汽轮机低压缸进汽道气动性能改进研究

摘要

电力是现代工业的基础,在国民经济中有很重要的地位,对电厂系统及各部件的研究有着重要的意义。汽轮机作为电厂发电的主要工具,其效率的高低对电厂的节能降耗以及其经济指标有着重要的影响。本文对由日本东芝公司制造的某电厂600MW汽轮机在运行中发现的问题(热耗偏离设计值)进行了分析,发现高、中、低压缸每个缸的进口级段通流效率偏低是导致机组试验热耗率偏高于设计保证值的主要原因。在此主要针对低压缸效率偏低的原因,着重从低压进汽流场以及其气流组织的好坏这方面进行了分析。首先,本文运用ANSYS CFX软件,就日本东芝公司制造的某电厂600MW汽轮机低压进汽系统进行了三维流场计算,得出了低压缸进汽部分的流场分布特性以及进汽部分各段的阻力系数、总压以及流动速度分布等参数。除此之外,我们还对由西屋和西门子公司设计生产的汽轮机低压缸低压进汽部分进行了数值模拟分析。通过对这三个制造商的低压进汽系统进行数值模拟,并对其进行比较,分析其气动性能设计原理,进而对东芝模型提出结构改进的方案。基于以上分析,我们对东芝模型进行了自上而下的结构改进。通过利用CFD数值模拟计算方法对各种方案进行流场的计算,我们发现了影响该段流场流动效率的一些关键因素。如在进气管中加入导流板,在进汽管直角拐角处加平滑流道,以及在低压第一级进汽前加入倒圆角以及导流环的方案,都可以不同程度的改善该区域的流动状况。最后我们将各个改进方案进行筛选,组合成最优的改进方案。本文的研究工作在一定程度上为汽轮机低压缸低压进汽系统的结构设计提供了建设性的意见。在设计上,可以优化结构,使得低压缸进汽道气动性能得到改善,压力损失下降,提高了低压缸第一级的效率,达到了节能降耗的目的,使经济效益也得到很大的提高。针对这方面工作的探索,不仅可以为新产品开发、已有产品的改进提供有效地理论及试验依据,而且对于电厂的经济性有着很大的参考意义。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 某600MW 亚临界汽轮机的现状

1.3 问题的分析

1.4 国内外现状

1.5 研究方法的选择

1.6 论文的主要工作

第二章 CFD 方法与低压进汽系统的计算模型

2.1 基本物理模型

2.1.1 流体流动的控制方程

2.1.2 流体流动的SIMPLE 方法

2.1.3 湍流模型及选取

2.1.4 边界层及壁面函数

2.2 CFX 及ANSYS ICEM CFD 软件简介

2.3 计算模型的建立与网格的划分

2.3.1 计算模型的建立

2.3.2 网格划分

2.4 确定边界条件和求解参数

2.5 阻力系数的定义及计算公式

2.6 本章小结

第三章 低压进汽管系统的数值分析及初步改进

3.1 计算结果及分析

3.2 西门子和西屋低压进汽管系统

3.3 导流板改进方案

3.4 进口弯管部分的改进

3.4.1 35°方案计算结果

3.4.2 37°方案

3.4.3 40°、43°和45°方案

3.5 扩大方案的计算结果

3.5.1 45°扩大方案的计算结果

3.5.2 50、58 和65°扩大方案的计算结果

3.6 低压缸进汽环的速度分布

3.7 本章小结

第四章 低压缸第一级进汽前的结构改进

4.1 R20 倒圆角方案的计算结果

4.2 其余导圆角方案的计算结果

4.3 加导流环后的改进方案

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文