王娟麗， 錢禹龍， 鐘主海， 王姍， 王松， 王鑫

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽， 618000）

1 前言

隨著汽輪機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步， 汽輪機(jī)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性越來越受到重視， 以往關(guān)注點(diǎn)在葉型和葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)， 目前汽輪機(jī)進(jìn)汽室的優(yōu)化也越來越受到重視[1-2]。為優(yōu)化某機(jī)組中壓進(jìn)汽室， 對(duì)比分析了軸向進(jìn)汽、 切向進(jìn)汽與不完全切向進(jìn)汽3 種進(jìn)汽室的性能以及對(duì)首級(jí)性能的影響。

2 模型及網(wǎng)格

為了評(píng)估切向進(jìn)汽性能及其對(duì)首級(jí)的影響，計(jì)算模型是進(jìn)汽室?guī)准?jí)整圈靜葉， 單只動(dòng)葉。 3種不同的進(jìn)汽室模型如圖1（a～c）所示， 進(jìn)汽室網(wǎng)格數(shù)約 444 萬個(gè)。 圖 1（d）為計(jì)算域模型（以軸向進(jìn)汽室為例）。 3 種計(jì)算模型的首級(jí)除了靜葉葉型不同外， 其他參數(shù)均相同， 首級(jí)均為斜置靜葉， 軸向進(jìn)汽首級(jí)靜葉為GHZ 葉型， 切向進(jìn)汽與不完全切向進(jìn)汽首級(jí)靜葉都使用謝崗（D150S）中壓首級(jí)切向進(jìn)汽葉型，動(dòng)葉統(tǒng)一使用謝崗（D150S）的中壓首級(jí)動(dòng)葉。

圖1 算例說明

3 邊界條件

計(jì)算邊界條件來自熱力數(shù)據(jù)， 具體邊界條件見表1。

表1 邊界條件

4 計(jì)算結(jié)果

3 種進(jìn)汽室結(jié)構(gòu)計(jì)算模型總體性能對(duì)比見表2， 可以看出切向進(jìn)汽模型性能最好， 其進(jìn)汽室總壓損失最小， 首級(jí)效率最高， 不完全切向進(jìn)汽級(jí)效率次之。 軸向進(jìn)汽比級(jí)效率比切向進(jìn)汽小0.4%。

表2 計(jì)算總體性能對(duì)比

進(jìn)汽室模型計(jì)算結(jié)果如圖2 所示。 從三維流線圖可以看出， 切向進(jìn)汽室流場(chǎng)穩(wěn)定， 流線分布均勻， 而軸向進(jìn)汽室有局部流線分離。 從出口截面壓力分布圖看出， 切向進(jìn)汽室出口截面壓力分布最均勻， 軸向進(jìn)汽室出口截面壓力分布均勻性最差。

圖2 不同進(jìn)汽室流線圖與出口截面參數(shù)分布

圖3 為3 種進(jìn)汽室模型根、 中、 頂出口角分布， 可以看出， 切向進(jìn)汽室出口角最均勻， 變化幅度只有10°左右， 軸向進(jìn)汽室出口角變化很大。進(jìn)汽室出口參數(shù)分布的均勻性， 決定首級(jí)的入口條件， 影響首級(jí)靜葉入口攻角情況， 影響首級(jí)效率。 切向進(jìn)汽室出口截面壓力分布、 出口角分布均勻， 首級(jí)效率也最高。

圖3 不同進(jìn)汽室根、 中、 頂截面出口角分布

圖4 為不同模型首級(jí)靜葉損失、 動(dòng)葉損失、首級(jí)效率隨葉高分布對(duì)比圖， 可以看出切向進(jìn)汽、不完全切向進(jìn)汽模型靜葉損失明顯低于軸向進(jìn)汽模型， 首級(jí)效率明顯高于軸向進(jìn)汽模型。 圖5 為首級(jí)靜葉截面流線分布， 可見軸向進(jìn)汽模型首級(jí)靜葉入口有明顯攻角， 靜葉入口氣流打在內(nèi)弧側(cè)到外弧側(cè)變化， 這是進(jìn)汽室出口角分布不均勻?qū)е碌摹?切向進(jìn)汽模型的首級(jí)靜葉流線分布均勻，攻角小。

圖4 級(jí)特性沿葉高分布對(duì)比

圖5 不同模型首級(jí)靜葉B2B 截面流線圖

5 結(jié)論

本文對(duì)某機(jī)組中壓進(jìn)汽進(jìn)行分析， 對(duì)比了軸向進(jìn)汽， 切向進(jìn)汽， 不完全切向進(jìn)汽3 種進(jìn)汽模型的性能以及對(duì)首級(jí)性能的影響， 得到以下結(jié)論：

（1）切向進(jìn)汽總壓損失最小為0.083%。

（2）切向進(jìn)汽模型首級(jí)效率與不完全切向進(jìn)汽首級(jí)效率接近， 都比軸向進(jìn)汽模型首級(jí)效率高0.4%。 計(jì)算域效率切向進(jìn)汽最高約93.33%， 軸向進(jìn)汽最小約92.47%。

（3）切向進(jìn)汽與不完全切向進(jìn)汽出口截面氣流角接近且比較均勻， 而軸向進(jìn)汽的出口角變化幅度最高達(dá)180°。

（4）經(jīng)過對(duì)結(jié)構(gòu)論證， 完全切向進(jìn)汽結(jié)構(gòu)， 進(jìn)汽中心距離汽輪機(jī)中心距離較遠(yuǎn)， 根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)， 汽缸穩(wěn)定性計(jì)算可能無法計(jì)算通過， 與完全切向進(jìn)汽結(jié)構(gòu)相比， 不完全切向進(jìn)汽中心距汽輪機(jī)中心較近， 且效率與完全切向進(jìn)汽結(jié)構(gòu)相近，故選擇了不完全切向進(jìn)汽結(jié)構(gòu)。