一种具有双通道调节级的汽轮机组、计算方法及运行方法

1.本发明属于汽轮机技术领域，尤其涉及一种具有双通道调节级的汽轮机组、计算方法及运行方法。


背景技术：

[0002]“双碳”战略推动构建以新能源为主体的新型电力系统，随着大规模具有随机波动性的光伏、风电等新能源电力并网，迫使以燃煤火电为主体的基础电力全面参与深度调峰。燃煤火电机组设计主要考虑额定负荷工况下的运行效率，在深度调峰过程中的中低负荷工况下的机组发电能效急剧恶化，相比于额定负荷工况，常规燃煤火电机组30％额定负荷工况煤耗增加30-40g/kw
·
h，其直接原因是在主蒸汽压力“定-滑-定”运行方式下，中低负荷下主蒸汽压力大幅降低，直接导致热力系统循环效率下降，同时还增大汽轮机本体通流损失。
[0003]
一般而言，大型汽轮机的调节级多采用喷嘴配汽方式，通过控制喷嘴组调阀开闭，调整调节级通流面积，进而协同控制主蒸汽压力、流量。调节级内喷嘴组为渐缩型喷管，可将蒸汽在临界压比下加速至当地音速。在中低负荷下，调节级背压较小，大幅度提高主蒸汽压力将直接导致调节级压比小于临界压比从而造成巨大的损失。如何保障燃煤火电机组深度调峰过程中低负荷工况下的运行效率已成为我国能源转型的迫切需求。


技术实现要素：

[0004]
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有双通道调节级的汽轮机组、计算方法及运行方法，主要用于解决现有技术中燃煤火电机组在参与深度调峰过程中，中低负荷下运行效率低、调节能力差等问题。
[0005]
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0006]
第一方面，本发明提供一种具有双通道调节级的汽轮机组，包括主汽阀门和高压缸，所述主汽阀门连接所述高压缸，所述高压缸内设有调节级，所述调节级设有第一喷嘴通道和第二喷嘴通道，所述第一喷嘴通道和第二喷嘴通道沿径向由内至外布置，所述第一喷嘴通道和第二喷嘴通道均分别设有渐缩型和/或缩放型喷嘴组，所述主汽阀门与各个所述渐缩型喷嘴组、缩放型喷嘴组之间设有调节阀门。
[0007]
进一步地，所述调节级设有压力级组，所述压力级组包括第一静叶栅、第二静叶栅和动叶栅，所述第一喷嘴通道出口设有所述第一静叶栅，所述第二喷嘴通道出口设有所述第二静叶栅，所述第一静叶栅对应于所述动叶栅的内圈部分，所述第二静叶栅对应于所述动叶栅的外圈部分，所述第一静叶栅和第二静叶栅共用所述动叶栅。
[0008]
进一步地，所述调节级设有第一压力级组和第二压力级组，所述第一压力级组和第二压力级组为串联连接，所述第一喷嘴通道与所述第一压力级组相连，所述第二喷嘴通道与所述第二压力级组相连。
[0009]
进一步地，所述第二喷嘴通道由若干个渐缩型喷嘴组构成，所述第一喷嘴通道由
若干个缩放型喷嘴组构成，在所述缩放型喷嘴组后设置复速级，所述复速级包括至少两列动叶。
[0010]
进一步地，所述第一喷嘴通道由0个或偶数个渐缩型喷嘴组及0个或偶数个缩放型喷嘴组构成；所述第二喷嘴通道由0个或偶数个渐缩型喷嘴组及0个或偶数个缩放型喷嘴组构成。
[0011]
进一步地，分别在所述第一喷嘴通道和/或第二喷嘴通道中，按两个所述渐缩型喷嘴组为一对将若干个所述渐缩型喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组沿所述调节级圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以所述圆形截面的圆心采取中心对称布置；
[0012]
按两个所述缩放型喷嘴组为一对将若干个所述缩放型喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个所述缩放型喷嘴组沿所述调节级圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以所述圆形截面的圆心采取中心对称布置。
[0013]
进一步地，所述渐缩型喷嘴组与所述缩放型喷嘴组沿所述调节级的周向布置、并在所述调节级的周向上依次交替布置。
[0014]
进一步地，所述第一喷嘴通道中所述渐缩型喷嘴组的数量有m1个，每个所述渐缩型喷嘴组的出口截面积为s，且s1≤s2≤s3≤
…
≤s
m1
；
[0015]
所述第一喷嘴通道中所述缩放型喷嘴组的数量有n
1-m1个，n
1-m1≥0，每个所述缩放型喷嘴组的设计压比为π，且π
m1+1
≤π
m1+2
≤π
m1+3
≤
…
≤π
n1
；
[0016]
同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组对应的出口截面积为si和s
i+1
，其中i为[1,m1]中的奇数；
[0017]
同属一个布置对组中的两个所述缩放型喷嘴组对应的设计压比为πj和π
j+1
，其中j为[m1+1,n1]中的奇数。
[0018]
进一步地，所述第二喷嘴通道中所述渐缩型喷嘴组的数量有m2个，每个所述渐缩型喷嘴组的出口截面积为s`，且s`1≤s`2≤s`3≤
…
≤s`
m2
；
[0019]
所述第二喷嘴通道中所述缩放型喷嘴组的数量有n
2-m2个，n
2-m2≥0，每个所述缩放型喷嘴组的设计压比为π`，且π`
m2+1
≤π`
m2+2
≤π`
m2+3
≤
…
≤π`
n2
；
[0020]
同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组对应的出口截面积为s`i和s`
i+1
，其中i为[1,m2]中的奇数；
[0021]
同属一个布置对组中的两个所述缩放型喷嘴组对应的设计压比为π`j和π`
j+1
，其中j为[m2+1,n2]中的奇数。
[0022]
第二方面，本发明提供一种计算方法，应用于如上所述的一种具有双通道调节级的汽轮机组中第一喷嘴通道和第二喷嘴通道中喷嘴组的通流面积的计算，包括以下步骤：
[0023]
确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷边界l
x
，则所述渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间为[l
x
,满负荷]，所述缩放型喷嘴组的设计工作负荷区间为[l
x0
,l
x
]，其中0《l
x0
≤30％；
[0024]
根据机组满负荷工况参数确定渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
；
[0025]
确定渐缩型喷嘴组的组合数量，根据该组合数量确定渐缩型喷嘴组运行的阀点数量；
[0026]
根据渐缩型喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个渐缩型
喷嘴组的组合对应的通流面积a1～a
m1+m2
；
[0027]
确定缩放型喷嘴组的组合数量，根据该组合数量确定缩放型喷嘴组运行的阀点数量；
[0028]
根据缩放型喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个缩放型喷嘴组对应的出口面积a`1～a`
(n1-m1)+(n2-m2)
；
[0029]
根据第一喷嘴通道、第二喷嘴通道中含有的喷嘴组通流面积，确定第一、第二喷嘴组的部分进汽度e1、e2，以及叶高l1、l2。
[0030]
进一步地，在确定渐缩喷嘴组工作负荷区间的下负荷边界l时，包括以下步骤：设p
0,max
为汽轮机组允许的最大主汽压，r为蒸汽流经主汽门造成的压损系数，取值为0～10％；喷嘴组的临界压比根据式计算，其中k为过热蒸汽等熵指数，取值为1.2至1.5；再设定调节级入口压力p1＝p
0,max
×
(1-r)，根据喷嘴组的临界压比π
cr
确定负荷l，使得该负荷下调节级背压pb满足pb/p1＝π
cr
；
[0031]
在确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷边界l
x
时，包括以下步骤：确定最小渐缩喷嘴组组合a1对应的负荷l1，δl为渐缩型喷嘴组滑压运行区间，范围为5％～20％，则l
x
＝l
1-δl；
[0032]
在确定渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
时，包括以下步骤：获得满负荷工况下主蒸汽流量d、调节级背压pb，并设定主蒸汽压力为设计压力p
0,max
，主汽门压损为r。根据渐缩型喷嘴流量压比关系式，获得渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
：
[0033][0034]
其中，d是满负荷时主蒸汽质量流量，单位kg/s；a
1～m1+m2
是所有渐缩型喷嘴组的总通流面积，单位m2；ρ0是入口蒸汽密度，单位kg/m3；
[0035]
确定各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积a1～a
m1+m2
时，包括以下步骤：根据m1+m2个渐缩型喷嘴组按面积组合的选择性结果设定渐缩型喷嘴组工作负荷区间[l
x
,满负荷]的阀点，获得阀点工况下调节级背压pb,主蒸汽流量d,并设定主蒸汽压力为设计压力p
0,max
，主汽门压损为r。根据渐缩型喷嘴流量压比关系式，获得各个渐缩型喷嘴组的通流面积a1～a
m1+m2
；
[0036]
确定各个缩放型喷嘴组对应的通流面积a`1～a`
(n1-m1)+(n2-m2)
时，包括以下步骤：组合设计压比相同的缩放型喷嘴组，并根据缩放型喷嘴组组合设定缩放型喷嘴组工作负荷区间[0,l
x
]内的阀点，获得阀点工况下调节级背压pb,主蒸汽流量d
x
,并设定主蒸汽压力为设计压力p
0,max
，主汽门压损为r。根据缩放喷嘴流量压比关系式，获得该缩放型喷嘴组组合的总通流面积a：
[0037][0038]
其中，d
x
是该负荷时主蒸汽质量流量，单位为kg/s；a是该缩放型喷嘴组组合的总通流面积，也即总喉部面积，单位m2；π
cr
是临界压比。
[0039]
确定第一、第二喷嘴组的部分进汽度e1、e2，以及叶高的叶高l1、l2时，包含以下步骤：
[0040]
调节级静叶栅隔板外径为d0，第一喷嘴环形通道的第一、第二径分别为d0、d1,其中d0《d1；第二喷嘴环形通道的第一、第二径为d2,d3，其中d1《d2，d2《d3此时应满足以下关系式：
[0041][0042]
选定0.1《e1《0.9，0.1《e2《0.9，进而获得第一喷嘴组叶高为l1＝0.5
×
(d
1-d0)，第二喷嘴组叶高为l2＝0.5
×
(d
2-d1)。
[0043]
第三方面，本发明提供一种具有双通道调节级的汽轮机组的运行方法，包括以下步骤：
[0044]
汽轮机组满负荷运行时，打开第一喷嘴通道和第二喷嘴通道中所有所述渐缩型喷嘴组的调节阀门，并关闭第一喷嘴通道和第二喷嘴通道中所有所述缩放型喷嘴组的调节阀门；
[0045]
在[l
x
,满负荷]负荷区间内，根据所述渐缩型喷嘴组运行的阀点数量，划分若干个渐缩型喷嘴运行负荷区间，将每一个所述渐缩型喷嘴运行负荷区间绑定于所述渐缩型喷嘴组按面积组合的选择性结果中的一种组合，在每一个所述渐缩型喷嘴运行负荷区间内，所述汽轮机组按滑压运行方式运行，直至负荷降至下一个阀点位置；
[0046]
当汽轮机组负荷落于某一所述渐缩型喷嘴运行负荷区间时，打开对应渐缩型喷嘴组组合的调节阀门，并关闭其余喷嘴组；
[0047]
在[l
x0
,l
x
]负荷区间内，根据所述缩放型喷嘴组运行的阀点数量，划分若干个缩放型喷嘴组运行负荷区间，将每一个所述缩放型喷嘴组运行负荷区间绑定于所述缩放型喷嘴组的设定排列组合中的一种组合，在每一个所述缩放型喷嘴组运行负荷区间内，所述汽轮机组按滑压运行方式运行，直至负荷降至下一个阀点位置；
[0048]
当汽轮机组负荷落于某一所述缩放型喷嘴组运行负荷区间时，打开对应缩放型喷嘴组组合的调节阀门，并关闭其余喷嘴组。
[0049]
进一步地，所述渐缩型喷嘴组或缩放型喷嘴组按面积组合的选择性结果，包括阀门未完全关闭的阀门或未完全开启的阀门，即上行、下行阀序之间都保留一定的重叠度。
[0050]
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
[0051]
在高压缸的调节级中设置有沿着径向由内至外布置的两个通道，两个通道分别设
有渐缩型和/或缩放型喷嘴组，采用双通道向调节级供气，克服了单通道供气时效果不佳、供气不均、调节性不强的缺陷，且双通道中存在缩放型喷嘴组，当机组运行在[l
x
,满负荷]高负荷工况下时，打开渐缩型喷嘴组，当机组运行在[l
x0
,l
x
]中低负荷工况时，打开缩放型喷嘴组，蒸汽在缩放型喷嘴组内膨胀加速至超音速，将运行压力大幅提高至允许的最大压力，提高运行效率，降低压损；
[0052]
利用内圈喷嘴通道比外圈喷嘴通道通流面积小的特点，将渐缩型喷嘴组布置在外圈喷嘴通道，将缩放型喷嘴组布置在内圈喷嘴通道，使得在高低负荷工况下切换喷嘴组时，可大幅减小内圈喷嘴通道中缩放型喷嘴组的部分进汽度，提高调节级效率；
[0053]
在两个喷嘴通道中，都可将渐缩型喷嘴组按两个为一对地分成至少一对布置对组，且同属一对布置对组中的渐缩型喷嘴组通流面积相近或相等，一对渐缩型喷嘴组布置对组沿所述调节级的轴对称布置或中心对称布置，同理，压比相近或相等的一对缩放型喷嘴组布置对组也沿所述调节级的轴对称布置或中心对称布置，且渐缩型喷嘴组与所述缩放型喷嘴组在调节级的周向上依次交替布置，可有效平衡喷嘴组通流蒸汽时产生的相互作用力，提高汽轮机组运行的稳定性；
[0054]
先确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界l
x
，以分别界定渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间[l
x
,满负荷]和所述缩放型喷嘴组的设计工作负荷区间[l
x0
,l
x
]，再推算得到渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
及根据渐缩型喷嘴组组合数量得到各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积a1～a
m1+m2
，最后根据缩放型喷嘴组的组合数量推算各个缩放型喷嘴组对应的通流面积a`1～a`
(n1-m1)+(n2-m2)
，以此确定各个喷嘴通流面积；
[0055]
运行负荷区间与喷嘴组的组合一一对应，当汽轮机组运行至某一具体的渐缩型喷嘴运行负荷区间时，打开对应渐缩型喷嘴组组合的调节阀门；当汽轮机组负荷落于某一具体的缩放型喷嘴组运行负荷区间时，打开对应缩放型喷嘴组组合的调节阀门，在运行负荷区间中则通过滑压方式运行，保证在不同负荷工况下，均调整至合适的喷嘴通流面积下运行，以提高机组运行压力，降低压损，提高运行效率。
[0056]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
[0057]
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0058]
图1是本发明的一种具有双通道调节级的汽轮机组的结构示意图。
[0059]
图2是本发明的一种具有双通道调节级的汽轮机组中调节级的剖面示意图。
[0060]
图3是调节级的剖面沿转轴方向的截面变化示意图。
[0061]
图4是一种实施方式下压力级组的结构示意图。
[0062]
图5是另一种实施方式下压力级组的结构示意图。
[0063]
图6是在一种实施例中喷嘴通道的喷嘴组示意图。
具体实施方式
[0064]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0066]
在本发明的描述中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
[0067]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0068]
第一方面，参照图1至图6，在本实施例中公开了一种具有双通道调节级2的汽轮机组，包括主汽阀门13和高压缸6，主汽阀门13连接高压缸6，当然地，作为汽轮机配套的机构，还包括有汽轮机转轴1、中压缸7、低压缸8、发电机9，高压缸6、中压缸7、低压缸8、发电机9沿着汽轮机转轴1的中心轴线方向依次安装布置，低压缸8排汽出口连接凝汽器10；凝汽器10凝结水出口通过给水管路连接锅炉12给水入口，另外在给水管路上沿着水流方向依次连接凝结水泵15、低压加热器16、除氧器17、给水泵11和高压加热器18；锅炉12的出口通过主蒸汽管道与高压缸6蒸汽入口连接，主汽阀门13设在主蒸汽管道中，高压缸6的出气口经过锅炉12后通过中调门14与中压缸7的进气口连接。
[0069]
其中，高压缸6内设有调节级2，调节级2位于高压缸6的常规压力级之前，调节级2设有第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5，第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5沿径向由内至外布置，第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5在通道部分可分为内圈和外圈，外圈在位置上包围在内圈之外，但是第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5的出口部分可以是由内至外布置，也可以是同径布置；
[0070]
第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5均分别设有渐缩型和/或缩放型喷嘴组，主汽阀门13与各个渐缩型喷嘴组、缩放型喷嘴组之间设有调节阀门，利用调节阀门来控制各个渐缩型喷嘴组、缩放型喷嘴组的通断，需要注意的是，第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5的喷嘴组设置情况可以是一致的，也可以是不同的，两个通道的喷嘴组是独立设置独立控制。在第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5中至少存在一个通道设有缩放型喷嘴组，由于渐缩型喷嘴组只能将蒸汽在临界压比下加速到当地音速，当负荷工况降低时，调节级2背压较小，大幅度提高主蒸汽压力将直接导致调节级2压比小于临界压比，造成巨大的损失；因此在第一喷嘴通道4和/或第二喷嘴通道5中设置缩放型喷嘴组，当机组运行在[lx,满负荷]高负荷工况下时，打开渐缩型喷嘴组，当机组运行在[lx0,lx]中低负荷工况时，打开缩放型喷嘴组，蒸汽在缩放型喷嘴组内膨胀加速至超音速，将运行压力大幅提高至允许的最大压力，提高运行效率，降低压损，实现了在高中低全负荷工况的高效运行。
[0071]
另外地，结合图2，由于调节级2采用的是部分进汽方式，如果单通道进汽容易产生供气不均、效果不佳等问题，因此本实施例通过内外双通道的方式，增加了一个进汽通道，
即使每个通道仍是部分进汽，但是通过调整每个喷嘴通道中喷嘴组的位置，仍能达到在不同负荷工况下均匀进汽的目标，提高供气效果，在调节切换不同喷嘴组时效果更好。结合图3，通过调节级静叶栅子午面3所示，在沿着轴向方向，第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5会产生径向上收缩的变化。
[0072]
更进一步地，利用内圈喷嘴通道比外圈喷嘴通道通流面积小的特点，将渐缩型喷嘴组布置在外圈喷嘴通道，将缩放型喷嘴组布置在内圈喷嘴通道，使得在高低负荷工况下切换喷嘴组时，可大幅减小内圈喷嘴通道中缩放型喷嘴组的部分进汽度，提高调节级2效率。
[0073]
对于第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5与调节级2中压力级组的连接方式，至少存在以下两种方式：
[0074]
参照图4，作为一种实施方式，压力级组包括第一静叶栅41、第二静叶栅51和动叶栅31，第一喷嘴通道4出口设有第一静叶栅41，第二喷嘴通道5出口设有第二静叶栅51，第一喷嘴通道4在内圈，第二喷嘴通道5在外圈，第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5沿着径向由内至外布置，第一静叶栅41和第二静叶栅51同样是沿着径向依次布置，即第一静叶栅41和第二静叶栅51沿径向的投影重合，其中第一静叶栅41对应于动叶栅31的内圈部分32，第二静叶栅51对应于动叶栅31的外圈部分33，第一静叶栅41和第二静叶栅51共用动叶栅31，相当于一个动叶栅31对应两个静叶栅，不管是内圈的第一喷嘴通道4还是外圈的第二喷嘴通道5，其中的蒸汽分别通过其对应的静叶栅后，都可同样作用在一个动叶栅31处，只是作用的部位不一样，相当于在动叶栅31之前并联了两个静叶栅及其通道；另外地，在动叶栅31的内圈和外圈两部分的交界处，可设置汽封组件34与汽轮机定子保持密封。
[0075]
参照图5，作为另一种实施方式，调节级2设有第一压力级组42和第二压力级组52，第一压力级组42和第二压力级组52为串联连接，均设置在高压缸6的常规压力级组之前，第一喷嘴通道4与第一压力级组42相连，第二喷嘴通道5与第二压力级组52相连，第一压力级组42在前，第二压力级组52在后；当高负荷工况运行时，开通外圈的第二喷嘴通道5，此时只有第二压力级组52投入运行；当中低负荷工况运行时，则开通内圈的第一喷嘴通道4，此时由于第一压力级组42和第二压力级组52的串联连接关系，第一压力级组42和第二压力级组52均投入运行，适应在中低负荷下对多压力级的需求，同时内圈的流通面积变小，大幅减小内圈喷嘴通道中缩放型喷嘴组的部分进汽度，提高调节级2效率。另外地，在第一压力级组42和第二压力级组52之间设置逆止门53，当只有第一喷嘴通道4进气时，逆止门53打开，同时阻挡了第二喷嘴通道5的出气口；当只有第二喷嘴通道5进气时，逆止门53关闭，防止第一压力级组42空转。
[0076]
至于在第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5中各喷嘴组的构成，至少存在以下几种情况：
[0077]
在一种可能的实施方式中，第一喷嘴通道4由若干个渐缩型喷嘴组和若干个缩放型喷嘴组构成，第二喷嘴通道5也由若干个渐缩型喷嘴组和若干个缩放型喷嘴组构成。
[0078]
在另一种可能的实施方式中，第一喷嘴通道4由若干个渐缩型喷嘴组构成；第二喷嘴通道5由若干个缩放型喷嘴组构成。
[0079]
在另一种可能的实施方式中，第二喷嘴通道5由若干个渐缩型喷嘴组构成，第一喷嘴通道4由若干个缩放型喷嘴组构成，在缩放型喷嘴组后设置复速级，复速级包括至少两列
动叶，设置复速级的目的在于，当在中低负荷下需要切换至内圈的第一喷嘴通道4时，即利用缩放型喷嘴组对蒸汽进行加速后，能通过具有多列动叶的复速级提高运行效率，降低压损。
[0080]
在一些实施例中，第一喷嘴通道4由0个或偶数个渐缩型喷嘴组及0个或偶数个缩放型喷嘴组构成；第二喷嘴通道5由0个或偶数个渐缩型喷嘴组及0个或偶数个缩放型喷嘴组构成，即不管在第一喷嘴通道4还是第二喷嘴通道5，不会存在单数个喷嘴组，同一类型的喷嘴组要不没有，要不是偶数个。
[0081]
更进一步地，在第一喷嘴通道4和/或第二喷嘴通道5中，都分别具有以下特征：渐缩型喷嘴组的数量为偶数，按两个渐缩型喷嘴组为一对将若干个渐缩型喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个渐缩型喷嘴组沿调节级2圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以圆形截面的圆心采取中心对称布置；
[0082]
缩放型喷嘴组的数量为偶数，按两个缩放型喷嘴组为一对将若干个缩放型喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个缩放型喷嘴组沿调节级2圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以圆形截面的圆心采取中心对称布置。
[0083]
相当于是，将若干个渐缩型喷嘴组两两分组，为了避免当一个喷嘴组通流蒸汽时所产生的相互作用力，使得汽轮机组运行稳定性降低，所以在这个喷嘴组轴对称或者中心对称的一侧也设置一个喷嘴组，这两个相对的喷嘴组所产生的作用力会大程度抵消，以降低对汽轮机组的稳定性影响。
[0084]
参照图6，接下来以其中一个喷嘴通道的各个喷嘴组为例作为说明，其中标号21、22、23、24均为渐缩型喷嘴组，与其对应的调节阀门的标号分别为210、220、230、240；标号25、26、27、28均为缩放型喷嘴组，与其对应的调节阀门的标号分别为250、260、270、280；即在一些实施例中，渐缩型喷嘴组与缩放型喷嘴组在调节级2的周向上依次交替布置，即两个渐缩型喷嘴组之间设置一个缩放型喷嘴组，两个缩放型喷嘴组之间设置一个渐缩型喷嘴组，彼此交替布置，这样做的目的在于，当在不同负荷工况下运行，切换至不同的喷嘴组导通时，喷嘴组距离尽量不贴太近，防止受力不均。
[0085]
更具体地，第一喷嘴通道4中渐缩型喷嘴组的数量有m1个，每个渐缩型喷嘴组的出口截面积为s，且s1≤s2≤s3≤
…
≤s
m1
，此出口截面积相当于是渐缩型喷嘴组的通流面积；
[0086]
第一喷嘴通道4中缩放型喷嘴组的数量有n
1-m1个，n
1-m1≥0，每个缩放型喷嘴组的设计压比为π，且π
m1+1
≤π
m1+2
≤π
m1+3
≤
…
≤π
n1
；
[0087]
同属一个布置对组中的两个渐缩型喷嘴组对应的出口截面积为si和s
i+1
，其中i为[1,m1]中的奇数；
[0088]
同属一个布置对组中的两个缩放型喷嘴组对应的设计压比为πj和π
j+1
，其中j为[m1+1,n1]中的奇数。
[0089]
需要说明的是，m1个渐缩型喷嘴组的出口截面积未必全部相等，将出口截面积从小至大排序，依次两两组队成为一个布置对组中的两个渐缩型喷嘴组，即面积s1、s2对应的渐缩型喷嘴组作为一个布置对组，面积s3、s4对应的渐缩型喷嘴组作为一个布置对组，面积s
m-1
、sm对应的渐缩型喷嘴组作为一个布置对组，如此一来，在沿调节级2的轴对称布置或中心对称布置时，同一个布置对组的两个喷嘴组所产生的作用力更加接近，即小的与小的对冲，大的与大的对冲，使得机组在调整过程中稳定性更好。同理的，在渐缩型喷嘴组中用出
口截面积作为分组依据，在缩放型喷嘴组中用设计压比作为分组依据，设计压比相同或者相近的两个缩放型喷嘴组作为一对布置对组。
[0090]
另外地，渐缩型喷嘴组与缩放型喷嘴组在周向上依次交替布置时，也参照以上出口截面积和设计压比的关系，举个例子，沿着顺时针方向，先是出口截面积最小的s1对应的渐缩型喷嘴组，再是设计压比最小的π
m+1
对应的缩放型喷嘴组，再是出口截面积s2对应的渐缩型喷嘴组，再是设计压比π
m+2
对应的缩放型喷嘴组，最后是出口截面积最大的sm对应的渐缩型喷嘴组，和设计压比最大的πn对应的缩放型喷嘴组，按照大小顺序依次交替。
[0091]
另外地，第二喷嘴通道5中渐缩型喷嘴组的数量有m2个，每个渐缩型喷嘴组的出口截面积为s`，且s`1≤s`2≤s`3≤
…
≤s`
m2
；
[0092]
第二喷嘴通道5中缩放型喷嘴组的数量有n
2-m2个，n
2-m2≥0，每个缩放型喷嘴组的设计压比为π`，且π`
m2+1
≤π`
m2+2
≤π`
m2+3
≤
…
≤π`
n2
；
[0093]
同属一个布置对组中的两个渐缩型喷嘴组对应的出口截面积为s`i和s`
i+1
，其中i为[1,m2]中的奇数；
[0094]
同属一个布置对组中的两个缩放型喷嘴组对应的设计压比为π`j和π`
j+1
，其中j为[m2+1,n2]中的奇数。
[0095]
第二喷嘴通道5与第一喷嘴通道4的原理一样，在此不再赘述，参照上述说明。
[0096]
第二方面，本实施例提供一种计算方法，应用于如上实施例的一种具有双通道调节级2的汽轮机组中第一喷嘴通道4和第二喷嘴通道5中喷嘴组的通流面积的计算，包括以下步骤：
[0097]
确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷边界l
x
，则渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间为[l
x
,满负荷]，缩放型喷嘴组的设计工作负荷区间为[l
x0
,l
x
]，其中0《l
x0
≤30％；通过确定l
x
来将高负荷工况和中低负荷工况分开，高负荷工况中只允许渐缩型喷嘴组打开，中低负荷工况只允许缩放型喷嘴组打开；
[0098]
根据机组满负荷工况参数确定渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
；
[0099]
确定渐缩型喷嘴组的组合数量，根据渐缩型喷嘴组的设置数量，确定能组合成的需要的面积组合数量，根据该组合数量确定渐缩型喷嘴组运行的阀点数量；
[0100]
根据渐缩型喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个渐缩型喷嘴组的组合对应的通流面积a1～a
m1+m2
；
[0101]
确定缩放型喷嘴组的组合数量，根据缩放型喷嘴组的设置数量，确定能组合成的需要的面积组合数量，根据该组合数量确定缩放型喷嘴组运行的阀点数量；
[0102]
根据缩放型喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个缩放型喷嘴组对应的出口面积a`1～a`
(n1-m1)+(n2-m2)
；
[0103]
根据第一喷嘴通道4、第二喷嘴通道5中含有的喷嘴组通流面积，确定第一、第二喷嘴组的部分进汽度e1、e2，以及叶高l1、l2。
[0104]
更具体地，首先，在确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界l
x
时，包括以下步骤：假设缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界l
x
，则渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间为[l
x
,满负荷]，缩放型喷嘴组的设计工作负荷区间为[l
x0
,l
x
]，其中0《l
x0
≤30％，设p
0,max
为汽轮机组允许的最大主汽压，r为蒸汽流经主汽门造成的压损系数，取值为0～
10％；喷嘴组的临界压比根据式计算，其中k为过热蒸汽等熵指数，取值为1.2至1.5；再设定调节级2入口压力p1＝p
0,max
×
(1-r)，根据喷嘴组的临界压比π
cr
确定负荷l，使得该负荷下调节级2背压pb满足pb/p1＝π
cr
；
[0105]
在确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷边界l
x
时，包括以下步骤：确定最小渐缩喷嘴组组合a1对应的负荷l1，δl为渐缩型喷嘴组滑压运行区间，范围为5％～20％，则l
x
＝l
1-δl；
[0106]
其次，在确定渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
时，包括以下步骤：获得满负荷工况下主蒸汽流量d、调节级2背压pb，并设定主蒸汽压力为设计压力p
0,max
，主汽门压损为r。根据渐缩型喷嘴流量压比关系式，获得渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
：
[0107][0108]
其中，d是满负荷时主蒸汽质量流量，单位kg/s；a
1～m1+m2
是所有渐缩型喷嘴组的总通流面积，单位m2；ρ0是入口蒸汽密度，单位kg/m3；
[0109]
然后，确定各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积a1～a
m1+m2
时，包括以下步骤：根据m1+m2个渐缩型喷嘴组按面积组合的选择性结果设定渐缩型喷嘴组工作负荷区间[l
x
,满负荷]的阀点，获得阀点工况下调节级2背压pb,主蒸汽流量d,并设定主蒸汽压力为设计压力p
0,max
，主汽门压损为r。根据渐缩型喷嘴流量压比关系式，获得各个渐缩型喷嘴组的通流面积a1～a
m1+m2
；需要说明的是，由于每个渐缩型喷嘴组都有对应的出口截面积，按照面积的组合，从大到小排序，从中选取需要的组合结果，例如有四个渐缩型喷嘴组，选择以下的组合结果：s1+s2，s1+s3，s
2+
s3，s1+s2+s3，s2+s3+s4，s1+s2+s3+s4，分别是从小到大排序，存在6个组合结果，也将[l
x
,满负荷]划分为六个阀点，在进一步获得各个渐缩型喷嘴组的通流面积a1～a
m1+m2
；
[0110]
确定各个缩放型喷嘴组对应的通流面积a`1～a`
(n1-m1)+(n2-m2)
时，包括以下步骤：组合设计压比相同的缩放型喷嘴组，并根据缩放型喷嘴组组合设定缩放型喷嘴组工作负荷区间[0,l
x
]内的阀点，举例说明，存在四个缩放型喷嘴组，其设计压比存在以下关系π5＝π6《π7＝π8，在分组时将π5+π6分为一组，π7+π8分为一组，相当于在[l
x0
,l
x
]区间内设了两个阀点；获得阀点工况下调节级2背压pb,主蒸汽流量d
x
,并设定主蒸汽压力为设计压力p
0,max
，主汽门压损为r。根据缩放喷嘴流量压比关系式，获得该缩放型喷嘴组组合的总通流面积a：
[0111][0112]
其中，d
x
是该负荷时主蒸汽质量流量，单位为kg/s；a是该缩放型喷嘴组组合的总通流面积，也即总喉部面积，单位m2；π
cr
是临界压比。
[0113]
确定第一、第二喷嘴组的部分进汽度e1、e2，以及叶高的叶高l1、l2时，包含以下步骤：
[0114]
调节级2静叶栅隔板外径为d0，第一喷嘴环形通道的第一、第二径分别为d0、d1,其中d0《d1；第二喷嘴环形通道的第一、第二径为d2,d3，其中d1《d2，d2《d3此时应满足以下关系式：
[0115][0116]
选定0.1《e1《0.9，0.1《e2《0.9，进而获得第一喷嘴组叶高为l1＝0.5
×
(d
1-d0)，第二喷嘴组叶高为l2＝0.5
×
(d
2-d1)。
[0117]
第三方面，本实施例提供一种具有双通道调节级2的汽轮机组的运行方法，需要说明的是，本运行方法适用于以上各个实施例中的汽轮机组，也即适用于各种布置情况的第一喷嘴通道4、第二喷嘴通道5和渐缩型喷嘴组、缩放型喷嘴组，为了方便说明，以下将以特定实施例下的汽轮机组进行说明，在本实施例中，汽轮机组的第一喷嘴通道4处于内圈，且由缩放型喷嘴组构成，第二喷嘴通道5处于外圈，且由渐缩型喷嘴组构成；运行方法具体包括以下步骤：
[0118]
汽轮机组满负荷运行时，打开第二喷嘴通道5中所有渐缩型喷嘴组的调节阀门，并关闭第一喷嘴通道4中所有缩放型喷嘴组的调节阀门，并通流机组满负荷流量的蒸汽，主汽阀门13前的蒸汽压力恰好为汽轮机组设计的最高运行压力p
0,max
。此时，给水经锅炉12加热成高温高压过热蒸汽后，经主汽门以及渐缩型喷嘴对应的调节阀门，分别送往各个渐缩型喷嘴并膨胀加速，加速后的蒸汽在汽轮机组中继续膨胀做功，并驱动汽轮机转轴1将机械能转为电能。在满负荷工况下，本实施例的汽轮机组只需打开第二喷嘴通道5中的渐缩型喷嘴组，其与常规机组的运行压力相同，具有相当的机组发电能效。
[0119]
在[l
x
,满负荷]负荷区间内，根据渐缩型喷嘴组运行的阀点数量，划分若干个渐缩型喷嘴运行负荷区间，将每一个渐缩型喷嘴运行负荷区间绑定于渐缩型喷嘴组按面积组合的选择性结果中的一种组合，在每一个渐缩型喷嘴运行负荷区间内，随着负荷降低，蒸汽流量减少，调节级2背压减小，汽轮机组按滑压运行方式运行，直至负荷降至下一个阀点位置；此时，过热蒸汽经主汽门以及处于通流状态的渐缩型喷嘴组所对应的调节阀门，分别送入通流状态的渐缩型喷嘴组内膨胀加速，加速后的蒸汽在汽轮机组中继续膨胀做功，并驱动汽轮机转轴1将机械能转为电能。此时，相比于常规机组，本实施例的汽轮机组因调节级2节流损失大幅减小、且通常具有更高的主汽压力，因此，提高了汽轮机组的循环效率和整体发电能效。
[0120]
当在渐缩型喷嘴运行负荷区间中滑压运行至阀点后，随着负荷逐渐减小，汽轮机组负荷落于某一渐缩型喷嘴运行负荷区间时，在相应各个阀点位置，该阀点通流面积所对应的渐缩型喷嘴组组合的调节阀门开启，关闭其余喷嘴组，且通流阀点工况蒸汽，主汽阀门13前的蒸汽压力恰好为汽轮机组设计的最高运行压力p
0,max
。此时，过热蒸汽经主汽阀门13
以及阀点位置对应的渐缩型喷嘴组调节阀，分别送入阀点渐缩型喷嘴组内膨胀加速，加速后的蒸汽在汽轮机组中继续膨胀做功，并驱动汽轮机转轴1将机械能转为电能。此时，相比于常规机组，本实施例的汽轮机组在该阀点的运行压力提高至允许的最大压力，循环效率显著提高，同时阀点工况调节级2压损极小，因此，本实施例极其显著地提高了汽轮机组的整体发电能效。
[0121]
随着负荷继续降低，当降低至l
x
时，开启l
x
该负荷阀点压比所对应的缩放型喷嘴组，其他喷嘴组关闭，即关闭第二喷嘴通道5中所有渐缩型喷嘴组的调节阀门，开启第一喷嘴通道4中对应的缩放型喷嘴组，通流阀点工况蒸汽，主汽阀门13前的蒸汽压力恰好为汽轮机组设计的最高运行压力p
0,max
。此时，过热蒸汽经主汽阀门13以及阀点压比对应的缩放型喷嘴组调节阀，分别送入阀点缩放型喷嘴组内膨胀加速至超音速，超音速蒸汽流在汽轮机组中继续膨胀做功，并驱动汽轮机转轴1将机械能转为电能。由于常规机组多采用滑压运行，在l
x
负荷工况时已经滑压至较低的主汽压力，相比于此，本实施例的汽轮机组在该阀点的运行压力大幅提高至允许的最大压力，循环效率显著提高，同时阀点工况调节级2压损极小，因此，本实施例极其显著地提高了汽轮机组的整体发电能效。
[0122]
在[l
x0
,l
x
]负荷区间内，根据缩放型喷嘴组运行的阀点数量，划分若干个缩放型喷嘴组运行负荷区间，将每一个缩放型喷嘴组运行负荷区间绑定于缩放型喷嘴组的设定排列组合中的一种组合，在每一个缩放型喷嘴组运行负荷区间内，随着负荷降低，蒸汽流量减少，调节级2背压减小，汽轮机组按滑压运行方式运行，直至负荷降至下一个阀点位置；由于常规机组多采用滑压运行，此时已经滑压至较低的主汽压力，相比于此，本实施例的汽轮机组阀点间的负荷区间较窄，阀点工况时的主汽压力为允许的最大主汽压，即使在该负荷区间也采用滑压运行，但主汽压力仍远高于常规机组，同时阀点工况调节级2压损极小，因此，本实施例显著地提高了汽轮机组的整体发电能效。
[0123]
当在缩放型喷嘴组运行负荷区间中滑压运行至阀点后，随着负荷逐渐减小，汽轮机组负荷落于某一缩放型喷嘴组运行负荷区间，打开对应缩放型喷嘴组组合的调节阀门，并关闭其余喷嘴组，通流阀点工况蒸汽，主汽阀门13前的蒸汽压力恰好为汽轮机组设计的最高运行压力p
0,max
。此时，过热蒸汽经主汽阀门13以及阀点压比对应的缩放型喷嘴组调节阀，分别送入阀点缩放型喷嘴组内膨胀加速至超音速，超音速蒸汽流在汽轮机组中继续膨胀做功，并驱动汽轮机转轴1将机械能转为电能。由于常规机组多采用滑压运行，在[l
x0
,l
x
]负荷区间内阀点位置时已经滑压至较低的主汽压力，而且通常压比小于临界压比，常规的渐缩型喷嘴仅能将蒸汽加速至临界状态，从而导致了极大的压力损失。相比于此，本实施例中的汽轮机组在该阀点的运行压力大幅提高至允许的最大压力，循环效率显著提高，同时不仅阀点工况调节级2压损极小，还能将蒸汽加速至超音速状态、充分利用压差能，因此，本实施例极其显著地提高了汽轮机组的整体发电能效。
[0124]
在以上的实施例中，为了更好利用内圈喷嘴通道比外圈喷嘴通道通流面积小的特点，将处于内圈的第一喷嘴通道4全部设为缩放型喷嘴组，将处于外圈的第二喷嘴通道5全部设为渐缩型喷嘴组，充分适应当中低负荷工况下，需要减小喷嘴通道通流面积的特性，由此也将高低负荷所需的喷嘴组组合分开，在高负荷工况只用第一喷嘴通道4，在低负荷工况只用第二喷嘴通道5，提高机组运行稳定性和可靠性。
[0125]
作为一种实施方式，渐缩型喷嘴组或缩放型喷嘴组按面积组合的选择性结果，包
括阀门未完全关闭的阀门或未完全开启的阀门，即上行、下行阀序之间都保留一定的重叠度，阀门可以处于未完全开启或者完全关闭的状态。当汽轮机组在两个运行负荷区间之间过渡时，前一个运行负荷区间对应的喷嘴组组合未完全关闭，下一个运行负荷区间对应的喷嘴组组合开启，保留一定重叠度，以方便运行负荷区间的顺利过渡。例如在阀点过渡切换时，前一个运行负荷区间对应的喷嘴组组合关闭至剩10％左右阀杆升程时，下一个运行负荷区间对应的喷嘴组组合提前开启，并保持一段负荷过渡时间后，再全部关闭前一个运行负荷区间的调节阀门，会有一段时间是重叠状态，在本实施方式中重叠度为1～10％，在其他实施方式中，也可以取其他值。
[0126]
综上，相对于现有技术，上述实施例提供一种具有双通道调节级2的汽轮机组、计算方法及运行方法，在高压缸6的调节级2中设置有沿着径向由内至外布置的两个通道，两个通道分别设有渐缩型和/或缩放型喷嘴组，采用双通道向调节级2供气，克服了单通道供气时效果不佳、供气不均、调节性不强的缺陷，且双通道中存在缩放型喷嘴组，当机组运行在[l
x
,满负荷]高负荷工况下时，打开渐缩型喷嘴组，当机组运行在[l
x0
,l
x
]中低负荷工况时，打开缩放型喷嘴组，蒸汽在缩放型喷嘴组内膨胀加速至超音速，将运行压力大幅提高至允许的最大压力，提高运行效率，降低压损；
[0127]
利用内圈喷嘴通道比外圈喷嘴通道通流面积小的特点，将渐缩型喷嘴组布置在外圈喷嘴通道，将缩放型喷嘴组布置在内圈喷嘴通道，使得在高低负荷工况下切换喷嘴组时，可大幅减小内圈喷嘴通道中缩放型喷嘴组的部分进汽度，提高调节级2效率；
[0128]
在两个喷嘴通道中，都可将渐缩型喷嘴组按两个为一对地分成至少一对布置对组，且同属一对布置对组中的渐缩型喷嘴组通流面积相近或相等，一对渐缩型喷嘴组布置对组沿调节级2的轴对称布置或中心对称布置，同理，压比相近或相等的一对缩放型喷嘴组布置对组也沿调节级2的轴对称布置或中心对称布置，且渐缩型喷嘴组与缩放型喷嘴组在调节级2的周向上依次交替布置，可有效平衡喷嘴组通流蒸汽时产生的相互作用力，提高汽轮机组运行的稳定性；
[0129]
先确定缩放型喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界l
x
，以分别界定渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间[l
x
,满负荷]和缩放型喷嘴组的设计工作负荷区间[l
x0
,l
x
]，再推算得到渐缩型喷嘴的总通流面积a
1～m1+m2
及根据渐缩型喷嘴组组合数量得到各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积a1～a
m1+m2
，最后根据缩放型喷嘴组的组合数量推算各个缩放型喷嘴组对应的通流面积a`1～a`
(n1-m1)+(n2-m2)
，以此确定各个喷嘴通流面积；
[0130]
运行负荷区间与喷嘴组的组合一一对应，当汽轮机组运行至某一具体的渐缩型喷嘴运行负荷区间时，打开对应渐缩型喷嘴组组合的调节阀门；当汽轮机组负荷落于某一具体的缩放型喷嘴组运行负荷区间时，打开对应缩放型喷嘴组组合的调节阀门，在运行负荷区间中则通过滑压方式运行，保证在不同负荷工况下，均调整至合适的喷嘴通流面积下运行，以提高机组运行压力，降低压损，提高运行效率。
[0131]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。