汽輪機(jī)是一種將高溫高壓蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械,廣泛應(yīng)用于煤電機(jī)組、核電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組、太陽能光熱發(fā)電機(jī)組與艦船動(dòng)力等領(lǐng)域�；谖覈茉唇Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),汽輪機(jī)是21世紀(jì)乃至更長時(shí)期內(nèi)我國能源高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用系統(tǒng)的核心動(dòng)力裝備。
汽輪機(jī)的熱力設(shè)計(jì)以工程熱力學(xué)和流體力學(xué)為基礎(chǔ),汽輪機(jī)原理給出了汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)的具體方法。汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)以理論力學(xué)和材料力學(xué)為基礎(chǔ),汽輪機(jī)強(qiáng)度給出了汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的具體方法。汽輪機(jī)的傳熱設(shè)計(jì)以傳熱學(xué)為基礎(chǔ),但目前工程上急需一本 “汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法”學(xué)術(shù)專著,以給出汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)的具體方法。
隨著汽輪機(jī)參數(shù)提高到超臨界和超超臨界,以及汽輪機(jī)的快速起動(dòng)、常態(tài)化深度調(diào)峰和靈活運(yùn)行,汽輪機(jī)材料強(qiáng)度接近使用極限,需要開展精準(zhǔn)的汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)。而且,國內(nèi)外汽輪機(jī)部件表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算公式尚未統(tǒng)一,缺少汽輪機(jī)部件傳熱設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法。
在汽輪機(jī)部件的傳熱與冷卻、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命的設(shè)計(jì)中,人們首先要知道汽輪機(jī)部件的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。在汽輪機(jī)部件穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)溫度場和熱應(yīng)力場的有限元計(jì)算分析中,建立有限元計(jì)算的力學(xué)模型時(shí),需要給出汽輪機(jī)部件的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),以確定傳熱邊界條件。國內(nèi)外由汽輪機(jī)部件傳熱試驗(yàn)得出的傳熱計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式,公開發(fā)表的論文還不多見。有關(guān)單位采用的汽輪機(jī)部件的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算公式差異很大,其計(jì)算值直接影響汽輪機(jī)的傳熱與冷卻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度場與應(yīng)力場的有限元分析和汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命設(shè)計(jì)的安全性與準(zhǔn)確性。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)呈增長趨勢,以提高發(fā)電機(jī)組的熱效率。汽輪機(jī)進(jìn)口溫度的不斷提高,需要開展汽輪機(jī)部件傳熱和冷卻的設(shè)計(jì)與計(jì)算。伴隨著可再生能源發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的持續(xù)快速增長,為滿足電站汽輪機(jī)快速起動(dòng)、深度調(diào)峰與靈活運(yùn)行要求,保證汽輪機(jī)的壽命與安全性,需要精準(zhǔn)設(shè)計(jì)汽輪機(jī)部件的傳熱與冷卻結(jié)構(gòu),精細(xì)分析汽輪機(jī)部件的溫度場與應(yīng)力場,精確評定汽輪機(jī)部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命�？紤]汽輪機(jī)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,開展汽輪機(jī)部件的溫度場、應(yīng)力場的有限元數(shù)值計(jì)算和壽命設(shè)計(jì),急需汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法。
上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司從20世紀(jì)80年代初起步,開展汽輪機(jī)傳熱的基礎(chǔ)理論研究和工程應(yīng)用,為我國電站汽輪機(jī)的研制和安全服役做出了積極貢獻(xiàn)。著者所在單位有一批技術(shù)人員,長期從事汽輪機(jī)的傳熱技術(shù)研究,20世紀(jì)80年代,承擔(dān)完成了125MW 汽輪機(jī)高壓汽缸與轉(zhuǎn)子的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)試驗(yàn)研究工作。經(jīng)過40多年的技術(shù)研究工作,先后完成了十幾種機(jī)型的300MW、600MW 和1000MW 火電與核電汽輪機(jī)部件的傳熱與冷卻、溫度場與應(yīng)力場、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命的技術(shù)研究工作,對汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。
為了滿足汽輪機(jī)的高參數(shù)、快速起動(dòng)、深度調(diào)峰、靈活運(yùn)行、長壽命與安全服役的要求,著者在借鑒國內(nèi)外已有資料和前人成果的基礎(chǔ)上,主要結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)長期以來在此領(lǐng)域研究所取得的科研成果以及開展大量汽輪機(jī)傳熱理論分析和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),撰寫了本學(xué)術(shù)專著。目標(biāo)是推動(dòng)汽輪機(jī)傳熱學(xué)分支學(xué)科的發(fā)展,建立汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)的分析理論和技術(shù)體系,給出汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)的具體方法,為汽輪機(jī)傳熱與冷卻設(shè)計(jì)以及溫度場與應(yīng)力場分析提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。期盼本書的出版有助于汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)技術(shù)的推廣應(yīng)用。
本書從開始到完成歷時(shí)3年,利用業(yè)余時(shí)間撰寫與修改書稿是一項(xiàng)艱苦的工作。著者所在研究團(tuán)隊(duì)的謝岳生、徐佳敏和鄧志成完成了部分應(yīng)用實(shí)例的計(jì)算工作,王思遠(yuǎn)、王建業(yè)和徐望人完成了部分插圖的繪制工作,感謝他們付出的辛勤勞動(dòng),感謝諸多同事的大力支持。
本書的研究工作與撰寫,得到了上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家的指導(dǎo)和幫助,在此深表謝意。感謝西安交通大學(xué)豐鎮(zhèn)平教授、上海交通大學(xué)杜朝暉教授和哈爾濱工業(yè)大學(xué)王松濤教授的大力支持。謹(jǐn)向書中所引用參考文獻(xiàn)的作者們致以衷心的感謝!
盡管著者在撰寫過程中利用了汽輪機(jī)傳熱技術(shù)的最新研究成果,并結(jié)合工程實(shí)踐,盡可能做到理論聯(lián)系實(shí)際,著力解決汽輪機(jī)傳熱的關(guān)鍵技術(shù)問題,但汽輪機(jī)傳熱設(shè)計(jì)與計(jì)算的內(nèi)容廣泛,且極為復(fù)雜,很多問題目前尚未得到解決,因此本書中不少內(nèi)容仍屬
于探索性的。限于著者水平有限,書中疏漏與不妥之處在所難免,懇請專家和讀者批評指正。
著者
2023年1月
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