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雙轉(zhuǎn)子互換高背壓改造葉片安全評估

文檔作者：李澤培謝蘇燕劉全文檔來源：東方汽輪機(jī)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月05日
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第4期
2015年12月
豪言 粉按
DONGFANG TURBINE
NO．4
Dec．201 5
DOI：10．13808~．cnki．issn1674-9987．2015．04．004
李澤培，謝蘇燕，劉全
(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)
摘 要：汽輪機(jī)在供熱期和非供熱期采用雙低壓轉(zhuǎn)子互換，是實現(xiàn)高背壓供熱改造的一個行之有效的手段。采用雙轉(zhuǎn)子互
換的高背壓改造方案．除了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的考慮外．仍需要對采暖期的低壓去級轉(zhuǎn)子的末葉進(jìn)行安全性評估，以保證其能滿
足末級葉片高背壓運(yùn)行的要求。文章著重分析了高背壓末葉安全性的考慮因素，并對葉片可能的顫振風(fēng)險進(jìn)行了論證。
關(guān)鍵詞：高背壓改造，雙轉(zhuǎn)子互換，末葉，顫振
中圖分類號：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—9987(2015)04—0013—04
Safety Assessment of H igh BaCk—preSSU re Retrofit
Blade with Double Rotors Swap
Li Zepei，Xie Swan，Liu Quan
(Dongfang Turbine Co．，Ltd．，Deyang Sichuan，618000)
Abstract．Using double low pressure rotors swap in the heating period and non—heating period is an effective mean to achieve high
back—pressure retrofit．The retrofit scheme of double LP rotors swap，besides the consideration of system structure，still needs to
make safety assessment of the last stage blade during the heating period，to ensure meet the requirement of the last stage blade high
back—pressure operation．This paper analyzes the safety factor of the last stage blade in the high back—pressure and the potential
risk of blade flutter．
Key words：high back-pressure retrofit，double rotors swap，last stage blade，flutter
高背壓供熱機(jī)組是近年為適應(yīng)北方采暖供熱
而出現(xiàn)的改造型機(jī)組．是電廠滿足對外供熱需求
和提高機(jī)組效率的有力措施。300 MW 等級的濕冷
汽輪機(jī)一般通過在供熱期和非供熱期采用雙低壓
轉(zhuǎn)子互換方案．來實現(xiàn)高背壓供熱改造 采暖期
時，低壓缸排汽壓力升高，排汽溫度提高，加熱
進(jìn)入汽輪機(jī)凝汽器的熱網(wǎng)循環(huán)水．使其供熱、冷
源損失降為零．提高機(jī)組的循環(huán)熱效率 采暖季
高背壓運(yùn)行的低壓轉(zhuǎn)子，在原有轉(zhuǎn)子基礎(chǔ)上進(jìn)行
改造．拆除部分級次動靜葉．增加導(dǎo)流環(huán)結(jié)構(gòu)來
代替．軸系轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不變 這樣的改造方案可以
作者簡介：李澤培(1983一)，男，工程師，畢業(yè)于華中科技大學(xué)熱動專業(yè)，主要從事汽輪機(jī)葉片設(shè)計工作。
· l3 ·
第4期
2015年12月
圣右 乞扮摟
DONGFANG TURBINE
NO．4
Dec．201 5
有效降低電廠更換轉(zhuǎn)子的周期和難度．帶來最大
的經(jīng)濟(jì)收益
機(jī)組采用雙轉(zhuǎn)子互換技術(shù)進(jìn)行高背壓改造．
為實現(xiàn)采暖供熱期高背壓和非采暖供熱期常規(guī)純
凝低背壓運(yùn)行功能．在汽輪機(jī)的改造設(shè)計過程中．
除了需綜合考慮汽輪機(jī)通流、本體、軸系、輔助
及回?zé)嵯到y(tǒng)、控制系統(tǒng)及其他方面存在的主要問
題，還必須論證高背壓時末級葉片的安全性問題．
包括顫振的風(fēng)險
這是因為．高背壓轉(zhuǎn)子一般是在原有轉(zhuǎn)子基
礎(chǔ)上去級運(yùn)行．原來的中間級次將要承當(dāng)末級葉
片的變背壓功能．需要重新按照末葉的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
體系來評估高背壓轉(zhuǎn)子末葉的強(qiáng)度、振動安全性
相對而言． 曾經(jīng)的中間級次葉片展弦比相較末級
而言要大得多．若葉片的剛性不足．顫振的風(fēng)險
必須考慮 本文將探討雙轉(zhuǎn)子互換方案中高背壓
末葉的安全評估
高背壓工況時．低壓去級后的各級葉片．尤
其是末級葉片．相對于原來的純凝工況．焓降分
配會發(fā)生變化．蒸汽彎應(yīng)力水平也會改變 特別
地．若高背壓工況下．末級葉片背壓較純凝時級
后壓力變低．會導(dǎo)致級功率顯著增大，此時必須
考核蒸汽彎應(yīng)力水平．必須滿足末葉的考核準(zhǔn)則
隨著背壓的降低．末級葉片承擔(dān)了絕大多數(shù)
的負(fù)荷．當(dāng)達(dá)到極限阻塞工況時．動葉的切向力
和載荷最大．為葉片的強(qiáng)度校核工況
當(dāng)機(jī)組在小容積流量下工作時．低壓缸末級
氣動特性將急劇惡化 末級首先在動葉根部和靜
葉頂部處的氣流發(fā)生脫流．形成2個旋渦區(qū)，末
級通流效率將大大降低．低壓缸效率也會受到較
大影響． 由于渦流引起的鼓風(fēng)損失及其他附加損
失，使汽流被加熱．溫度升高，影響排汽缸軸承
標(biāo)高．危及軸系振動安全性 當(dāng)容積流量進(jìn)一步
減?。┘壱徊糠制髯龅墓β实扔谙牡墓β?
· 14 ·
時．末級不再輸出功率，此工況稱為零功率工『兄．
此時對應(yīng)的軸向出口馬赫數(shù)大約為0．20～0．2"7 容
積流量再減小超過此工況時．末級完全在鼓風(fēng)工
況下運(yùn)行，溫度急劇上升．這是必須避免的
末級葉片的級焓降大．動葉出口速度高．變
工況情況復(fù)雜 在高背壓、小流量1二況下葉頂m
現(xiàn)大的負(fù)攻角．在葉片內(nèi)弧產(chǎn)生脫流區(qū)．引起作
用于葉片上的氣動力改變等 葉片周罔非穩(wěn)定流
場的氣動力與葉片振動之間相互耦合．就會產(chǎn)生
流體與葉片之間的能量傳遞 在小容積流量工況
下．動葉進(jìn)口大負(fù)攻角引起大尺度分離流誘導(dǎo)的
一種“自激振動”．就是失速顫振 沿葉高將各截
面?zhèn)鬟f的能量進(jìn)行積分．如果是流場的能量不斷
輸入到葉片系統(tǒng)中．則葉片的振幅就會不斷增大．
發(fā)生顫振 顫振就是系統(tǒng)負(fù)阻尼引發(fā)的系統(tǒng)不穩(wěn)
定性發(fā)散振動
作為工程應(yīng)用．對于顫振經(jīng)驗的方法可以計
算葉片特征截面的改進(jìn)斯特勞哈爾數(shù) 以自由葉
片形式工作的葉片．當(dāng)經(jīng)驗參數(shù)S 小于許用值
時，結(jié)構(gòu)具有足夠的剛性，不會發(fā)生顫振。GE等
世界知名公司經(jīng)過分析和試驗研究均認(rèn)為采用整
體圍帶和拉筋使葉片成圈，這種結(jié)構(gòu)是防止顫振
最有效的措施 由于葉片顫振時．往往是葉尖附
近的一段從氣流中吸取能量．而沿葉高的另一部
分是將能量傳給氣流．選擇葉尖附近某一位置表
示平均效應(yīng)．一般取0．85相對葉高處的截面作為
特征截面
SE= ．( )‘
式中：
一相對氣流速度：
一最低振動模態(tài)的角速度：
c一特征截面弦長：
6一葉片節(jié)距：
p 一蒸汽密度；
p 葉片材料密度。
理論上通過對低壓模塊建模．根據(jù)實際的邊

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