超超临界汽轮机部件冷却技术

1、超超临界汽轮机部件冷却技术摘 要本文在对超超临界汽轮机部件冷却技术分析 研究过程中，首先对超超临界汽轮机部件冷却技术重要性进 行了解，对超超临界汽轮机部件设计特征进行了解，对超超 临界汽轮机冷却结构内关键技术深入分析，希望能够延长超 超临界汽轮机部件应用时间。关键词 超超临界机组；汽轮机；冷却技术；可靠性设 计；结构设计中图分类号： TM123 文献标识码： A 文章编号： 1009-914X（2017）12-0045-01前言：我国在可持续发展建设过程中，对能源体系进行 完善，可以为人们提供完善的稳定的物质生活。对于发电站 来说，能源生产效率需要不断提升，并且降低污染物排放数 量，为人们提供

2、性价比更高的供电服务，满足社会经济发展 建设实际要求。所以，想要保证变电站具有稳定经济效益， 就需要具有稳定能源作为保证，并且能源价格十分低廉。煤 炭能源在世界范围内分布十分广泛，但是天然气储存数量却 十分有限。1、冷却技术重要性科学技术水平在不断提升过程中，超超临界汽轮机已经成为汽轮机发展必然趋势，主蒸汽温度及再蒸汽温度都在不 断提高。蒸汽温度在不断提升过程中，蒸汽设备材料力学性 能也在逐渐降低，为了能够延长超超临界汽轮机应用时间， 在应高温强度材料情况下，还需要应用冷却技术。蒸汽冷却 在应用过程中，对于蒸汽温度相对较低，降低超超临界汽轮 机部件运行温度，保证超超临界汽轮机可以稳定运行 1

3、超超临界汽轮机应用冷却技术，主要在三个部件上，分 别为喷嘴室、转子、汽缸，冷却技术在应用过程中可以提升 材料性能，充分发挥出材料所具有的机械性能，这三个部件 应用寿命也能够得到延长。超超临界汽轮机在启动及停机等 运行状态下，汽轮机部件都需要承受热应力，应力集中到部 件上。冷却技术在超超临界汽轮机启动状态下应用，有效有 效降低汽轮机在高温状态下所产生的热应力，冷却技术在实 际应用过程中，超超临界汽轮机部件与内部温度差可以有效 缩短，降低超超临界汽轮机部件所承受的热应力，延长超超 临界汽轮机部件应用时间。现阶段，冷却技术已经成为超超 临界汽轮机生产研究过程中的主要科学技术，对于冷却技术 进行深入分

4、析研究，可以有效降低超超临界汽轮机部件工作 温度，保证超超临界汽轮机运行质量及效率2 。2、部件冷却结构特征2.1 喷嘴室和高压转子高压转子单流结构高压转子单流结构在应用冷却方法内，常用冷却方法主 要由三种：首先，根部在进行设计过程中，将叶型结构转变 为负反动，蒸汽温度在降低之后，从根部间隙转变到高压侧 内。冷却蒸汽在流动之后， 转子可以在轮缘位置冷却； 其次， 汽轮机在调节阀在引出适当蒸汽之后，会转变为凝结水，进 而有效降低汽轮机运行温度，转变凝结水量，可以有效对蒸 汽温度进行冷却控制； 最后，高压第一级别温度在降低之后， 蒸汽会进入到喷嘴室及内缸之间，汽轮机前轮面可以得到有 效冷却。喷嘴室

5、双流压力级单流结构 在汽轮机第一级高压内，采取双流式结构，在第二级高 压内，财务单流式结构。双流最为显著优势就是动叶片所需 要承受的负荷有效降低，动叶片及喷嘴室所需要承受的应力 也会适当降低，进而保证超超临界汽轮机可以稳定搞下运营。 双流喷嘴室也存在一定缺陷，就是动叶片数量在增加过程中， 经济成本显著提升，轴承所需要承受的跨度也显著提升。双 流喷嘴室结构内，蒸汽可以从喷嘴根部适当流出，转子与喷 嘴室之间流入一定数量蒸汽。转子在不断转动过程中，主流 具有抽吸作用，蒸汽逐渐从腔室内流出，进而对汽轮机喷嘴 室及转子进行冷却 3 。2.2 蒸汽室和中压转子外部来汽冷却技术 为了能够有效提升超超临界汽轮

6、机中压转子在运行过 程中强度，就必须减低中压转子在高温状态下热应力数值， 这就可以通过中压转子进行蒸汽冷却。在反动式汽轮机内， 高压汽轮机蒸汽在350 C温度下，蒸汽引入到中压汽轮机内， 通过导流环所具有的空间，对中压转子温度进行冷却。在这 种冷却方式内，动叶片与静叶片之间蒸汽会转移到主流内， 大部分蒸汽都可以进入到叶根底部。2.2.2 中压第一级设计为负反动度超超临界汽轮机双流式在实际运行过程中，中压缸所需 要承受的温度数值相对较高，在中压转子内，第一级叶片之 间形成一个较为封闭的空间环境，转子在运行过程中所产生 的热量造成转子温度显著提升。中压转子采取双流式结构， 叶型根部可以转变为负反动

7、度。叶片根部为负反动度，叶片 根部压力要远远超过汽侧压力，也就是转子在做出功率情况 下，叶片温度也能够有效降低，蒸汽逐渐从叶片根部向静叶 出口上进行转移。这种气流循环方式，可以保证轮子与轮缘 表面温度可以有效降低，但是叶片根部采取负反动度方式， 也存在一定问题。也就是叶片高度需要适当提升，叶根离心 应力适当增加，影响了蒸汽冷却效果4 。3、冷却结构设计关键技术3.1 冷却参数设计 首先，在对冷却蒸汽参数选择过程中，冷却进口温度要 远远低于汽轮机部件实际工作温度，冷却出口内温度要高于 冷却进口温度，进而保证冷却蒸汽可以在汽轮机部件内顺利 流通。冷却蒸汽速度在设定上，参数不宜过大，并且流动热 系数

8、也需要科学合理，防止出现热应力问题；其次，冷却结 构在进行设计中，叶片反动度及冷却通道等因素对冷却效果 影响较为显著，所以在对冷却结构设计上，需要保证蒸汽流 量科学合理；最后，通过蒸汽冷却技术，可以显著提升超超 临界汽轮机所具有的经济效益，所以需要适当减少冷却蒸汽 数量，进而对超超临界汽轮机高温部件进行降低处理 53.2 部件温度场及应力场有限元计算 在对超超临界汽轮机转子及喷嘴室等部件位置上，需要 构建有限元计算模型，进而对力边界条件及热边界条件进行 设定，了解超超临界汽轮机瞬态温度场，对超超临界汽轮机 部件所能够承受的热应力场进行了解，这样可以对冷却结构 进行定量分析研究，保证冷却结构设计

9、方法科学合理，进而 对超超临界汽轮机冷却结构进行完善。3.3 冷却效果测量及 ?证 超超临界汽轮机部件表面在进行设计过程中，同时对温 度测点科学合理设计，可以保证超超临界汽轮机在正式投入 应用之后，对超超临界汽轮机部件冷却效果进行验证。就以 反动式汽轮机来说，静叶上面需要打孔处理，进而对温度测 点进行设计，安装温度检测设备，对静叶部件表面运行温度进行检测。超超临界汽轮机在正式应用之后，可以对中压转 子及高压转子冷却效果进行验证 6 。结论超超临界汽轮机作为蒸汽冷区技术研发设计内主要技 术，借助蒸汽冷却技术，可以有效提升超超临界汽轮机材料 强度及硬度，超超临界汽轮机部件在高温状态下，部件应用 时间可以有效延长，充分发挥出超超临界汽轮机部件在工业 建设内效果。参考文献1 李军，霍文浩，陈尧兴，钟刚云，范小平，方宇， 王建录.超超临界汽轮机中压缸冷却技术研究进展J.热力透平， 2016，03：175-183.2 李岩，梁继洋 .超超临界汽轮机高温叶片强度分析 J. 科技风， 2015，03： 93.3 田仲良，包汉生，何西扣，刘正东.700C汽轮机转子用耐热合金的研究进展J.钢铁，2015 , 02: 54-60+69.4 霍文浩，李军，钟刚云，范小平，方宇 . 冷却结构对中压透平级蒸汽冷却性