600MW汽轮机调节级流动规律的数值研究

摘要

近年来，随着经济的增长，全国电力需求总量也在增加，大容量机组已成为主力机组，如国产600MW汽轮机大批投入使用，机组经常参与调峰，长时间偏离设计工况，长期运行在400MW-500MW负荷之间，会导致运行经济性和安全性降低的问题。因此对其变工况性能开展研究具有十分重要的意义。
　　本项目主要针对亚临界600MW、超临界600MW、超超临界600MW三种不同的汽轮机组。通过数值模拟的手段，研究其调节级在不同工况下的性能，对比分析影响调节级气动性能的主要因素，探讨提高汽轮机调节级气动性能的方式，为进一步的深入研究奠定基础。
　　在研究过程中，数值模拟是通过流体分析软件NUMECA进行的，计算中采用了易收敛、计算快的Splart-Allmaras湍流模型。分别模拟了三种机组在额定流量的75％、85％、95％、100％、105％工况下的调节级内部流动。通过数值模拟结果的对比分析，本文的主要结论为:(1)亚临界机组的调节级整级效率较低，其静叶效率较高，动叶效率较低;其静叶效率较高的原因可能是采用了扭曲叶片的设计，其动叶效率较低的原因是由于动叶内的反动度过小，动叶内的流动呈逆压梯度，在大流量工况下动叶前缘出现典型的“气泡式”分离;亚临界机组的调节级承担的焓降值过大，并且焓降值在动、静叶内的分配存在一定的问题，即动叶的反动度过小。(2)超临界机组的调节级效率高于亚临界机组，效率随工况变化也比较平缓，动静叶匹配较合理;超临界机组调节级承担的焓降值较适合，但焓降值在动、静叶内的分配存在一定的问题，即动叶的反动度略小。(3)超超临界机组的调节级效率高于亚临界机组和超临界机组，动静叶之间的匹配比较好;超超临界机组的调节级承担的焓降值比较适合，焓降值在动、静叶内的分配合理。
　　受目前计算能力的限制，没有进行调节级与进汽室和下一级叶栅的联合计算。基于以上三种机组调节级的内部流动特点，考虑影响调节级性能的主要因素，针对汽轮机调节级的优化设计，提出三点建议:应合理分配调节级整级的焓降值，不应使静叶出口马赫数过大;在调节级内部进行进行动、静叶片的焓降分配时，动叶应具有一定的反动度，以保证动叶内的流动呈顺压梯度;静叶片采用扭曲叶片时，应考虑其出口流场的不均匀对动叶片的影响。