發布時間：2019-03-28所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:針對不同沖動式工業汽輪機組參數要求，提煉參數特點，尋找參數共性，并在新機組方案設計時，融入變型設計理念，在已有成熟方案基礎上，設計出新的機型。 關鍵詞:沖動式工業汽輪機,方案設計,變型設計 在經歷過初期各新機型的初次設計累積階段之后，后續
摘要:針對不同沖動式工業汽輪機組參數要求，提煉參數特點，尋找參數共性，并在新機組方案設計時，融入變型設計理念，在已有成熟方案基礎上，設計出新的機型。
關鍵詞:沖動式工業汽輪機,方案設計,變型設計
在經歷過初期各新機型的初次設計累積階段之后，后續產品普遍使用變型設計方法，其目的是快速、高質量、低成本地生產新產品以滿足不斷變化的市場要求。汽輪機產品設計也符合這個規律，下面結合具體機型設計過程，介紹變型設計方法在沖動式工業汽輪機方案設計中的應用。
1沖動式工業汽輪機組分類介紹
由于沖動式工業汽輪機組被驅動設備類型多樣，例如給水泵、循環水泵、風機、螺桿機、往復機、離心機、船機等，不同被驅動設備對應轉速功率跨度很大，轉速從幾百到一萬多轉每分，功率從幾百到幾萬千瓦，同時還有不同運轉特性，有的工況穩定，有的變工況頻繁;在特殊場合還需要專門設計，比如船機。
沖動式工業汽輪機主要分類如下:根據進汽條件，可以分為高參數機組、中溫中壓機組、低壓機組。根據排汽壓力，可以分為冷凝機和背壓機，冷凝機里又分水冷機組和空冷機組。按照有無工業抽/補汽條件，可分為可調抽汽機組、可調補汽機組。沖動式工業汽輪機需要對每臺機組做針對性設計來適應各種變化，這個過程就是變型設計。因此，變型設計方法在沖動式工業汽輪機方案設計中應用廣泛。
2典型變型設計
以下是幾種典型的沖動式工業汽輪機變型設計過程。一是進汽條件變化。當蒸汽條件由中溫中壓改成低壓蒸汽時，通流設計時要減少通流級數，將雙列調節級改單列調節級，同時更改節徑葉高;此外，由于進汽壓力降低，進汽體積流量改變，需要核算進汽速關閥口徑是否夠大。當過熱蒸汽改成飽和蒸汽時，則需要設置防水蝕和疏水措施，進汽管道配汽水分離器，流道要有防水蝕合金化處理，每一級后設置足夠口徑疏水口并配疏水閥。
當中壓蒸汽改成高壓蒸汽時，需要保證蒸汽室和前汽封汽密性，并設置相應通流級數合理分配焓降以保證葉片強度和機組效率。二是排汽條件變化。背壓對機組工況影響很大，不同的背壓需要設置相應的級數以及匹配的排汽口徑。此外，在通流設計時即要保證機組效率點，又要兼顧惡劣工況的通流能力，要盡量在這兩個矛盾點之間尋找平衡點。
三是抽汽條件改變。對于抽汽機組，一般變型設計是由抽汽壓力改變引起的。抽汽口壓力變化直接影響抽汽口位置、大小、個數的設置，需要考慮抽汽空間和接管便利。此外，機組布置形式也會催生出不少變型種類，比如上排汽、下排汽汽或者軸向排汽;公共底盤、單獨底盤還是底盤油站，亦或者是免開缸撬裝機組。
3一種非典型變型設計
純凝機為已有的成熟設計方案，并在用戶現場成功運行，抽凝機和抽背機為需要新設計的方案。從純凝機方案衍化出抽凝機和抽背機，這是一種非典型的跨機型的變型設計。
3.1從純凝機到抽凝機的變型設計
純凝和抽凝兩臺機組進汽壓力、溫度、轉速、功率等參數接近，區別只在于是否設置抽汽，接下來從以下四個方面來分析該變型設計的具體過程。
3.1.1排汽量比較
純凝機只考慮最大排汽量即可，而抽凝機則需要考慮最大排汽量和最小排汽量。抽凝機的最大排汽量出現在抽汽量為零即純凝工況下的排汽量，所有進汽都去往排汽進入凝汽器。該抽凝機功率與純凝機組類似，最大排汽量與純凝機相當。最大排汽量決定了冷凝機組排汽端扭葉組和排缸的通流能力的選擇。而隨著抽汽量的增加，為了保持機組轉速功率穩定，進汽量必然增加，排汽量必然減少。當抽汽量達到最大時，排汽量為該抽凝機的最小排汽量。
最小排汽量是機組扭葉組小流量工況下扭葉組是否安全運行需要考慮的。一般來說，抽汽壓力越高，在同等抽汽量的情況下，所抽走的蒸汽在汽輪機中所做的功越小，與汽輪機額定功率相比所占比重也越小，因而對排汽端的排汽流量影響也越小。其中抽凝機在0抽和抽30t/h時，最大和最小排汽流量差值20.2-17.3=2.9t/h，差別不大，這是由于抽汽壓力較高的原因。因此，對該抽凝機來說，純凝機的排汽端包括扭葉組、排汽缸可以直接通用，扭葉組強度也能滿足要求。
3.1.2進汽能力比較
抽汽量的大小對機組進汽量影響很大，該抽凝機最大進汽量為47.3t/h，是純凝機的2.2倍。由于純凝機蒸汽室的通流能力余量足夠，因此只需要適當增加進汽噴嘴葉高或者噴嘴只數來增加進汽能力即可。進汽端蒸汽室木模和汽缸木�？梢酝ㄓ眉兡龣C。
3.1.3增加抽汽結構
要實現抽汽功能，必須增加抽汽結構，這是純凝機組不具備的。由于抽汽壓力較高，抽汽口開在調節級之后，在汽缸底部做抽汽背包，抽汽口和二段進汽口前后布置，汽缸內兩個腔室用分隔板隔開。核算抽汽口和二段進汽口大小，并配置抽汽速關閥和管道抽汽調閥。
3.1.4臨界轉速校核
由于要保證抽汽空間，同時要兼顧整機效率，壓力級級數不減少，軸跨距只能增加，前后軸承和軸承座仍沿用純凝機部套。由于軸跨距增加，必須校核臨界轉速，因此臨界轉速也滿足機組使用要求。綜合以上各方面分析，該抽凝機需要在純凝機上增加進汽能力和抽汽結構，高壓段汽缸(包括蒸汽室)、排缸、壓力級通流、前后汽封、前后軸承座、前軸軸承等部套均可通用。
3.2從抽凝機到抽背機的變型設計
背壓機可以看做是特殊的冷凝機，抽背機和抽凝機的主要區別有兩點:一是純凝改背壓;二是機組轉速提高較多。直接截取抽凝機通流中的高壓調節級+前5個壓力級作為抽背機組通流來做熱力計算，發現截取的通流能較好適合新的抽背機而不用做調整。這是由于轉速提高1917rpm，且抽汽壓力從3.82MPa(A)增加到4.5MPa(A)，因此對壓力級來說單級壓差可以變大以增加通流能力，并與升高的轉速相匹配使每級速比達到高效率點。通過強度和振動分析，直葉片裕量充足，能滿足抽背機的高轉速安全運行要求。
此外，在汽缸結構上要將冷凝排汽端去掉，重新設計背壓排汽出口結構，并設計背壓汽封滿足封汽要求，選擇現有的背壓機組用后軸承座。由于跨距縮短，轉子變成剛性轉子，臨界也滿足使用要求。
3.3小結
這種非典型跨機型的變型設計方法給新產品方案的開發設計工作提供了一種重要思路，它表明各種類型汽輪機之間并非毫不相關，而是存在著內在聯系，需要設計人員在已有成熟機型上去挖掘各參數之間的關系，并加以合理利用。這對降低新開發機組方案設計難度效果顯著。
4結語
沖動式工業汽輪機設計過程中采用變型設計方法可以減少技術部門重復設計的工作量，豐富新產品種類，使零部件通用化，產品系列化，同時降低生產成本，縮短制造周期，及時響應用戶需求。
參考文獻:
[1]黃保海，白玉，牛衛東.汽輪機原理和構造[M].北京:中國電力出版社，2002:189-236.
[2]侯曼西，梁濤.沖動式工業汽輪機[M].重慶:重慶大學出版社，1995:51-95.
相關刊物推薦：汽車工程師是天津市汽車工程學會和天津市汽車研究所合辦的集汽車信息、科研開發、市場營銷、使用維修于一體的科技類期刊。得到了全國汽車業朋友的支持與厚愛。
SCISSCIAHCI
