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Paper Name    The influence of nozzle chamber structure and partial admission on the erosion characteristics of solid particles in the control stage of a supercritical steam turbine
Author    蔡柳溪，王顺森，毛靖儒，邸娟，丰镇平
Publication/Completion Time    2015-02-14
Magazine Name    Energy
Vol    82（2015）
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Paper description    减少固体颗粒对汽轮机叶栅的冲蚀是目前超临界汽轮机发电技术急需解决的关键问题。本文基于高温高速加速冲蚀试验结果建立的叶栅材料的冲蚀率模型和粒子反弹模型，利用三维数值计算方法对一台典型的四阀进汽超临界汽轮机高压缸喷嘴室及调节级叶栅流道内的气固两相复杂流动进行了系统的模拟分析，探索了喷嘴室结构和部分进汽对超临界汽轮机调节级叶栅的冲蚀特性的影响。计算结果表明，受进汽方向和喷嘴室复杂结构的影响，氧化皮颗粒在进入喷嘴室后会向处于中分面附近的几个喷嘴通道集中，端部喷嘴加速失效，喷嘴组整体高效服役寿命大大缩短。沿着转子旋转方向，处于喷嘴组端部，特别是颗粒容易集中的喷嘴通道内的氧化皮颗粒在流出静叶通道后会受到高速旋转的动叶片撞击，之后会撞击下游动叶压力面后流出动叶通道。同时，部分颗粒在动静叶间隙发生了迁移，依次撞击周向不同的动叶前缘后进入下游动叶通道。由于颗粒撞击动叶前缘的速度要低于颗粒直接撞击喷嘴压力面的速度，加之颗粒对动叶前缘的撞击均匀分摊在周向60只不同的旋转叶片上，因此氧化皮对动叶片的冲蚀沿周向分布比较均匀，且冲蚀程度要比位置固定的喷嘴轻微。部分进汽工况下由蒸汽在喷嘴通道内焓降增大，颗粒撞击喷嘴压力面的速度大幅提高，因此，相比四阀全开工况，三阀全开工况下NC-D喷嘴组内叶栅的整体冲蚀失重增加了14%，两阀全开工况下则增加了25%。冲蚀最严重的SD15喷嘴尾缘冲蚀失重则分别增加了20%和35%。同时，调节级效率也分别下降了5.2%和22.4%。此外，由于非进汽喷嘴组内无高压蒸汽阻挡，流经进汽喷嘴组端部喷嘴的部分氧化皮颗粒，经动叶前缘碰撞后会在下游非进汽喷嘴组内的动静叶片之间来回碰撞，对相应喷嘴吸力面尾缘区域产生一定的冲蚀。因此为使机组安全高效率运行，应尽量减少部分进汽工况运行的时间和次数。本文的研究结果揭示了高参数汽轮机调节级叶栅氧化皮颗粒冲蚀的内在机理，为预防和减轻调节级叶栅固粒冲蚀提供了理论依据。
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