汽轮机中的汽缸结构及加热装置

为增大缸壁温度变化的均匀程度，大型汽轮机中普遍采用汽缸、法兰和螺栓加热装置，这可以提高汽轮机的启动性能。图1-30窄高法兰的汽缸结构图1-31筒形结构汽缸还有一些汽缸结构直接取消了法兰，使用筒形的汽缸结构。筒形结构不使用上下两半，而使用前后两部分的结构形式，如图1-31所示，每一部分圆周方向的对称性更强一些，筒形汽缸结构有利于机组日常运行，其大修周期一般要长于法兰结构的，但是拆装复杂度和难度要大一些。

理论教育 2023-06-25

级内损失计算方法详解

当喷嘴高度小于12～15 mm时，φ急剧下降，因此为了减小喷嘴损失，喷嘴高度应不小于15 mm。图2-9喷嘴的速度系数φ与喷嘴高度ln的关系曲线通常，渐缩喷嘴中的流动损失不大，为计算方便一般取φ=0.97，而其中与高度有关的损失另用经验公式计算。动叶高度和级的反动度影响尤甚。等截面直叶片的叶顶反动度可用下式计算另一种漏汽损失计算方式如下。

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叶片造型设计与厚度分布分析

但是，要得到叶片的完整叶型，需补充叶片的厚度分布情况。方案二造型流程与方案一完全相同。图5-22叶栅中弧线图图5-23标准化叶型厚度分布图5-24厚度加载图5-25各叶型截面第十级静叶栅；第十级动叶栅图5-26第十级静、动叶栅配合的几何模型本小节在S2子午通流设计程序和“可控涡”造型设计程序的基础上，对N25-3.5/435汽轮机低压部分三级叶栅进行气动设计，验证了所开发程序的可用性与可靠性，并对第十级静、动叶片进行造型。

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隔板与隔板套的构造及应用

图1-9所示是焊接隔板的结构，整个隔板由喷嘴叶栅、隔板体和外缘焊接而成。图1-9焊接隔板结构1—外缘；2—外围带；3—喷嘴片；4—内围带5—隔板体；6—汽封槽；7—径向汽封支架（凸缘）图1-10铸造隔板结构1—隔板外缘；2—喷嘴片；3—隔板体工作在湿蒸汽区的级，其隔板上设置有去湿装置，最常用的结构有隔板外环的去湿槽、喷嘴叶栅顶部铸缝处的骑缝吸湿槽和空心喷嘴片出口边的吸湿缝，如图1-11所示。

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静叶和动叶组合的级别优化工艺流程

为了做功的连续性和增加进汽量，往往将更多的喷嘴和动叶组合在一起，这就形成了常见的静叶栅和动叶栅，一列静叶栅和动叶栅构成一级。蒸汽在流经动叶栅后，其速度方向和速度大小都改变，最终将自身动能转移至转子体，推动转子旋转。因此，工质的温度和压力逐级降低，每一级喷嘴和动叶内工质的速度都可处在最佳范围内。常见的是一列喷嘴、两列动叶栅和一列导叶栅的速度级，也称柯蒂斯级或复速级，如图1-4所示。

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级轮周功率、轮周效率和最佳速度比

在叶型选定的情况下，欲获得级的最大的轮周效率，应使得余速损失降到最小，也就是排汽的绝对速度c2最小。对应于最高轮周效率的速度比称为最佳速度比，用opt和opt表示。图2-14三种级的轮周效率曲线余速利用使最佳速度比增大。对于反动度在0.5的反动级，其轮周效率曲线在最大值附近也存在一个平坦的区域，因此，速度比在一定的范围内变化时即使偏离了最佳值也不会导致轮周效率明显下降，反动级的最佳速度比为0.65～0.7。

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叶根与轮缘的强度核算：应力计算

1.应力计算假设叶片的离心力由叶根各齿、叉和销钉均匀承受，且不计摩擦力和叶根与轮缘间的装配间隙，几种叶根和轮缘的应力计算公式如表6-1所示。

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汽轮机轴系有限元材料模型与边界条件优化

1）材料属性轴系本体高中压缸缸内材料的杨氏模量E=1.99×1011Pa，泊松比σ=0.299，密度ρ=7.87×103kg/m3。表6-10转子轴系各部件材料参数续表注：高中压转子材料参考《火力发电厂金属材料手册》，P535。值得说明的是，在《火力发电厂金属材料手册》中很难找到发电机转子的详细材料参数，因此按照研究所提供的数据进行材料设定：发电机转子密度为7850 kg/m3，弹性模量在110 ℃时为211 GPa。

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级内损失和影响因素分析

汽轮机的级内损失除了蒸汽在通流部分流动时所直接引起的损失外，还有其他附加损失，这些损失均使级内效率下降，影响汽轮机的运行经济性，了解了这些损失，就可以采取措施减少损失提高汽轮机的运行效率。显然，当流动为紊流且叶型表面粗糙度较大时，这项损失就大一些。2）端部损失端部损失是叶栅损失中仅有的一项和叶片高度有关的损失。

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轴系临界转速基本概念

对应于各个临界转速值，有各不相同的振型。轴系的临界转速与各单独转子的临界转速既有关系，又有差别。因此，在设计时，除按刚性支座条件初步估算转子的临界转速之外，还必须按弹性支座条件确定转子的临界转速。一般而言，弹性支座降低了转子的临界转速，其下降的程度取决于轴的刚度和支座刚度之比值。当干扰力与转速成正比增大时，其共振转速将高于转子固有频率所对应的临界转速。

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程序接口设计优化方案

Python语言提供了一个能够将Fortran程序包装成可供Python程序直接调用的扩展模块的工具库f2py库。表7-16Multall程序计算限制与计算机内存的关系按照表7-16的放大倍数分别编译三个不同版本的Multall计算模块的二进制文件，然后在界面程序中根据输入的涡轮级数判断自动选择使用哪一个版本的程序来进行计算。

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单列级热力设计计算方法优化方案

进行汽轮机级的热力设计计算时，一般给定进汽流量、进汽温度、进汽压力、排汽压力。一般单列级的热力计算大致过程如下：根据焓降水平和经验估计叶栅根径、转速。计算喷嘴出口汽流速度，并根据连续方程计算喷嘴出口面积An及叶片高度ln。汽轮机制造厂常用式计算动叶出口面积。级的热力过程曲线如图2-23所示。

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算例1：基于喷嘴蒸汽流量推算排汽参数和工况计算

算例1从进汽参数推算排汽参数。通过单个喷嘴的蒸汽流量：查μ-p2/p＇0曲线得εⅡ=p21/p″0=0.984阀后压力为算例3缺少汽轮机调节级特性曲线时的调节级变工况计算。计算新工况下通过全开阀的蒸汽流量：压力比为流量比为蒸汽流量为DⅠ=βn1ⅠDnr=0.737×415.9 t/h=306.5 t/h通过部分开启调节阀的蒸汽流量：DⅡ=D01-DⅠ=t/h=83.5 t/h计算新工况下部分开启调节阀的喷嘴后压力p11Ⅱ：假设该组喷嘴前压力p″0=7.85 MPa，查得其理想比焓降。

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如何设计合理的蒸汽通道形状

图3-14蒸汽通道形状由于同样的整机焓降条件下，反动式汽轮机级数要多于冲动式汽轮机级数，且反动式汽轮机一般为全周进汽，平均直径较小，因此这两种汽轮机的蒸汽通道形状也有所不同。1）冲动式汽轮机蒸汽流过汽轮机各级组时其容积流量的变化程度是不相同的，所以整台汽轮机的通道形状通常为上述几种形式的组合，如图3-15所示。图3-15冲动式汽轮机蒸汽通道形状图3-16反动式汽轮机蒸汽通道形状

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汽轮机轴系的有限元结构模型优化

图6-34汽轮机轴系力学模型利用有限元软件Marc的二维网格自动划分功能划分好汽轮机轴系轴截面的二维四边形网格，进行必要的网格优化和编号处理。本次汽轮机建模采用24次旋转扩展，每次旋转15°，最终生成汽轮机的三维有限元模型，如图6-35所示。图6-35汽轮机轴系有限元模型由于发电机转子模型具有非对称性，存在大小轴向槽及周向半月形槽，所以发电机建模方式有所不同。图6-39挠性联轴器有限元模型图6-40汽轮机轴系有限元模型

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基于完全径向平衡方程的总体架构程序设计

本程序主要基于S2流面理论和“可控涡”法开发，可实现汽轮机多级子午流道设计、叶片造型等功能。程序主要包括S2子午通流设计子程序和叶片造型设计子程序两个部分。由式可以看出，造型设计程序的关键在于定积分的求解。图5-11“可控涡”造型设计程序的思路

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