一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法技术

一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法，属于汽轮机组运行安全监测与诊断技术领域，本发明专利技术方法采用的热力学计算方法所有参数均来源于汽轮机末级叶片的设计工况和实时运行工况，依据现有的汽轮机运行监测系统均能实时获得，可广泛应用于各种小容积流量运行的汽轮机组，无需额外添加设备或测点，同时具有较好的普遍适用性，不仅可以在汽轮机组深度调峰的灵活性改造中提供设计参考，还可以在汽轮机参与深度调峰的极端变工况运行中实时提供末级叶片脱流高度的反馈数据，为机组的安全运行监控提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法
本专利技术属于汽轮机组运行安全监测与诊断
，特别是涉及到一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法。
技术介绍
随风能、太阳能和水能等清洁能源的快速发展，为提高清洁能源的消纳和并网能力，火电汽轮机组参与深度调峰已成为常态化运行方式。火电厂的汽轮机组参与深度调峰是一种极端的变工况运行，通流部分的流动状态与效率发生了较大的改变。尤其是近几年高低旁路低联合供热和低压缸近零功率运行技术的应用，汽轮机低压缸常处于较小容积流量运行，由蒸汽容积流量减少引起的叶片鼓风、尾迹脱流会导致末级叶片颤振，降低汽轮机组的运行安全性。此外，低压缸小容积流量运行会导致低压缸末级叶片升温，尤其在叶片脱流区内，蒸汽脱流甚至回流会产生局部高温区，增加末级叶片的热疲劳，进一步降低汽轮机的安全性。因此，有必要对小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度进行计算和监测，为汽轮机的安全运行提供理论参考。现有汽轮机组参数高、容量大，其低压缸末级叶片具有叶片长、扩张角大等特点，因此在变负荷时，末级蒸汽参数沿叶高方向变化较大。在小容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，/n步骤一、变工况末级蒸汽参数确定/n根据汽轮机工况参数获得额定工况的级前压力P

【技术特征摘要】
1.一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法，其特征是：包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
步骤一、变工况末级蒸汽参数确定
根据汽轮机工况参数获得额定工况的级前压力P0、级前温度T0、级前比容V0、级后压力P2以及设计工况流量G0，根据机组变工况的实际运行参数获得变工况后的级后压力P21、级后温度T21、变工况后流量G1；采用弗留格尔公式确定变工况后的级前压力P01和级前温度T01，进而获得变工况后的级前比容V01；重复计算变工况后的级前压力P01和级前温度T01，至相邻两次的计算结果差小于0.2％后停止；
步骤二、按叶高将级在径向分段计算反动度
根据蒸汽流动在叶高方向上的不同，将级在径向上分为中间平均段、靠近叶根处的下平均段和靠近叶顶的上平均段，将步骤一获得的变工况后的级前压力P01、级前温度T01、级后压力P21、级后温度T21，在水蒸气焓熵h-s数据图上等熵查得变工况后的末级理想总焓降Δh*t1，计算变工况前后级的理想速比以及额定工况的级的理想速比，通过中间段反动度公式获得变工况后中间平均段的反动度Ωm1，分别获得变工况后上平均段的反动度Ωt1和变工况后下平均段的反动度Ωr1；
步骤三、静叶热力参数计算
根据步骤二的分段数据，提取中间平均段dm、上平均段dt和下平均段dr，截取各平均段的径向高度，分别为中径向高度lm、上径向高度lt和下径向高度lr，截取各平均段的出汽角，分别为中出汽角αm1、上出汽角αt1和下出汽角αr1；根据喷嘴部分的变工况热力算分别求解三个平均段的喷嘴出口速度，进而获得中间平均段通流蒸汽量Gnm、上平均段通流蒸汽量Gnt、上平均段通流蒸汽量Gnr；
步骤四、喷嘴流量校核
将步骤三获得的三个平均段的喷嘴出口速度叠加获得末级喷嘴总蒸汽流量∑Gn，末级喷嘴的总蒸汽流量∑Gn与变工况后流量G1相等，校核结束；
末级喷嘴的总蒸汽流量∑Gn与变工况后流量G1不相等，重复所述步骤二和步骤三；
步骤五、动叶热力参数计算
根据喷嘴损失确定动叶入口参数点及速度三角形理论，通过中间段喷嘴出口速度cm1、上段喷嘴出口速度ct1、下段喷嘴出口速度cr1以及圆周速度确定动叶入口相对速度和动叶出口相对速度，进而确定各平均段的动叶出口蒸汽流量；
步骤六、动叶脱流判断
根据所述步骤四获得末级喷嘴总蒸汽流量和步骤五获得的动叶出口蒸汽流量对末级脱流情况进行判断，二者相等，末级处于稳定流动状态，未发生尾迹脱流；
末级喷嘴总蒸汽流量>动叶出口蒸汽流量，重复所述步骤二～步骤五，至至末级喷嘴总蒸汽流量与动叶出口蒸汽流量相等；
末级喷嘴总蒸汽流量<动叶出口蒸汽流量，出现脱流流动，计算脱流高度，并修正叶片脱流高度，重复所述步骤二～步骤六；至末级喷嘴总蒸汽流量与动叶出口蒸汽流量相等；
至此，一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法完成。


2.根据权利要求1所述的一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法，其特征是：所述步骤一变工况末级蒸汽参数确定包括以下步骤，
步骤一、根据汽轮机设计工况参数可以确定额定工况的级前压力P0、级前温度T0、级前比容V0、级后压力P2以及设计工况流量G0，根据机组变工况的实际运行参数可以确定变工况后的级后压力P21、级后温度T21、变工况后流量G1；亚临界条件下针对末级可采用弗留格尔公式确定变工况后的级前压力P01和级前温度T01，弗留格尔公式为式(1)



式中：P0为额定工况的级前压力，Pa；T0为额定工况的级前温度，K；V0为额定工况的级前比容，m3/kg；P2为额定工况的级后压力，Pa；G0为额定工况的流量，kg/s；P21为变工况后的级后压力，Pa；T21为变工况后的级后温度，K；G1为变工况后的流量，kg/s；P01为变工况后的级前压力，Pa；T01为变工况后的级前温度，K；
步骤二、在第一次采用式(1)计算变工况后的级前压力P01时，假设变工况后的级前温度T01与额定工况的级前温度T0相等，则变工况后的级前压力P01为式(2)，



式中：P01为变工况后的级前压力，Pa；G0为额定工况的流量，kg/s；G1为变工况后的流量，kg/s；P0为额定工况的级前压力，Pa；P2为额定工况的级后压力，Pa；P21为变工况后的级后压力，Pa；
步骤三、根据变工况后的级前压力P01和级前温度T01，在汽轮机工况参数h-s数据图上查得变工况后的级前比容V01，则温度引起比容的变化为式(3)，



式中：T01为变工况后的级前温度，K；T0为额定工况的级前温度，K；P01为变工况后的级前压力，Pa；V01为变工况后的级前比容，m3/kg；P0为额定工况的级前压力，Pa；V0为额定工况的级前比容，m3/kg；
步骤四、将步骤三的式(3)的计算结果代回到步骤一中的式(1)，重新计算变工况后的级前压力P01，相邻两次的计算结果相差小于0.2％，则计算收敛，此时得到变工况后的级参数分别为：级前压力P01、级前温度T01、级前比容V01、变工况后的级后压力P21、级后温度T21；
相邻两次的计算结果相差小于0.2％，则重复步骤一～步骤三进行迭代计算。


3.根据权利要求1所述的一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法，其特征是：所述步骤二按叶高将级在径向分段计算反动度包括以下步骤，
步骤一、分别计算变工况前后级的理想速比，额定工况的级的理想速比为式(4)，



变工况后的级的理想速比为式(5)，



式中：Δh*t为额定工况末级理想总焓降Δh*t1，kJ/kg；Δh*t1为变工况后的末级理想总焓降，kJ/kg；um为中间段的圆周速度，m/s；
步骤二、将公式(4)和公式(5)带入中间段反动度为式(6)，得到变工况后中间平均段的反动度Ωm1；



式中：Ωm1为变工况后中间平均段的反动度；Ωm为额定工况中间平均段的反动度；Xa1为变工况后的级的理想速比；Xa为额定工况的级的理想速比；
步骤三、变工况后上平均段的反动度Ωt1为式(7)，



式中：Ωt1为变工况后上平均段的反动度；Ωm1为变工况后中间平均段的反动度；rm1为中间平均段的半径，m；rt1为上平均段的半径，m；αm1为变工况后中间平均段的静叶出汽角，°；
步骤四、变工况后下平均段的反动度Ωr1为式(8)，



式中：Ωr1为变工况后下平均段的反动度；Ωm1为变工况后中间平均段的反动度；rm1为中间平均段的半径，m；rr1为下平均段的半径，m；αm1为变工况后中间平均段的静叶出汽角，°。


4.根据权利要求1所述的一种小容积流量下汽轮机末级叶片脱流高度的确定方法，其特征是：所述步骤三静叶热力参数计算包括以下步骤，
步骤一、根据喷嘴部分的变工况热力算求解中间平均段的喷嘴出口速度为式(9)，



式中：cm1为中间平均段的喷嘴出口速度，m/s；Ωm1为变工况后中间平均段的反动度；Δh*t1为变工况后的末级理想总焓降，kJ/kg；φ为喷嘴速度系数；
中间平均段呈环形分布，蒸汽流动的有效面积为式(10)，
Anm＝πdmlmsinαm1(10)
式中：Anm为喷嘴中间平均段蒸汽流动的有效面积，m2；dm为中间平均段的平均半径，m；lm为中间平均段的径向高度，m；αm1为变工况后中间平均段的静叶出汽角，°；π为圆周率，3.14159；
中间平均段的蒸汽通流量为式(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金峰，曹丽华，司和勇，王行，王占洲，徐美超，姚莹莹，陈东超，王艳红，豆中州，胡鹏飞，曹兴，李泽阳，
申请(专利权)人：吉林省电力科学研究院有限公司，东北电力大学，国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22