【摘要】：火力發(fā)電機組的運行實踐表明,采用超臨界與超超臨界機組既能降低熱耗又能減少氮氧化物排放量,是實現(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組急需更好的抗高溫材料。由于抗566℃的高溫材料12%Cr轉子鋼生產(chǎn)難度大,工藝性差,國內外廠家都認同挖掘Cr-Mo-V鋼的潛力,選擇該材料制造高、中壓轉子。為了在不改變材料情況下增強高、中壓轉子的耐熱性能,必須對工作溫度最高的中壓轉子采取蒸汽冷卻技術。由此可見,中壓轉子蒸汽冷卻技術是發(fā)展超臨界與超超臨界汽輪機的關鍵技術。對于在定常流動條件下的中壓轉子冷卻,國內外同行已進行了詳細的氣熱耦合數(shù)值模擬研究。但是,在汽輪機的實際流動中,由于動葉高速旋轉使得動靜葉的相對位置發(fā)生周期變化,導致主蒸汽與冷卻蒸汽參數(shù)隨時間波動,從而引起相同冷卻條件下被冷卻部件的溫度場、流場與定常流動的有顯著差別。評估主蒸汽與冷卻蒸汽的非定常流動對被冷卻的中壓第一級特別是動葉溫度場、流場的影響,為在設計冷卻裝置時預先考慮由非定常流動特性可能引發(fā)的問題提供參考。本文在國產(chǎn)600MW超超臨界汽輪機中,采用三菱的蒸汽冷卻結構,實施對中壓轉子的冷卻。為了評價該冷卻結構的冷卻效果以及冷卻蒸汽的引入對主流流動性能的影響,本文應用商業(yè)軟件ANSYS CFX,對采用中壓轉子冷卻的中壓第一級進行了定常與非定常氣熱耦合數(shù)值研究。研究結果表明,在冷卻蒸汽進口條件不變的情況下,靜、動葉相對位置隨時間的周期變化,引起冷汽流量隨時間周期變化,因此動葉葉根的溫度場也隨時間發(fā)生相應的周期變化。主蒸汽流動的非定常性對中壓第一級流場與溫度場的影響可忽略不計。有冷卻與無冷卻比較,在一個周期內溫度波動幅度要大十倍左右,這需要在設計冷卻裝置時考慮,預先采取安全措施。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM621
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文第三級靜、動葉之間，其進入途徑是第一級動葉樅樹形葉根底部間隙。對于蒸汽冷卻結構，其對于第一級與第二級動葉的葉根（樅樹形）底部用于冷卻汽通道的面積、轉子與冷卻蒸汽的出口汽封間的間隙和位于第二、三級靜葉側的汽封間隙有要求，要合理對這些參數(shù)進行設計，因冷卻結構的冷卻效果些參數(shù)的影響很大。

圖 1-1 反動式汽輪機雙流中壓轉子的冷卻結構是如圖 1-2 所示[9]中壓轉子是沖動式汽輪機的雙流中壓轉子，對冷卻結構的設計為，在中壓級汽輪機的位于前兩級的動葉葉根（隙、隔板汽封、葉輪的冷卻孔和前級葉輪前后輪面中，通入從高來的冷卻蒸汽，對高溫部件進行冷卻。

渦流冷卻擋板設置于進汽部分的第一級靜葉的內徑處，降低了進汽區(qū)的工作溫度，其結構如圖1-3 所示[10]所示，這樣設計的中壓轉子第一級反動度相比于普通的反動級要小，從而使得蒸汽在流經(jīng)第一級靜葉時溫度下降得更多。蒸汽從靜葉出口流出時，要先通過擋熱板再向轉子流去，擋熱板上的供蒸汽流過的流道是四個切向孔，流過這四個切向孔流向轉子，在這一過程中蒸汽膨脹，轉子表面的溫度在這一吸熱過程中得到降低，從而實現(xiàn)冷卻。由于蒸汽擋熱板于轉子間存在摩擦，所以要考慮這一部分熱量的影響，在去除這部分影響后，雙流第一級動葉間的中壓轉子的表面溫度降低約 15℃。華能玉環(huán)電廠 1000Mw 超超臨界汽輪機的中壓轉子就采用了這種冷卻結構[11]。圖 1-3 反動式汽輪機雙流中壓轉子的渦流冷卻擋熱板結構1.3 非定常計算方法在葉輪機械中的應用多級透平機械在真實的非定常流動中有兩類非定常性，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，前者來源于湍流，后者常伴隨著從一

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