一种低压缸喷水减温结构及其安装定位方法与流程

本发明涉及汽轮机，尤其涉及一种低压缸喷水减温结构的安装定位方法以及一种基于该安装定位方法布置的低压缸喷水减温结构。

背景技术：

1、汽轮机低压缸鼓风效应是指小流量运行工况下，由于容积流量远远偏离设计工况，动叶进、出口速度三角形发生改变，并出现流动脱离与涡耗散，汽轮机级的运行状态由原透平工况过渡至压气机工况(鼓风工况)，加之摩擦耗功而转化为热量；此时，轮周效率小于0；对于大型发电机组，小流量运行工况下，由于末级通流面积最大，因此，末级最先可能达到鼓风工况，最先被加热，如此，逐级往前推进。为此，汽轮机低压缸结构设计时，通常会在低压缸排汽侧布置若干测温元件，监测排汽温度运行水平，当触发低压缸排汽温度高的控制整定值时，开启低压缸喷水减温装置，采用雾状喷水方式对排汽区域进行降温。正常运行工况下，对于大机组而言，末级叶片一般工作在湿蒸汽区，在参与调峰或部分负荷等小流量工况下，由于蒸汽的倒流现象，使得动叶出汽边背弧出现水冲蚀现象。出汽边水蚀一方面使得叶栅的气动性能恶化，效率降低；另一方面，严重影响汽轮机的安全、稳定、可靠运行。水蚀降低了出汽边根部的截面面积，大大削弱了叶片根部的强度，而此截面又是末级叶片强度的危险截面，这就进一步增加了末级叶片断裂的危险性。为此，工程产品设计开发之初就需要对低压缸小流量运行工况增设相关测点及控制策略。

2、现有技术中，公告号cn216588742u的实用新型专利公开了一种汽轮机低压缸预防叶片水蚀系统，包括控制器、用于监测低压缸排汽侧的液滴粒径与浓度的超声波传感器、用于监测低压缸排汽侧的排汽温度的测温器、设于低压缸排汽侧的两组喷嘴组和分别向两组喷嘴组输送水的两路喷水管路，两组喷嘴组具有不同数量的喷嘴，喷水管路上设有调节阀，超声波传感器、测温器和调节阀均与控制器相连接。能够在不对叶片进行处理的情况下消除叶片水蚀、同时控制低压缸排汽侧的排汽温度不超限，确保低压缸低负荷运行的安全。

3、公告号cn217841754u的实用新型专利公开了一种汽轮机双流式低压缸喷水减温系统及汽轮机，在该汽轮机双流式低压缸喷水减温系统中，第一调节阀能够调节第一喷水管路喷向第一排汽口的水量，第二调节阀能够调节第二喷水管路喷向第二排汽口的水量，控制器接收环境检测传感器检测到的环境数据并进行处理，得出各排汽口处需要的喷水量，然后根据各排汽口处需要的喷水量分别控制排汽口对应的调节阀的开度，从而使低压缸在低负荷工况下长期运行时，精确调节各排汽口处的喷水量，确保与实际的需求一致，解决了目前低压缸低负荷工况下长期运行时，低压缸两侧排汽温差大和低压缸的末级叶片容易出现水蚀较严重的技术问题。

4、公布号cn109681277a的发明专利申请公开了一种低压缸末级叶片鼓风温度控制系统及控制方法，在低压缸末级动叶出口处布置末级温度测点，并且设置沿低压缸排汽流动方向布置的低压缸减温水雾化喷嘴组，低压缸减温水雾化喷嘴组通过低压缸喷水调节阀控制喷水流量，该装置能够通过测温元件采集低压缸末级动叶出口处的温度，并发送至控制系统，控制系统根据测温元件发送的温度，控制低压缸喷水调节阀的开度，实现末级长叶片鼓风温度的控制。该装置实现小容积流量条件下低压缸鼓风温度监测与自动控制，保证了低压缸在小容积流量条件下的运行安全性。

5、公布号cn108468599a的发明专利申请公开了一种汽轮机低压后缸喷水孔口及设计方法，在传统的圆孔型喷水孔口出水口处，进行变截面星形改型，入射水滴经过变截面星形孔口后，扩散范围变大，从而增强了入射水滴与高温排汽的相互掺混。同时，对入射孔口倾斜通道进行局部渐扩处理并对通道的倾斜角度进行优化，使得入射水滴经过该通道后，入射速度减小，入射位置更靠近高温区域，进一步提高水滴与高温排汽的湍流掺混。通过扩大入射水滴在气缸内的扩散范围、降低水滴入射速度以及保证水滴合适的直接喷射位置的方法来满足水滴和高温排汽高效的掺混，以达到提高喷水系统性能和改善低压末级安全稳定性的目的。

6、由此可见，现有技术主要从整个喷水减温系统的优化、喷水量的灵活调节或精准控制、以及喷嘴结构优化等方面实现对低压缸排汽区域的有效降温。但尚未考虑减温结构的具体安装位置、喷嘴雾化区域的结构尺寸以及小流量低负荷下排汽流场分布及回流区域对最终喷水减温效果以及对末级叶片出汽边水蚀的影响，如果所需喷水量合适、控制系统合理，而一旦减温结构具体的安装位置不适宜，也会造成末级叶片尤其出汽边叶根区域产生严重水蚀等问题。因此，现有技术方案有待进一步优化。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种低压缸喷水减温结构的安装定位方法以及一种基于该安装定位方法布置的低压缸喷水减温结构，能够合理确定喷水减温结构的安装位置，以实现最大程度降低排汽温度的同时又兼顾喷水雾化区域对末级叶片的影响。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种低压缸喷水减温结构的安装定位方法，依次包括以下步骤：步骤一、确定低压缸排汽区域流场分析用结构边界参数和热力边界参数；步骤二、基于步骤一，确定机组小流量工况下的低压缸排汽区域流场分布及低压缸排汽区域产生的回流区域的边界尺寸；步骤三、根据结构边界参数、回流区域的边界尺寸及减温结构的喷水雾化区域尺寸，初步确定减温结构的尺寸、数量、轴向安装位置和径向安装位置，轴向安装位置和径向安装位置使减温结构的喷水雾化区域与回流区域互不干涉；步骤四、初步确定减温结构的横向安装位置，横向安装位置使多个减温结构关于机组竖直中心线对称布置；步骤五、由轴向安装位置、径向安装位置和横向安装位置确定减温结构安装位置，对减温结构安装位置处的减温结构的喷水雾化区域尺寸进行核验，若存在减温结构的喷水雾化区域与回流区域掺混的情况，则返回至步骤三，调整减温结构的尺寸并复算和更新轴向安装位置、径向安装位置和横向安装位置，直至减温结构的喷水雾化区域与回流区域互不干涉。

4、优选地，步骤三中，减温结构的轴向安装位置使减温结构的喷水雾化区域与回流区域之间具有轴向间隔，减温结构的径向安装位置使减温结构的喷水雾化区域与回流区域之间具有径向间隔，轴向间隔和径向间隔的取值范围均为50mm-150mm。

5、优选地，步骤四中，减温结构的横向安装位置使减温结构所在径向线与机组竖直中心线之间的夹角为40°-50°。

6、优选地，减温结构布置在低压外缸排汽侧锥板上。

7、优选地，减温结构布置在低压排汽导流环上。

8、本发明还提供一种低压缸喷水减温结构，包括减温结构，减温结构的安装位置采用如上所述的低压缸喷水减温结构的安装定位方法确定。

9、优选地，减温结构包括喷嘴组块和容置于喷嘴组块内部的若干独立布置的喷嘴。

10、优选地，喷嘴组块内部设有向喷嘴供水的喷嘴水室，减温结构还包括将喷嘴水室封盖的盖板，盖板上设有与喷嘴水室相连通的管道接口，管道接口用于连接喷水管路。

11、优选地，减温结构布置在低压外缸排汽侧锥板上。

12、优选地，减温结构布置在低压排汽导流环上。

13、与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

14、本发明的低压缸喷水减温结构的安装定位方法，综合考虑机组结构(如低压外缸结构、低压末级动叶、低压排汽导流环以及减温结构的结构尺寸等)、运行(如机组小流量工况下的热力边界参数)以及低压缸排汽区域流场分布等因素对减温结构布置的影响，据此合理确定减温结构的安装位置，可实现最大程度降低排汽温度的同时又兼顾喷水雾化区域对低压末级动叶的影响，在机组小流量运行期间能够有效控制低压末级动叶鼓风升温，实现最优控制喷水角度，最大程度避免喷水减温期间，雾化喷水对低压末级动叶尤其是低压末级动叶出汽边造成严重水蚀等而影响叶片的安全、稳定、可靠运行。