多孔整流板在喷嘴调节汽轮机调节级汽室中的应用

纪亲礼

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

要挖掘电站喷嘴调节汽轮机经济性和可靠性的潜力，需要解决一系列任务。其中主要任务是降低进入第一个非调节级静叶之前的蒸汽轴向不均匀性。对于采用喷嘴调节的所有大型电站汽轮机来说，蒸汽都经过4个喷嘴室流向调节级。在额定工况下只有3个喷嘴室处于开启状态，此时向调节级供汽的弧度很少超过290°。在向第一个非调节级的静叶供汽时，即使存在较大的匀压室，汽流仍然还有明显的周向不均匀度。尤其在汽轮机部分负荷工况下，这些非调节级的效率将大幅度下降。

1 试验结果

虽然已公开发表、涉及到汽轮机部分进汽级试验结果的文章数量可观，但涉及到调节级的部分进汽度对第一个非调节级和整个高压级组的影响方面的数据却很少。

这种情况在很大程度上与下列观念有关，即认为在调节级后面存在一个较大的匀压室、所以在其后第一个非调节级静叶前的汽流周向不均匀度不会很大，因而也不可能严重降低后面所有级的经济性。

然而，在上述试验装置上进行的第一批试验显示，在向调节级汽室部分进汽的条件下，在其后的静叶后面的汽流出现很大的周向不均匀度。部分进汽度取决于已开肩的进汽弧段数量，是根据对模拟部分进汽的叶栅中部圆周处的汽流进行逐点测量而得。

但是，对于所研究的整个装置来说，能量的总损失却明显增加了。在这种情况下能量总损失明显增加的原因是多孔整流板通流能力小（其通流率是21.7%）。为了降低安装这种整流板引起的附加能量损失，增大了整流板的孔径，并针对盲区开出4个窗口。借此将多孔整流板的通流率提高到54%。在这种情况下，从供汽弧段出来的汽流一部分通过多孔整流板的孔，而另一部分通过4个窗口，从而确保了工质较均匀地充满静叶的整个圆周。此外，在整流板朝着环形叶栅方向的孔端带有斜角，以改善整流扳后面的流动状况。

圆筒形多孔整流板：对平面多孔整流板的研究表明，通过这种方式实际上可以完全解决第1个非调节级静叶进口截面前的汽流参数的均匀问题。但是借此降低静叶叶栅中的损失程度不足以补偿平面多孔整流板所带来的额外能量损失。

在安装多孔整流板时，调节级汽室中的压力脉动明显降低的外部体现是，整个装置的壳体振动位移幅度相对降低。其相对降低值也即安装多孔整流板时试验装置壳体的振动位移相对于未安装多孔整流板时实测振动位移的变化值。在隔板静叶叶栅出口处的无量纲速度越高，采用多孔整流板时壳体的振动降低程度就越大。

2 圆环形多孔整流板在汽轮机通流部分的实际应用

所进行的研究结果证明，如果汽轮机级的静叶叶栅进口前存在汽流的周向不均匀性，则从均匀其参数的角度来说，添置多孔整流板会获得明显的效果。

这种汽流周向不均匀的现象在所有采用喷嘴调节的汽轮机中都存在，而且在它们的调节级后的汽流周向不均匀程度相当于利用上述试验装置进行研究时获得的不均匀度。

根据以往发表的试验数据，当压力场存在如此大的周向不均匀度时，汽轮机高压部分的效率会降低1.5%～2%。因此亟须将上述研究结果运用到现有的汽轮机中。

从结构角度来讲，在汽轮机第一个非调节级前设置多孔整流板并无特殊困难。就是在汽轮机前两级通流部分添置圆环形多孔整流板。

整流板是一个环形腔室，具有多孔外侧壁，并且其端壁和内侧壁上都开有若干个圆形窗口。整流板利用12个螺栓固定在隔板体的凹槽处。在这种情况下，调节级后的蒸汽沿着多孔整流板的外侧多孔壁周向流动，并较均匀地通过小孔流入内部环形腔室。从这一角度来看，安装多孔整流板除了解决纯气动力学的问题以外，还起到了防止异物进入汽轮机通流部分的辅助保护作用。

采取上述措施只需要增加很少的费用，不仅能提高汽轮机高压部分的效率，而且还能明显降低叶片上的动态作用力。

3 结论

所进行的研究结果表明，对于采用喷嘴调节的汽轮机来说，在部分进汽的情况下，调节级汽室中的压力场和速度场存在很大的周向不均匀性，从而对高压部分随后几级的经济性产生不良影响。

为了均衡进入第一个非调节级静叶叶栅的汽流，提出并研究了增设整流板的措施，其费用很小，却至少能使大功率汽轮机高压部分的效率提高1%。通过对立体（圆环形）多孔整流板的结构分析，现在已经可以将其应用于任何电站汽轮机。