[发明专利]空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计及监控方法

说明书

本发明提供了一种空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计及监控方法，实现了空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能的优化改进和设计监控。如果空冷式高参数汽轮机的低压缸的性能与结构安全性的设计不合格，通过在设计阶段需要对末级动叶片、低压转子、低压汽缸等结构进行优化改进，使空冷式高参数汽轮机低压缸的性能与结构安全性处于受控状态，达到了通过结构改进与性能优化的设计监控方法及系统来控制与优化空冷式高参数汽轮机热力性能与结构安全性能的目的。本发明可用于在设计阶段设计空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能以及定量评定与优化改进空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能，保证空冷式高参数汽轮机低压缸的安全经济运行。

技术领域

本发明涉及一种空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计及监控方法，属于汽轮机技术领域。

背景技术

在缺水地区建设火力发电厂，需要采用空冷式高参数汽轮机，其技术特点是耗水量为湿冷发电机组的25％，节水效果十分显著。同进汽参数相同与功率相近的湿冷汽轮机相比，空冷式高参数汽轮机额定工况低压缸排汽压力高，空冷汽轮机低压缸排汽压力为10kPa至16kPa，是湿冷汽轮机低压缸的排汽压力(4.9kPa)的2至3倍。空冷式高参数汽轮机变工况低压缸的排汽压力变化范围大，低压缸的排汽压力的变化范围为6kPa至55kPa，是湿冷汽轮机低压缸的排汽压力的变化范围(4kPa至12kPa)的多倍。空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽压力每日随大气温度的不同而频繁变化，而湿冷汽轮机低压缸的排汽压力随季节性循环水温度的改变而缓慢变化。大气温度增加(或减少)1℃，空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽温度相应增加(或减少)1℃，采用间接空冷系统的排汽压力增加(或减少)0.6kPa-0.8kPa，采用直接空冷系统的排汽压力增加(或减少)1.2kPa-1.6kPa，可见空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽压力随大气温度变化十分频繁。

例如，设计大气温度为15℃，低压缸排汽采用间接空冷系统冷却时汽轮机排汽压力为10kPa，低压缸排汽采用直接空冷系统冷却时汽轮机排汽压力为16kPa。夏季晚上大气温度为25℃，低压缸排汽采用间接空冷系统冷却时汽轮机排汽压力为16kPa，低压缸排汽采用直接空冷系统冷却时汽轮机排汽压力为26kPa。夏季白天大气温度为35℃，低压缸排汽采用间接空冷系统冷却时汽轮机排汽压力为26kPa，低压缸排汽采用直接空冷系统冷却时汽轮机排汽压力为40kPa。可见，空冷式高参数汽轮机的排汽压力对大气温度的变化非常敏感，每日大气温度频繁变化将会引起汽轮机排汽压力频繁的大幅度变化。

在汽轮机高排汽压力低负荷时，由于排汽容积流量减小，低压缸末两级叶片产生大范围脱流和倒流，易发生长叶片颤振，过高的排汽压力威胁空冷式高参数汽轮机的安全运行。同样，在汽轮机起动、低负荷、停机、抽汽供热、甩负荷等小容积流量的恶劣工况下，过高的排汽压力严重威胁空冷式高参数汽轮机的安全运行。若空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计监控不当，会导致空冷式高参数汽轮机功率不足、效率下降、热耗率增大、动静碰磨、振动超标，影响空冷式高参数汽轮机的安全经济运行，工程上急需空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能的设计监控方法及系统。

申请人已经中请专利《一种空冷式汽轮机的低压缸》中请号201110430632.8，技术特征是涉及空冷式汽轮机低压内缸的隔热罩；东方电气集团东方汽轮机有限公司已经申请专利《空冷汽轮机的末级动叶片》申请号200910310155.4、《空冷汽轮机末级动叶片》申请号200810046067.3和《间接空冷末级动叶片》申请号201410262550.0，技术特征是涉及661mm、770mm、1030mm末级动叶片的安装角、截面积、弦长、不同截面最大厚度的变化规律；史进渊等在《动力工程》2007年第6期发表的论文“超临界和超超临界空冷汽轮机的技术方案及设计准则”，介绍了超临界和超超临界空冷汽轮机的技术方案、关键技术和安全设计准则，以及公开文献报道的空冷汽轮机末级动叶片与低压缸的研究论文，大多是对空冷汽轮机的产品介绍与参数分析，缺少空冷式高参数汽轮机低压缸的结构与性能设计监控方法及系统。

发明内容