[发明专利]特性改善的低压尾端叶片

说明书

本发明涉及汽轮机，更具体地涉及在不同排汽压力及不同质量流量时获得最佳特性的方法，而无需不同尺寸的汽轮机末级叶片。

多年来满足电力公司需要的传统方式是制造更大容量的机组，这要求增大排汽环形面积，环形面积约以25%的级差递增。按此方式，所设计的单个双流排汽结构可以取代总排汽环形面积相同的具有两个双流低压汽轮机的老设计。由于技术进步，新设计较老设计性能优越。

最近几年，市场强调更换运行中机组的叶片，以延长寿命并取得改善热力性能的效益（出力和热耗率二者），以及改善可靠性和延缓设备的老化。此外，现在市场要求改进现今设计使之有更高的可靠性，更低的热耗率及更大的灵活性。如果新设计可用于旧有的对应部分的改造并且在多种应用场合都是最佳结构，则在工程和制造资源两方面都能获得显著的经济性。

汽轮机的后面几级由于其长度而产生汽轮机总功率中的大部分，因此对改善热耗率具有最大的潜力。汽轮机末级运行于变化的压比中，故这个级的设计是极端复杂的。只有汽轮机的第一级，假如是部分弧段进汽的话，才会经受可以与之相比的运行工况变化。除末级外，上几级汽轮机低压级也可能经受运行工况的变化，其原因为：（1）所带负荷与额定负荷的差异;（2）电厂设计排汽压力的不同和与设计值的偏差，（3）汽轮机结构不同引起的排汽缸特性差异，（4）因热力循环蒸汽状态改变和循环的改变引起的低压进汽状态改变，（5）抽汽点位置，（6）运行负荷曲线（带基本负荷或调峰），以及（7）分区或多压凝汽器相对于不分区或单一压力凝汽器的使用。

除压力最低的给水加热器以外，全部加热器的抽汽流量都与机组调速汽门进汽流量的变化成线性并成正比例，而最低压力加热器抽汽流量变化率比调速汽门进汽量大，且还随凝汽器压力而变化。这就使下一级的进口角改变而对紧靠抽汽点的前一级的特性影响较小。

由于汽轮机的最后几级是调频、变截面、扭转叶片，带有选择性更高的进口角，因此上述七项因素对级特性有更大的影响。

图1表明尾端负荷对一台典型的汽轮机末级静叶进口角的影响。此图的纵座标是“冲撞（incidence）”角，而横座标是叶片高度，图中绘出了两种不同的尾端负荷数值;一种是6000磅/小时/英尺²（＝29300Kg/hr/m²），另一种是11500磅/小时/英尺²（＝56100Kg/hr/m²）。虚线代表予计值而阴影面积代表实测值的范围。冲撞角是入口处叶片与流体角度之差。请注意，在满负荷时冲撞角在予期设计值上下变化而在部分负荷时冲撞角则偏离予期角度。上一级静叶片冲撞角也发现有类似变化但程度较小。

汽轮机在抽汽布置和标准叶片通流比方面有许多变化。L-2静叶片通流比之间的很多差别涉及到非再热与再热的使用。而且三排汽结构的单流部套抽汽布置是不同的，但叶片与双流部套相同。在三排汽系统中，两种流道（单流或双流）只有一种从冲撞角来说是匹配的。

假设双流低压汽轮机在给定的排汽压力下带有单压凝汽器以最高效率运行，而且假设将凝汽器更换为双区多压而表面积相同的凝汽器，则双流部套一端的压力将升高而另一端的压力将降低。这样虽然由于采用分区凝汽器而使凝汽器平均压力较低导致热耗率有所改善，但两端都不在最高效率运行。具有较低排汽压力的一端需有较大的流通面积而较高排汽压力的一端需有较小的流通面积。先有的研究已表明，采用最佳的分区凝汽器其总排汽面积等于或稍小于不分区凝汽器的总通流面积。这样一种系统的通常优化方法是为分区双流低压部套的每一半选用不同尺寸的末级叶片。其结果是为取得最佳性能而使叶片尺寸分散度增大。

本发明的主要目的是提供一种不改变低压汽轮机段末级叶片尺寸来改善汽轮机效率的方法。

考虑到这样的目的，本发明属于用末级叶片流通面积匹配凝汽器压力而不改变叶片尺寸和形状，从而优化汽轮机的热力特性的方法，其特征是调整叶片角度方向以将通流比整定到凝汽器压力下的最佳值。

叶栅通流（喉部）面积和叶片环形面积一样，决定着叶片的性能。通流面积与环形面积之比称为通流比，它是叶片出口面积的尺度。通流比g是叶片出口角的正弦，也是叶片在渐缩（非扩散）流道处喉口与叶片节距之比。

照此，同样的通流面积可通过使用有较大通流比的给定叶片，或通过使用通流比较小而尺寸稍大的叶片来得到。事实上可以用改变叶列出口角来实现叶栅面积的重大改变。例如出口角30°的叶片通流比为0.500，旋转±2°时通流比变化范围是0.467到0.530，变化14%。