【摘要】：火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐表明,采用超臨界與超超臨界機(jī)組既能降低熱耗又能減少氮氧化物排放量,是實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)節(jié)能減排的有效措施。發(fā)展超臨界與超超臨界機(jī)組急需更好的抗高溫材料。由于抗566℃的高溫材料12%Cr轉(zhuǎn)子鋼生產(chǎn)難度大,工藝性差,國(guó)內(nèi)外廠家都認(rèn)同挖掘Cr-Mo-V鋼的潛力,選擇該材料制造高、中壓轉(zhuǎn)子。為了在不改變材料情況下增強(qiáng)高、中壓轉(zhuǎn)子的耐熱性能,必須對(duì)工作溫度最高的中壓轉(zhuǎn)子采取蒸汽冷卻技術(shù)。由此可見(jiàn),中壓轉(zhuǎn)子蒸汽冷卻技術(shù)是發(fā)展超臨界與超超臨界汽輪機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于在定常流動(dòng)條件下的中壓轉(zhuǎn)子冷卻,國(guó)內(nèi)外同行已進(jìn)行了詳細(xì)的氣熱耦合數(shù)值模擬研究。但是,在汽輪機(jī)的實(shí)際流動(dòng)中,由于動(dòng)葉高速旋轉(zhuǎn)使得動(dòng)靜葉的相對(duì)位置發(fā)生周期變化,導(dǎo)致主蒸汽與冷卻蒸汽參數(shù)隨時(shí)間波動(dòng),從而引起相同冷卻條件下被冷卻部件的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)與定常流動(dòng)的有顯著差別。評(píng)估主蒸汽與冷卻蒸汽的非定常流動(dòng)對(duì)被冷卻的中壓第一級(jí)特別是動(dòng)葉溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的影響,為在設(shè)計(jì)冷卻裝置時(shí)預(yù)先考慮由非定常流動(dòng)特性可能引發(fā)的問(wèn)題提供參考。本文在國(guó)產(chǎn)600MW超超臨界汽輪機(jī)中,采用三菱的蒸汽冷卻結(jié)構(gòu),實(shí)施對(duì)中壓轉(zhuǎn)子的冷卻。為了評(píng)價(jià)該冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻效果以及冷卻蒸汽的引入對(duì)主流流動(dòng)性能的影響,本文應(yīng)用商業(yè)軟件ANSYS CFX,對(duì)采用中壓轉(zhuǎn)子冷卻的中壓第一級(jí)進(jìn)行了定常與非定常氣熱耦合數(shù)值研究。研究結(jié)果表明,在冷卻蒸汽進(jìn)口條件不變的情況下,靜、動(dòng)葉相對(duì)位置隨時(shí)間的周期變化,引起冷汽流量隨時(shí)間周期變化,因此動(dòng)葉葉根的溫度場(chǎng)也隨時(shí)間發(fā)生相應(yīng)的周期變化。主蒸汽流動(dòng)的非定常性對(duì)中壓第一級(jí)流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的影響可忽略不計(jì)。有冷卻與無(wú)冷卻比較,在一個(gè)周期內(nèi)溫度波動(dòng)幅度要大十倍左右,這需要在設(shè)計(jì)冷卻裝置時(shí)考慮,預(yù)先采取安全措施。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM621
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第三級(jí)靜、動(dòng)葉之間，其進(jìn)入途徑是第一級(jí)動(dòng)葉樅樹(shù)形葉根底部間隙。對(duì)于蒸汽冷卻結(jié)構(gòu)，其對(duì)于第一級(jí)與第二級(jí)動(dòng)葉的葉根（樅樹(shù)形）底部用于冷卻汽通道的面積、轉(zhuǎn)子與冷卻蒸汽的出口汽封間的間隙和位于第二、三級(jí)靜葉側(cè)的汽封間隙有要求，要合理對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻效果些參數(shù)的影響很大。

圖 1-1 反動(dòng)式汽輪機(jī)雙流中壓轉(zhuǎn)子的冷卻結(jié)構(gòu)是如圖 1-2 所示[9]中壓轉(zhuǎn)子是沖動(dòng)式汽輪機(jī)的雙流中壓轉(zhuǎn)子，對(duì)冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為，在中壓級(jí)汽輪機(jī)的位于前兩級(jí)的動(dòng)葉葉根（隙、隔板汽封、葉輪的冷卻孔和前級(jí)葉輪前后輪面中，通入從高來(lái)的冷卻蒸汽，對(duì)高溫部件進(jìn)行冷卻。

渦流冷卻擋板設(shè)置于進(jìn)汽部分的第一級(jí)靜葉的內(nèi)徑處，降低了進(jìn)汽區(qū)的工作溫度，其結(jié)構(gòu)如圖1-3 所示[10]所示，這樣設(shè)計(jì)的中壓轉(zhuǎn)子第一級(jí)反動(dòng)度相比于普通的反動(dòng)級(jí)要小，從而使得蒸汽在流經(jīng)第一級(jí)靜葉時(shí)溫度下降得更多。蒸汽從靜葉出口流出時(shí)，要先通過(guò)擋熱板再向轉(zhuǎn)子流去，擋熱板上的供蒸汽流過(guò)的流道是四個(gè)切向孔，流過(guò)這四個(gè)切向孔流向轉(zhuǎn)子，在這一過(guò)程中蒸汽膨脹，轉(zhuǎn)子表面的溫度在這一吸熱過(guò)程中得到降低，從而實(shí)現(xiàn)冷卻。由于蒸汽擋熱板于轉(zhuǎn)子間存在摩擦，所以要考慮這一部分熱量的影響，在去除這部分影響后，雙流第一級(jí)動(dòng)葉間的中壓轉(zhuǎn)子的表面溫度降低約 15℃。華能玉環(huán)電廠 1000Mw 超超臨界汽輪機(jī)的中壓轉(zhuǎn)子就采用了這種冷卻結(jié)構(gòu)[11]。圖 1-3 反動(dòng)式汽輪機(jī)雙流中壓轉(zhuǎn)子的渦流冷卻擋熱板結(jié)構(gòu)1.3 非定常計(jì)算方法在葉輪機(jī)械中的應(yīng)用多級(jí)透平機(jī)械在真實(shí)的非定常流動(dòng)中有兩類(lèi)非定常性，即非確定性的小尺度的非定常性和確定性的大尺度的非定常性，前者來(lái)源于湍流，后者常伴隨著從一

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