等。而對汽輪機本體而言，這些裝置又有著非常重要的作用，因此其性能會對汽輪機通流部分的功率和效率有著直接的影響。通常造成汽輪機通流部分表面變粗糙包括以下幾種原因：通流部分表面結垢、腐蝕、固體顆粒沖蝕、外物沖擊以及噴鋼砂處理等。

2 通流部分表面變粗糙后對機組功率和效率的影響

汽輪機通流部分各級的參數會隨著表面粗糙度的變化而變化，當這些參數發生改變時級的速度也會相應的變化，這就使得不能保持最佳速度比。由汽輪機級的工作原理可得：噴嘴損失、動葉損失是關系能量轉換的重要因素，而速度比（輪周速度與噴嘴出口汽流速度之比）又是影響這兩個損失的重要參數。各項損失如噴嘴損失、動葉損失、余速損失和撞擊損失會隨速度比的變化發生變化，而級內損失的恢復能力又會隨輪周效率的降低而降低。研究結果表明，通流部分表面越粗糙，級后壓力變化反而不大，但級后溫度卻會變大，級后蒸汽的比熱容也會相應的有所增加，這對葉輪摩擦損失的影響不是很大。

3 汽輪機級組特征通流面積

為解決汽輪機中性能的相關問題，這里對反映通流能力的表達式進行了簡單的推導，表示為“特征通流面積”（簡稱CFA）。研究表明CFA在工程應用中有著實際的作用，如對機組性能檔案的組建，實時監測和診斷機組的運行狀態等。

首先應用CFA可以解決性能偏離的問題；其次可利用特征通流面積來組建汽輪機機組的熱力性能檔案，實踐表明：許多機組的運行參數和設計值相差比較大，有的能達到2%以上。而通過汽輪機特征通流面積組建的熱力性能數據即為精確熱力性能檔案，它可應用于變工況計算、運行監測和診斷和性能分析等多方面；因為在任何工況下CFA都可保持常數，所以可以將其應用于汽輪機的運行監測與診斷中。在機組運行的時候，當級段效率受到某種因素的影響時，CFA也會受到一定的影響：汽缸中分面漏汽，級段后閥門非正常開度等。若某段CFA發生超限變化，則表示該級段出現一定的問題，即可分析相關數據，找出解決問題的辦法。

4 結論及展望

汽輪機通流部分的工作狀況直接關乎機組的安全性和經濟性，因此研究通流部分，對提高系統安全性有著實際的意義。本文首先介紹了汽輪機通流部分粗糙的形成原因以及表面粗糙對汽輪機效率和功率的影響，其次以弗留格爾公式為基礎推導出汽輪機的特征通流面積，進而將其應用于生產中的許多方面，有利于增強汽輪機通流部分的運行效率和安全性。

參考文獻

[1]欒忠興，李勇，薛彥光，等.汽輪機靜葉柵二次流損失的數值研究[J].東北電力大學學報，2012，32（3）：43-47.