15MW跨临界二氧化碳透平方案设计.pdf
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1、 收稿日期:作者简介:刘 阳()男助理工程师 现主要从事储能技术方面的研究包括空气透平、压缩二氧化碳透平、压缩机等 跨临界二氧化碳透平方案设计刘 阳魏红阳邢冠一徐 鹏徐殿吉(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司哈尔滨)摘要:基于蒸汽透平的设计理论和经验对一台 跨临界二氧化碳轴流背压式透平进行设计及分析 通过热力、气动、结构等多方面的设计和合理性验证在透平功率、效率等指标满足预期要求的情况下结构设计合理设计方案可行关键词:压缩二氧化碳轴流透平结构设计三维模拟数值分析分类号:文献标识码:文章编号:()():.:前 言进入“十四五”以来我国能源结构正经历前所未有的深刻调整储能与新能源发电、电力系统协调优化运行
2、已成为实现双碳目标的必由之路 在众多储能技术中压缩气体储能具有储能容量大、储能周期长、比投资小等优点被认为是最具发展潜力的大规模储能技术压缩 电热储能技术是压缩气体储能的重要发展方向由于 临界点(.、.)相对空气(.、.)容易达到无毒、不易燃、安全等级为 且超临界二氧化碳具有优良的热力学性质:黏度小、密度大、导热性能好系统寄生能耗也相对较低易实现超临界状态使热源的放热温度曲线和 吸热温度曲线达到很好的匹配可实现较高的能量转化效率本文针对 压缩 电热储能系统开展跨临界二氧化碳透平方案设计为压缩 电热储能系统开发提供技术支撑 透平设计参数见表 热力气动方案设计.转速选取透平设计中速比为确定轮周效率
3、的重要参数也是影响级的做功能力的因素一般轮周效率最高的速比称为最佳速比计算公式如下:/表 透平设计参数进气温度进气压力排气温度排气压力流 量/./式中 为速比 为透平每一级的动叶轮周速度 为每一级等熵滞止速度 为叶高中径 为转速对于本文所述透平透平带动发电机发电优先选取常规转速/经过计算转速/时机组级数、通流效率、叶片高度等各项参数搭配是合理的此时透平可直接驱动发电机发电无需增设变速箱等设备.通流形式选取在相同的转速下不同的通流型式也会带来不同的设计效果 常规的通流型式可以分为冲动式和反动式 冲动式机组由于独特的轮毂和轮盘结构具有转子重量较轻的优点但同时也有叶型效率低、漏气损失大、排布级数少等
4、缺点虽然反动式机组转子重量较重但是拥有叶型效率高、漏气损失小、排布级数多等优点为了获得较高的整体效率通流型式选用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(以下简称哈汽公司)高效反动式通流设计技术.一维方案设计透平方案采用成熟的单缸单流设计进气侧设置推力平衡毂具有良好的推力自平衡能力此种结构型式在大量蒸汽透平中得到应用成熟可靠第 卷 第 期汽 轮 机 技 术.年 月.透平通流应用高效的“多级小焓降反动式”通流设计技术依托先进的热力叶片计算软件优化通流内各级的几何参数和热力参数选型合理降低叶片宽度和级间距增加通流设计级数充分发挥多级反动式技术优势降低通流内隔板气封和叶顶气封漏气损失及叶片二次流损失增加通流重热系
5、数提高通流设计效率.气动方案设计根据一维方案设计透平采用反动式设计方案运用具有成熟运行业绩的小焓降通流设计技术叶片共 级如图 所示图 叶片通流与气封通道模型示意图叶型采用哈汽公司自主开发的高效叶型在原有后加载叶型的基础上做了进一步优化提高了机组的变工况运行性能对加工装配以及运行中的偏差容忍性更好更能保证机组的效率 三维设计采用弯扭成型保证三维流动的合理性结构上采用先进的预扭结构设计动静叶全部实现装配式保证了装配质量 结构方案设计本机组通流采用反向布置工质经由主气调节联合阀进入气缸经过通流做功后由气缸电端下半排气口排出 气缸外的压力平衡管和气缸内设置的平衡毂气封可以分别平衡气缸内调电端压力和轴向
6、推力 气缸两端设计有干气密封可以更好地减少漏气损失 总体方案如图 所示图 透平纵剖图.进气结构根据进气参数及热力方案进气结构采用单进气口、切向蜗壳进气形式如图 所示 采用切向蜗壳进气方式时蜗壳内流场均匀明显克服了非定常效应产生的气流激振问题其中气流速度增大还可大大减小进气管的尺寸降低制造成本.气缸结构参考超超临界火电机组设计透平气缸采用常规中分面法兰结构形式分为上下两半通过螺栓连接 此种结构在满足需求的前提下结构形式简单易于加工制造便于安装检修图 切向蜗壳进气示意图 图 阀门气缸结构示意图.阀门结构主气调节联合阀与气缸采用直接连接的方式如图 所示工质通过进气插管进入气缸内这种布置方式相对于传统
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