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引用格式：范志强, 焦晓峰, 魏超, 等. 300 MW 供热机组低压缸零出力热力性能、调峰性能和经济性能分析[J]. 中国测试，2024,50(4): 166-172. FAN Zhiqiang, JIAO Xiaofeng, WEI Chao, et al. Thermodynamic and economic performance and peak load regulation capacity analysis of 300 MW cogeneration unit with low pressure cylinder near zero output mode[J]. China Measurement &Test, 2024, 50(4): 166-172. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2022070055300 MW 供热机组低压缸零出力热力性能、调峰性能和经济性能分析范志强1， 焦晓峰1， 魏 超1， 张学镭2(1. 内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020; 2. 华北电力大学，河北 保定 071003)摘 要: 供热机组低压缸零出力运行可有效提升机组供热能力和调峰深度。
该文基于Ebsilon 软件，建立300 MW 供热机组抽凝工况和低压缸零出力工况的数学模型，从热力性能、调峰性能和经济性能三个维度对常规抽凝模式和低压缸零出力模式进行分析。
结果表明，低压缸零出力模式能够有效增加机组的供热能力，并降低发电标准煤耗率，当主蒸汽量为957.6 t/h 时，供热量比常规抽凝供热模式提高16.25%，发电标准煤耗率下降27.2 g/kWh 。
低压缸零出力模式下，虽然供热机组的电负荷不具备调节能力，但其最小电负荷低于常规抽凝供热模式，适宜参与电网的深度调峰。
从净收益最大化的角度，当热负荷在162~310 MW 时，应采用低压缸零出力模式进行供热；当热负荷在310~375 MW 时，应采用抽凝模式进行供热。
300mw汽轮机毕业设计论文目录1 绪论 01.1 汽轮机简介 01.2 电站高参数大容量汽轮机技术研究和国内外发展现状 01.3 本课题设计意义 (1)1.4 论文研究内容 (1)2 热力系统设计 (3)2.1 机组的主要技术规范 (3)2.2 给水回热加热系统及设备 (4)给水回热级数和给水温度的选取 (5)回热加热器形式确定 (7)热力系统的热力计算 (7)3 通流部分设计 (17)3.1 透平的直径及级数确定（调节级除外） (17)选定汽缸和排汽口数 (17)确定第一压力级平均直径和末级直径 (17)确定高压缸压力级的平均直径，速比和焓降的变化规律 (18)3.2 高压缸焓降分配 (20)3.3 中低压缸的级数确定和各级焓降的分配 (21)3.4 详细计算高压缸第一压力级 (23)高压缸第一压力级计算过程 (23)高压缸第一压力级速度三角形 (32)3.5 各压力级详细计算表格 (32)调节级详细热力计算表格 (32)高压缸末级详细计算表格 (41)中压缸第一压力级详细计算表格 (49)中压缸末级详细计算表格 (58)低压缸第一压力级详细计算表格 (67)低压缸末级详细计算表格 (76)3.6 调节级、高压缸第一压力级、末级速度三角形图 (85)4 汽轮机结构设计 (86)4.1 热力系统设计 (86)主蒸汽及再热蒸汽系统 (86)给水回热系统 (87)4.2 汽轮机本体结构设计 (88)蒸汽流程 (88)高中压阀门 (89)汽缸结构 (89)转子结构 (91)联轴器 (91)叶片结构 (92)静叶环和静叶持环 (93)轴承和轴承座： (93)汽封及汽封套 (94)4.3 调节保护系统（DEH） (94)4.4 供油系统 (95)结论 (96)参考文献 (97)致谢 (97)1 绪论1.1 汽轮机简介汽轮机是以水蒸气为工质，将热能转变为机械能的外燃高速旋转式原动机。
它具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等优点。
汽轮机叶片弦长计算汽轮机叶片是汽轮机的重要组成部分，其设计和制造对于汽轮机的性能和效率有着重要的影响。
而叶片的弦长是叶片设计中的重要参数之一，它对叶片的气动性能和强度起着决定性的作用。
叶片的弦长是指叶片在进气口与出气口之间的直线距离，通常用L 表示。
叶片的弦长与叶片的几何形状、工作条件和性能要求密切相关。
下面将介绍几种常见的汽轮机叶片弦长计算方法。
第一种方法是基于叶片进出口径的比值来计算。
根据实际工程经验，叶片进出口径的比值与叶片弦长之比存在一定的关系，可以通过经验公式进行计算。
这种方法简单易行，适用于一般情况下的叶片设计。
第二种方法是基于叶片进出口面积的比值来计算。
根据叶片进出口面积的比值与叶片弦长之比的关系，可以通过叶片进出口面积的测量和计算来确定叶片的弦长。
这种方法相对来说更加准确，适用于对叶片性能要求较高的设计。
第三种方法是基于叶片的流道面积来计算。
叶片的流道面积是指叶片进出口之间的流道截面积，它与叶片的弦长存在一定的关系。
通过测量叶片流道面积和计算叶片弦长的比值，可以得到叶片的弦长。
这种方法适用于对叶片气动性能要求较高的设计。
还可以通过数值模拟和实验方法来计算叶片的弦长。
数值模拟方法通过建立叶片的几何模型和流场模型，利用计算流体力学软件进行模拟计算，得到叶片的弦长。
实验方法则通过在实验室里进行试验，测量叶片的进出口径和面积，从而确定叶片的弦长。
这两种方法相对较为精确，适用于对叶片性能要求非常高的设计。
除了上述几种方法，还可以根据叶片的气动性能要求和强度要求来计算叶片的弦长。
在设计叶片时，需要综合考虑叶片的气动性能和强度，通过优化设计来得到满足要求的叶片弦长。
这种方法需要结合叶片的具体要求和设计经验进行计算，相对较为复杂。
汽轮机叶片的弦长是叶片设计中的重要参数，影响着叶片的气动性能和强度。
通过合理的计算方法和设计手段，可以得到满足要求的叶片弦长。
在实际设计中，需要根据具体情况选择适用的计算方法，并结合实际要求和经验进行设计。
汽轮机的设计和制造标准说明书文本：汽轮机的设计和制造标准说明书目录一、前言二、汽轮机的定义和分类三、汽轮机的构造和工作原理四、汽轮机的制造标准和技术要求五、汽轮机的设计标准和技术要求六、汽轮机性能测试标准和技术要求七、汽轮机安装和调试要求八、汽轮机运行和维护要求九、总结一、前言近年来，汽轮机在工业生产和能源领域的使用越来越广泛，对于保障能源供应和提升生产效率起到了重要的作用。
而汽轮机作为重要的动力设备，必须严格按照设计和制造标准进行制造和检验。
本说明书主要介绍汽轮机的设计和制造标准，以及和汽轮机相关的技术要求和测试标准等方面的内容，旨在为广大相关工作人员提供参考。
二、汽轮机的定义和分类汽轮机是一种将热能转化为机械能的设备，它分为汽动式和气动式两种。
汽动式汽轮机是将高温高压的蒸汽通过喷嘴喷向叶轮，使叶轮产生旋转力，并带动发电机或其他机器设备工作。
气动式汽轮机是利用高温高压的燃气推动叶轮旋转，从而达到能源转换的目的。
根据汽轮机的用途和动力输出方式的不同，可以将其分为发电用汽轮机、驱动用汽轮机、燃气轮机、船用汽轮机等不同类型。
三、汽轮机的构造和工作原理汽轮机主要由以下部分组成：汽轮机本体、叶轮、分配阀、减温器、冷却器、润滑系统等。
汽轮机的工作原理是通过高温高压的蒸汽或燃气使叶轮转动，从而产生机械能，输出到负载上。
汽轮机在使用过程中需要注意保持其各部分的正常运转，及时更换损坏的部件以保证汽轮机的稳定和高效运行。
四、汽轮机的制造标准和技术要求汽轮机的制造标准主要包括国家标准、地方标准以及企业标准，其中国家标准是在汽轮机设计和制造方面的基本标准，可以指导企业进行汽轮机的制造和检验。
汽轮机的制造还需要满足以下技术要求：1. 汽轮机的组成部件应满足材料质量、尺寸精度、协调性、配合间隙、表面质量等方面的要求，确保汽轮机性能稳定和可靠性好。
2. 汽轮机的工作环境要求温度适宜、湿度适宜、噪声小等。
3. 汽轮机的制造过程要求加工精度高、工艺合理、无损检测精确等。
汽轮机结构结构部件由转动部分和静止部分两个方面组成。
转子包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等。
静子包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。
汽缸汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，形成封闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内部完成能量的转换过程，汽缸内安装着喷嘴室、隔板、隔板套等零部件；汽缸外连接着进汽、排汽、抽汽等管道。
汽缸的高、中压段一般采用合金钢或碳钢铸造结构，低压段可根据容量和结构要求，采用铸造结构或由简单铸件、型钢及钢板焊接的焊接结构。
高压缸有单层缸和双层缸两种形式。
单层缸多用于中低参数的汽轮机。
双层缸适用于参数相对较高的汽轮机。
分为高压内缸和高压外缸。
高压内缸由水平中分面分开，形成上、下缸，内缸支承在外缸的水平中分面上。
高压外缸由前后共四个猫爪支撑在前轴承箱上。
猫爪由下缸一起铸出，位于下缸的上部，这样使支承点保持在水平中心线上。
中压缸由中压内缸和中压外缸组成。
中压内缸在水平中分面上分开，形成上下汽缸，内缸支承在外缸的水平中分面上，采用在外缸上加工出来的一外凸台和在内缸上的一个环形槽相互配合，保持内缸在轴向的位置。
中压外缸由水平中分面分开，形成上下汽缸。
中压外缸也以前后两对猫爪分别支撑在中轴承箱和1号低压缸的前轴承箱上。
低压缸为反向分流式，每个低压缸一个外缸和两个内缸组成，全部由板件焊接而成。
汽缸的上半和下半均在垂直方向被分为三个部分，但在安装时，上缸垂直结合面已用螺栓连成一体，因此汽缸上半可作为一个零件起吊。
低压外缸由裙式台板支承，此台板与汽缸下半制成一体，并沿汽缸下半向两端延伸。
低压内缸支承在外缸上。
每块裙式台板分别安装在被灌浆固定在基础上的基础台板上。
低压缸的位置由裙式台板和基础台板之间的滑销固定。
转子转子是由合金钢锻件整体加工出来的。
在高压转子调速器端用刚性联轴器与一根长轴连接，此节上轴上装有主油泵和超速跳闸机构。
所有转子都被精加工，并且在装配上所有的叶片后，进行全速转动试验和精确动平衡。
我国大型汽轮机叶片运行状况的研究和对策刘志江袁平国家电力公司热工研究院(陕西西安 710032)0 前言叶片是汽轮机的关键零件，又是最精细、最重要的零件之一。
它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。
其空气动力学性能、加工几何形状、表面粗糙度、安装间隙及运行工况、结垢等因素均影响汽轮机的效率、出力；其结构设计、振动强度及运行方式则对机组的安全可靠性起决定性的影响。
因此，全世界最著名的几大制造集团无不坚持不懈地作出巨大努力，把最先进的科学技术成果应用于新型叶片的开发，不断推出一代比一代性能更优越的新叶片，以捍卫他们在汽轮机制造领域的先进地位。
在1986～1997年间我国电力工业得到持续、高速发展，电站汽轮机正在实现高参数大容量化。
据统计，到1997年底，包括火电、核电在内的汽轮机装机容量已达到192 GW，其中火电250～300 MW机组128台，320.0～362.5 MW机组29台，500～660 MW机组17台；200 MW及以下的机组也有很大发展，200～210 MW机组188台，110～125 MW机组123台，100 MW机组141台。
核电汽轮机最大容量为900 MW。
随着我国电站汽轮机大容量化，叶片的安全可靠性和保持其高效率愈显得重要。
对于300 MW及600 MW机组，每级叶片转换的功率高达10 MW乃至20 MW 左右，即使叶片发生轻微的损伤，所引起的汽轮机和整台火电机组的热经济性和安全可靠性的降低也是不容忽视的。
例如，由于结垢使高压第1级喷嘴面积减少10%，机组的出力会减少3%，由于外来硬质异物打击叶片损伤以及固体粒子侵蚀叶片损伤，视其严重程度都可能使级效率降低1%～3%；如果叶片发生断裂，其后果是：轻的引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失效率；严重的会引起强迫停机，有时为更换叶片或修理被损坏的转子、静子需要几周到几个月时间；在某些情况下由于叶片损坏没有及时发现或及时处理，引起事故扩大至整台机组或由于末级叶片断裂引起机组不平衡振动，可能导致整台机组毁坏，其经济损失将以亿计，这样的例子，国内外并不罕见。
汽轮机末级叶片损坏的分析及对策摘要：汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全、满发。
鹤矿集团热电厂在大修过程中，曾发现过末级叶片断裂、汽蚀现象。
通过对鹤矿集团热电厂四台机组末级叶片损坏的形式进行分析，认为末级叶片型线下部普遍存在出汽边水冲蚀损伤，外来硬质异物击伤和固体粒子侵蚀，叶片断裂、结垢及其它损伤，分析了其损伤机理，介绍防范措施。
关键词：汽轮机；叶片损伤；损伤机理；断裂前言：叶片是汽轮机最精细、最重要的零件之一。
其运行状况对机组的安全可靠起决定性的影响。
如果叶片发生断裂，将引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失效率；若没有及时发现或及时处理，将引起事故扩大,可能导致整台机组毁坏，其经济损失数以万计。
因此，很有必要及时调查研究、分析、总结叶片尤其是末级叶片发生的各种损伤及寻找规律，以期制定防范、改进措施，避免发生大的损失。
1 汽轮机叶片损伤概况鹤矿集团热电厂1#机为武汉汽轮机厂生产的型号为FC25-3.43/0.35型汽轮机，在近几年的大修过程中也曾发现叶片根部出汽边水冲蚀、顶部进汽边水冲蚀、异物击伤叶片等。
我厂2#机为武汉汽轮机厂生产的型号为C25-35/3型汽轮机，在今年的大修中，发现叶片问题比较严重：围带飞脱、断裂、个别拉金断裂、腐蚀麻坑等。
我厂3#机为哈尔滨汽轮机厂生产的C50-8.83／0.118型汽轮机，2006年6月15日按照小修计划对末级叶片进行检查时，发现19级叶片有一处断裂，随即揭缸检查，并对末级叶片进行了探伤检查，发现存在以下问题：第19级30#、80#叶片损伤严重，70#叶片断裂，同时拉筋、围带均断裂，有9处拉筋套开焊（其中有3处是去年补焊过的）。
出汽边汽蚀：有30个叶片出汽边有汽蚀现象，其中5处比较严重，有1处细小裂纹，有22个叶片有叶根腐蚀现象，其中5处比较严重。
这几台机组低压级叶片在实际运行过程中，由于种种原因在叶片、叶根、拉筋、围带及司太立合金片等部位经常发生故障，末级叶片的水冲蚀损伤相当普遍。
汽轮机低压进汽结构气动性能分析与优化设计
发表时间：
2019-12-23T10:00:09.187Z 来源：《电力设备》2019年第17期 作者： 赵洪羽
[导读] 摘要：汽轮机是将热能转化为机械能的关键动力设备，其机组效率直接影响系统的能量转换效率Ⅲ。
（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150046）
摘要：汽轮机是将热能转化为机械能的关键动力设备，其机组效率直接影响系统的能量转换效率Ⅲ。低压缸的功率占整机功率的三分
之一左右，故其效率也直接影响汽轮机机组效率。尽管低压缸叶片型线和叶片通道的优化设计已经相对完善，但目前低压缸的第
1级效率只
有
65％左右，远低于其他级的效率，导致整缸性能的大幅降低。基于此，本文主要对汽轮机低压进汽结构气动性能与优化设计进行分析探
讨。
关键词：汽轮机；低压进汽结构；气动性能；优化设计
1
、数值方法
1.1
计算模型
低压进汽结构由蒸汽阀、进汽弯管和蜗壳组成，在耦合第一级叶片的基础上，两部分共同构成了本文所采用的计算模型，如图1所示。
蒸汽从进口进入蒸汽阀，再流过弯管后通过蜗壳，最后在叶栅中膨胀做功后从出口排出。考虑到第一级叶片与进汽蜗壳间的相互影响，本
文采用整圈叶栅进行计算。静叶与动叶的数目分别为
42和146。整个进汽结构采用了轴对称布置的方式，且计算时的进口和出口都进行了相
应的延伸来消除回流的不利影响。
图 1 低压进汽结构模型
在计算模型经过光顺处理后，对图1所示的进汽结构进行了网格划分。进汽结构的网格由两部分组成：采用商业软件ANSYS-ICEM对无
叶通道进行非结构化网格生成，采用
NUMECA-AU-TOGRID对叶栅通道进行了六面体结构化网格生成。图2展示了蜗壳与弯管及其连接处的
网格，在蜗壳出口与第一级静叶的交接面处网格布置较为致密。在曲率半径较小处也控制网格尺度与结构相匹配。考虑到边界层内速度梯
度较大，对近壁面采用三棱柱网格进行了加密处理，为了准确捕捉叶片表面的边界层和分离流动，对叶片表面均进行了加密处理。进汽结
构整体网格的总节点数和单元数分别为
1700万和2200万左右。
图 3 低压进汽结构的 Y+分布
采用商业软件ANSYS-CFX对低压进汽结构进行数值模拟，该求解器基于有限体积法求解三维定常Reynolds-AveragedNavier-Stokes方
程，具有二阶离散精度，同时采用了标准
k-ε两方程湍流模型。计算采用的工质为可凝结水蒸汽Steam5V；进口给定总压和总焓为1.565MPa
和
3214.1kJ/kg，出口给定静压为1.27MPa；固体壁面采用绝热无滑移边界条件。在各项残差收敛到10－5时认为计算收敛，通过调整壁面网
格分布来达到湍流模型对
Y+的要求，本文计算得到的Y+分布如图3所示，满足标准k-ε湍流模型的要求。通过与实验流量对比，本文数值计
算的流量相对误差为
0.022%，进一步证实了本文所采用的数值方法的有效性和准确性。
2
、结果与讨论
2.1
低压进汽结构的优化设计
在对低压进汽结构进行优化设计之前，先对原始结构进行通流分析。进汽弯管与蜗壳内流线分布，整体分布成轴对称性，在弯管内流
线分布较为均匀且速度大小基本相等；在蜗壳内流体从蜗壳下部沿着壁面流到蜗壳上部，并且速度分布呈现上部速度低而下部速度高的特
点。但是在弯管与蜗壳连接处有两个滞止涡，这是从弯管流出的部分流体撞击到蜗壳壁面所造成的。这两个滞止涡会减小蜗壳内流体的通
过面积，阻碍流动并增加一定的压力损失。
原始进汽结构的弯管与蜗壳连接不仅会直接影响蜗壳内的流动，还会间接影响蜗壳第一级静叶的进汽均匀度和汽流角。为了定量描述
这种间接的影响，给出了叶栅通道内三个速度分量（径向速度
RV、轴向速度AV和周向速度TV）和汽流角α的定义，切向速度以逆时针方向
为正。选取蜗壳与静叶域的交接面上的速度分量和汽流角作为目标函数，因为位置
P3既能反映静叶的进口汽流角也能反映蜗壳与第一级的
相互作用。
蜗壳与静叶交接面P3上的轴向速度分量分布，面P3下部轴向速度较大而上部轴向速度较小；从进汽弯管出来的流体经过蜗壳收缩段加
速导致下部轴向速度大，且图中虚线的指向正是进汽弯管的中心线方向。面
P3上的径向速度分布，其值相对于轴向速度较小且周向分布较
为均匀。面
P3上的周向速度分布，左右两侧速度大小相同方向相反，这与蜗壳的对称性有关。面P3上的汽流角分布，与周向速度分布的趋
势相同，但是汽流角的跨度较大，这会造成第一级静叶的周向进汽攻角的跨度也较大，不利于叶栅通道中的汽流膨胀做功。
为了进一步研究汽流角沿周向分布，选取叶栅通道10%、30%、50%、70%和90%等五个径向位置作为参考位置。五个径向位置的汽流
角周向分布，随着叶高的增大，汽流角逐渐减小；最大和最小汽流角分布在蜗壳的左右两侧，与汽流角分布云图一致。除了汽流角外，还
需要考虑进汽不均匀度，并给出其定义：通过蜗壳与静叶域交接面
P3上的流量与实验流量的相对误差。蜗壳与静叶交接面上的进汽不均匀
度分布，其呈现下部进汽多而上部进汽少的特点，与轴向速度分布的趋势一致。因此，从优化目标的角度看，对进汽弯管与蜗壳的改进主
要是减小进汽攻角与进汽不均匀度。
图 4 不同偏心度的蒸汽阀结构
基于遗传算法的基本思想，每次保留对进汽攻角和进汽均匀度有利的几何调整，淘汰对优化目标不利的几何调整。经过若干次几何改
进，给出了优化过程中产生的几个典型弯管与蜗壳连接结构，相对于原始结构，第一次优化时将弯管改为接近垂直方向，但弯管与蜗壳连
接面积减少；第二次优化结构
OP2在不改变弯管出流角度的基础上，增加了其与蜗壳连接处的出流面积；对于第三次优化结构OP3，既增大
了弯管出流倾角，也增加了其出流面积。
2.2
蒸汽阀对低压进汽结构气动性能的影响
在优化的弯管和蜗壳结构OP3的基础上，研究了蒸汽阀的偏心度对低压进汽结构气动性能的影响。图4给出了三种不同偏心度的蒸汽阀
结构，其中（
a）为阀芯所处位置的截面，（b）、（c）和（d）分别为偏心度为0mm、20mm和40mm的蒸汽阀结构示意图。不同的偏心度
不仅会改变阀门喉口处的通流面积，还会改变阀芯的类圆柱绕流涡脱落频率，对阀门的振动产生影响。
对于后者的研究将会体现在后续的工作中，本文主要讨论偏心度对蒸汽阀气动性能的影响。为了考查不同蒸汽阀偏心度对总压损失的
影响，定义总压损失系数为准＝
1－Px／Pin，其中Pin为进口质量流量平均总压，Px为指定截面位置（图1中P1、P2和P3）处的质量流量平
均总压。不同截面位置总压损失系数随偏心度的变化，随着偏心度的增大，总压损失系数逐渐减小。从图中还可以看出，不仅阀门会带来
一定的总压损失，进汽弯管和蜗壳也会产生总压损失，但大部分总压损失仍是蒸汽阀造成的。
进一步分析不同偏心度下蒸汽阀的气动性能，随着偏心度的增加，蒸汽阀中的最大速度和平均速度都相应地减小。这是因为偏心度的
增大也会增加流入阀柱内的通流面积。在偏心度为
0mm和20mm的工况下，阀柱内的流线呈螺旋线式，这会导致相同流量下流体与阀柱的摩
擦损失增加。在偏心度为
40mm的工况下，阀柱内的流线呈直线状，有利于通流并减小了总压损失。
3
、结论
本文基于三维RANS方程数值研究了国内某太阳能光热发电汽轮机低压进汽结构的气动性能。在对原始低压进汽结构通流分析的基础
上，对弯管与蜗壳进行了优化设计，分析了优化结构改善汽流组织的机理；对比分析了不同偏心度的蒸汽阀结构对低压进汽结构的气动性
能的影响，获得结论如下：
（1）结构的对称性决定了流场的对称性，原始低压进汽结构的静叶进汽角跨度很大，且最大值分布在蜗壳的左右两侧；
（2）增大进汽弯管的出流面积和倾角有利于减小进汽攻角和进汽不均匀度，优化的低压进汽结构OP3很大程度上改善了叶栅通道进汽
的汽流组织；
（3）随着偏心度的增加，阀芯与阀柱间的通流面积增大，有利于汽流在阀柱内的通流并降低总压损失。
参考文献：
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刘伟，忻建华，叶春．汽轮机低压进汽结构对级效率的影响探究[J]．汽轮机技术，2015（4）：267—269
