双转子互换高背压改造叶片安全评估

第4期2015年12月豪言粉按DONGFANGTURBINENO4DEC2015DOI1013808CNKIISSN16749987201504004李泽培，谢苏燕，刘全东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000摘要汽轮机在供热期和非供热期采用双低压转子互换，是实现高背压供热改造的一个行之有效的手段。采用双转子互换的高背压改造方案除了系统结构方面的考虑外仍需要对采暖期的低压去级转子的末叶进行安全性评估，以保证其能满足末级叶片高背压运行的要求。文章着重分析了高背压末叶安全性的考虑因素，并对叶片可能的颤振风险进行了论证。关键词高背压改造，双转子互换，末叶，颤振中图分类号TK263文献标识码A文章编号16749987201504001304SAFETYASSESSMENTOFHIGHBACKPRESSURERETROFITBLADEWITHDOUBLEROTORSSWAPLIZEPEI，XIESWAN，LIUQUANDONGFANGTURBINECO，LTD，DEYANGSICHUAN，618000ABSTRACTUSINGDOUBLELOWPRESSUREROTORSSWAPINTHEHEATINGPERIODANDNONHEATINGPERIODISANEFFECTIVEMEANTOACHIEVEHIGHBACKPRESSURERETROFITTHERETROFITSCHEMEOFDOUBLELPROTORSSWAP，BESIDESTHECONSIDERATIONOFSYSTEMSTRUCTURE，STILLNEEDSTOMAKESAFETYASSESSMENTOFTHELASTSTAGEBLADEDURINGTHEHEATINGPERIOD，TOENSUREMEETTHEREQUIREMENTOFTHELASTSTAGEBLADEHIGHBACKPRESSUREOPERATIONTHISPAPERANALYZESTHESAFETYFACTOROFTHELASTSTAGEBLADEINTHEHIGHBACKPRESSUREANDTHEPOTENTIALRISKOFBLADEFLUTTERKEYWORDSHIGHBACKPRESSURERETROFIT，DOUBLEROTORSSWAP，LASTSTAGEBLADE，FLUTTER高背压供热机组是近年为适应北方采暖供热而出现的改造型机组是电厂满足对外供热需求和提高机组效率的有力措施。300MW等级的湿冷汽轮机一般通过在供热期和非供热期采用双低压转子互换方案来实现高背压供热改造采暖期时，低压缸排汽压力升高，排汽温度提高，加热进入汽轮机凝汽器的热网循环水使其供热、冷源损失降为零提高机组的循环热效率采暖季高背压运行的低压转子，在原有转子基础上进行改造拆除部分级次动静叶增加导流环结构来代替轴系转子结构不变这样的改造方案可以作者简介李泽培1983一，男，工程师，毕业于华中科技大学热动专业，主要从事汽轮机叶片设计工作。L3第4期2015年12月圣右乞扮搂DONGFANGTURBINENO4DEC2015有效降低电厂更换转子的周期和难度带来最大的经济收益机组采用双转子互换技术进行高背压改造为实现采暖供热期高背压和非采暖供热期常规纯凝低背压运行功能在汽轮机的改造设计过程中除了需综合考虑汽轮机通流、本体、轴系、辅助及回热系统、控制系统及其他方面存在的主要问题，还必须论证高背压时末级叶片的安全性问题包括颤振的风险这是因为高背压转子一般是在原有转子基础上去级运行原来的中间级次将要承当末级叶片的变背压功能需要重新按照末叶的设计标准体系来评估高背压转子末叶的强度、振动安全性相对而言曾经的中间级次叶片展弦比相较末级而言要大得多若叶片的刚性不足颤振的风险必须考虑本文将探讨双转子互换方案中高背压末叶的安全评估高背压工况时低压去级后的各级叶片尤其是末级叶片相对于原来的纯凝工况焓降分配会发生变化蒸汽弯应力水平也会改变特别地若高背压工况下末级叶片背压较纯凝时级后压力变低会导致级功率显著增大，此时必须考核蒸汽弯应力水平必须满足末叶的考核准则随着背压的降低末级叶片承担了绝大多数的负荷当达到极限阻塞工况时动叶的切向力和载荷最大为叶片的强度校核工况当机组在小容积流量下工作时低压缸末级气动特性将急剧恶化末级首先在动叶根部和静叶顶部处的气流发生脱流形成2个旋涡区，末级通流效率将大大降低低压缸效率也会受到较大影响由于涡流引起的鼓风损失及其他附加损失，使汽流被加热温度升高，影响排汽缸轴承标高危及轴系振动安全性当容积流量进一步减小末级一部分汽流做的功率等于消耗的功率14时末级不再输出功率，此工况称为零功率工兄此时对应的轴向出口马赫数大约为02002“7容积流量再减小超过此工况时末级完全在鼓风工况下运行，温度急剧上升这是必须避免的末级叶片的级焓降大动叶出口速度高变工况情况复杂在高背压、小流量1二况下叶顶M现大的负攻角在叶片内弧产生脱流区引起作用于叶片上的气动力改变等叶片周罔非稳定流场的气动力与叶片振动之间相互耦合就会产生流体与叶片之间的能量传递在小容积流量工况下动叶进口大负攻角引起大尺度分离流诱导的一种“自激振动”就是失速颤振沿叶高将各截面传递的能量进行积分如果是流场的能量不断输入到叶片系统中则叶片的振幅就会不断增大发生颤振颤振就是系统负阻尼引发的系统不稳定性发散振动作为工程应用对于颤振经验的方法可以计算叶片特征截面的改进斯特劳哈尔数以自由叶片形式工作的叶片当经验参数S小于许用值时，结构具有足够的刚性，不会发生颤振。GE等世界知名公司经过分析和试验研究均认为采用整体围带和拉筋使叶片成圈，这种结构是防止颤振最有效的措施由于叶片颤振时往往是叶尖附近的一段从气流中吸取