9FA重型燃氣輪機增容設計及第三級冷卻結構數(shù)值研究.pdf

1、燃氣輪機自問世以來,被廣泛應用于航空航天、機械動力等行業(yè),發(fā)展迅速,在我國工業(yè)化建設和國民經濟建設中起著重要作用。燃氣輪機發(fā)展迅速,設備更新?lián)Q代快,作為動力機械裝置,反映了一個國家工業(yè)技術的綜合水平,高效燃氣輪機技術也被各國列入優(yōu)先發(fā)展的關鍵技術。
　　本文以9FA原型機組為增容對象,除去壓氣機等部件耗功,原機組額定輸出功率為267MW,通過增容方案增容,機組功率要求達到300MW。增容方案為,在9FA機組的基礎上,進口總溫總壓和

2、出口靜壓保持一致,改變子午通流面積,提高輸出功率,完成機組初期的增容氣動方案計算。首先消化吸收并繼承原型機的透平結構,參照原型機透平的總體設計與冷氣分配,總體設計方案上參考9FA的三級透平,保證平均直徑不變,不改變透平輪盤結構以保證可靠性,通過增加子午同流面積以滿足流量增加的要求;其次,在此基礎上對葉型進行優(yōu)化調整,并進行級間的匹配優(yōu)化,從而達到提高性能的目的。增容后,燃氣流量增大10％,基本滿足了功率要求,但同時由于各級功率分配系數(shù)改

3、變,級前總溫隨之改變。新工況下,機組葉型損失增大,整機效率下降0.4%;采用Isight優(yōu)化平臺和S2正問題計算程序,利用遺傳算法加S2計算程序和模擬退火算法加近似模型分別對機組葉型優(yōu)化,對比選擇性能較優(yōu)的葉型作為增容后葉型方案,使其適應新的工況。對擴容后機組取流量約束±1%,通過葉型尋優(yōu),整機效率提高0.57%。最終計算結果表明,通過增容方案設計,渦輪功率由521MW增到574MW,提高了10.17%,達到設計要求。
　　在冷卻

4、結構上,參照9FA的葉片冷卻結構,針對增容后各級工況發(fā)生改變,通流面積增大,葉片高度增加進行冷卻結構優(yōu)化設計?？紤]到燃氣流量增大,級前總溫也發(fā)生改變,需對9FA機組冷卻方案重新評估。以第三級渦輪為例,采用CFX軟件對增容前后第三級渦輪工作狀態(tài)進行數(shù)值模擬。分析增容前后渦輪葉片表面溫度變化。發(fā)現(xiàn)隨著燃氣流量增大,以原冷氣方案提供的冷氣量冷卻第三級靜葉,第三級靜葉葉片表面最高溫度上升約6K,影響機組的工作壽命。為保證機組正常的使用,提高第三