超超臨界汽輪機(jī)部件冷卻技術(shù)的研究

1、超臨界和超超臨界汽輪機(jī)部件冷卻技術(shù)的研究史進(jìn)淵，楊宇，鄧志成，陳勻，林振坤（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所，上海，200240）摘 要：分析了超臨界和超超臨界汽輪機(jī)部件采用蒸汽冷卻技術(shù)的重要性，介紹了超臨界和超超臨界汽輪機(jī)噴嘴室、高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子和汽缸的冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。提出了超臨界和超超臨界汽輪機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，內(nèi)容包括冷卻參數(shù)的選取、部件溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的有限元計(jì)算分析以及冷卻效果的測(cè)量和驗(yàn)證。采用蒸汽冷卻技術(shù)，可以提高材料的使用等級(jí)，有利于延長(zhǎng)超臨界和超超臨界汽輪機(jī)部件的設(shè)計(jì)壽命。關(guān)鍵詞：超臨界和超超臨界機(jī)組；汽輪機(jī)；冷卻技術(shù)；可靠性設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 采用冷卻技術(shù)的重要性

2、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和材料技術(shù)的發(fā)展，超超臨界汽輪機(jī)的主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)1。隨著蒸汽溫度的升高，材料的力學(xué)性能有所下降，為了保證超超臨界汽輪機(jī)的部件有足夠的強(qiáng)度和壽命，除了采用高溫強(qiáng)度好的鋼材之外，還應(yīng)采用蒸汽冷卻技術(shù)和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。蒸汽冷卻是采用溫度比較低的蒸汽（如高壓排汽、高壓抽汽或動(dòng)葉后蒸汽）來(lái)冷卻超超臨界汽輪機(jī)高溫部件，以降低超超臨界汽輪機(jī)高溫部件的工作溫度。在工程實(shí)踐中，對(duì)于汽輪機(jī)的高溫部件，CrMoV鋼應(yīng)用于566、12%Cr鋼應(yīng)用于600、粵氏體鋼應(yīng)用于650，需要采用蒸汽冷卻技術(shù)。對(duì)于蒸汽參數(shù)為16.7MPa/538/538的亞臨界汽輪機(jī)，高溫部件使用CrMoV

3、鋼，可以不采用蒸汽冷卻技術(shù)。對(duì)于蒸汽參數(shù)為24.1MPa/566/566的超臨界汽輪機(jī)，高溫部件使用12%Cr鋼，可以不采用蒸汽冷卻技術(shù)，但使用CrMoV鋼必須采用蒸汽冷卻技術(shù)。對(duì)于蒸汽參數(shù)為25MPa28MPa/600/600的超超臨界汽輪機(jī)，高溫部件使用12%Cr鋼，需要采用蒸汽冷卻技術(shù)。超超臨界汽輪機(jī)的噴嘴室、轉(zhuǎn)子、汽缸等部件采用蒸汽冷卻技術(shù)，既可以提高現(xiàn)有材料使用等級(jí)，充分利用材料的機(jī)械性能，又可以延長(zhǎng)這些部件的設(shè)計(jì)壽命。在超超臨界汽輪機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)和負(fù)荷變動(dòng)的過(guò)程中，汽輪機(jī)部件承受相當(dāng)大的熱應(yīng)力，最大熱應(yīng)力通常位于汽輪機(jī)部件高溫區(qū)域的應(yīng)力集中部位。采用蒸汽冷卻技術(shù)是在啟停過(guò)程中降低汽

4、輪機(jī)部件高溫部位瞬態(tài)熱應(yīng)力的有效方法。采用蒸汽冷卻技術(shù)，可以降低超超臨界汽輪機(jī)高溫部件的工作溫度和部件的溫度差，在其他條件相同的情況下可以降低這些部件的熱應(yīng)力，可以延長(zhǎng)部件的設(shè)計(jì)壽命。部件的蒸汽冷卻技術(shù)現(xiàn)已成為超超臨界汽輪機(jī)研制和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一1，通過(guò)先進(jìn)的蒸汽冷卻技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)超超臨界汽輪機(jī)部件高溫部位工作溫度的下降，是保證超超臨界汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段之一。2 部件冷卻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)超超臨界汽輪機(jī)采用蒸汽冷卻技術(shù)的部件有高壓噴嘴室、中壓蒸汽室、高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、高壓汽缸、中壓汽缸等，超超臨界汽輪機(jī)不同的部件采用不同方案的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.1 噴嘴室和高壓轉(zhuǎn)子 （1）高壓轉(zhuǎn)子單流結(jié)

5、構(gòu)。超超臨界汽輪機(jī)單流高壓轉(zhuǎn)子的蒸汽冷卻常用三種方法。把第一級(jí)葉型根部設(shè)計(jì)成負(fù)反動(dòng)度，級(jí)后溫度比較低的蒸汽經(jīng)第一級(jí)動(dòng)葉縱樹(shù)型葉根底部間隙流入前軸封的高壓側(cè)。冷卻蒸汽的流動(dòng)使高壓第一級(jí)輪緣和前輪面得到了冷卻。從汽輪機(jī)高壓調(diào)節(jié)閥后引出少量主蒸汽，噴入凝結(jié)水使其溫度降低后作為冷卻蒸汽，通過(guò)改變噴入的凝結(jié)水量控制冷卻蒸汽的溫度。冷卻蒸汽經(jīng)高壓第一級(jí)和第二級(jí)動(dòng)葉葉根底部間隙以及靜葉與動(dòng)葉之間的間隙流入主流，使冷卻蒸汽流過(guò)的轉(zhuǎn)子表面得到冷卻。把高壓第一級(jí)后溫度比較低的蒸汽的一小部分，經(jīng)噴嘴室與內(nèi)缸之間的腔室，回流至高壓第一級(jí)前輪面和前軸封之間的空間，使噴嘴室、內(nèi)缸和第一級(jí)葉輪的前輪面得到冷卻2。（2）噴嘴

6、室雙流壓力級(jí)單流結(jié)構(gòu)。高壓第一級(jí)采用雙流式結(jié)構(gòu)，高壓第二級(jí)以后的壓力級(jí)采用單流結(jié)構(gòu)。采用雙流第一級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是每只動(dòng)葉片所承擔(dān)的負(fù)荷減少一半，噴嘴室和動(dòng)葉片的應(yīng)力有所減少，對(duì)于大功率超超臨界汽輪機(jī)可以使用現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的動(dòng)葉片。但采用雙流噴嘴室的缺點(diǎn)是葉片數(shù)目增加、造價(jià)高、軸承跨度增大。采用雙流噴嘴室結(jié)構(gòu)，從前軸封側(cè)噴嘴根部流出的小部分蒸汽，經(jīng)噴嘴室與轉(zhuǎn)子之間的腔室流入另外一側(cè)噴嘴后主流，冷卻噴嘴室和高壓轉(zhuǎn)子。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于主流的抽吸作用，腔室中的蒸汽流出，使轉(zhuǎn)子和噴嘴室得到冷卻。（3）高壓轉(zhuǎn)子雙流式結(jié)構(gòu)。1000MW級(jí)超超臨界汽輪機(jī)通常采用高壓轉(zhuǎn)子雙流式結(jié)構(gòu)，作用在轉(zhuǎn)子上的推力平衡，并有

7、利于降低高溫動(dòng)葉片的應(yīng)力。采用雙流式高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)級(jí)后一小部分蒸汽經(jīng)過(guò)180°轉(zhuǎn)彎后，流徑調(diào)節(jié)級(jí)葉輪上的冷卻孔（斜孔）和噴嘴室外表面與轉(zhuǎn)子之間的腔室，再流經(jīng)雙流噴嘴室中間小孔返回到調(diào)節(jié)級(jí)后，冷卻噴嘴室和高壓轉(zhuǎn)子。在此流動(dòng)過(guò)程中，冷卻了高溫噴嘴室和高壓轉(zhuǎn)子的外表面。調(diào)節(jié)級(jí)葉輪上打有斜孔，由于葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心泵的作用，把調(diào)節(jié)級(jí)出口小部分蒸汽吸過(guò)來(lái)，流過(guò)噴嘴室與轉(zhuǎn)子之間的腔室，冷卻了噴嘴室和高壓轉(zhuǎn)子高溫部位的外表面。2.2 蒸汽室和中壓轉(zhuǎn)子 （1）外部來(lái)汽（高壓缸排汽或高壓缸抽汽）冷卻技術(shù)。為了提高超臨界汽輪機(jī)中壓轉(zhuǎn)子的熱疲勞強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度、降低中壓轉(zhuǎn)子高溫區(qū)域的熱應(yīng)力，可采用中壓轉(zhuǎn)子

8、的蒸汽冷卻結(jié)構(gòu)。反動(dòng)式汽輪機(jī)雙流中壓轉(zhuǎn)子的冷卻結(jié)構(gòu)，是把高壓汽輪機(jī)排汽或抽汽300多度的蒸汽引入中壓汽輪機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)流環(huán)下部的空間，對(duì)中壓轉(zhuǎn)子高溫部位進(jìn)行冷卻5。該冷卻蒸汽中小部分通過(guò)第一級(jí)動(dòng)葉與靜葉之間的汽封流入主流；大部分冷卻蒸汽通過(guò)第一級(jí)動(dòng)葉縱樹(shù)形葉根底部間隙（也稱(chēng)冷卻蒸汽通路或蒸汽冷卻孔）流入第二級(jí)靜葉前和第二級(jí)靜、動(dòng)葉之間；還有一小部分冷卻蒸汽通過(guò)第二級(jí)動(dòng)葉縱樹(shù)型葉根底部間隙，流入第三級(jí)靜葉前和第三級(jí)靜、動(dòng)葉之間。在中壓轉(zhuǎn)子的冷卻結(jié)構(gòu)中，必須合理設(shè)計(jì)冷卻蒸汽出口汽封與轉(zhuǎn)子的間隙、第一級(jí)與第二級(jí)動(dòng)葉縱樹(shù)形葉根底部冷卻蒸汽通道面積以及第二級(jí)與第三級(jí)靜葉環(huán)內(nèi)側(cè)汽封間隙，這些參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子的冷卻效

9、果影響比較大。軸向插入的縱樹(shù)形葉根底部間隙和動(dòng)葉前后的壓差保證冷卻蒸汽流過(guò)。冷卻蒸汽的流動(dòng)，使中壓轉(zhuǎn)子高溫部位得到了冷卻。 沖動(dòng)式汽輪機(jī)雙流中壓轉(zhuǎn)子的冷卻結(jié)構(gòu)，是高壓汽輪機(jī)的抽汽通過(guò)中壓汽輪機(jī)前兩級(jí)的隔板汽封、前兩級(jí)動(dòng)葉縱樹(shù)型葉根底部間隙或葉輪的冷卻孔以及前兩級(jí)葉輪前后輪面，使中壓轉(zhuǎn)子高溫部位得到了冷卻6。（2）中壓第一級(jí)設(shè)計(jì)為負(fù)反動(dòng)度。超超臨界汽輪機(jī)雙流式中壓缸具有比較高的再熱汽溫，在轉(zhuǎn)子中間，兩個(gè)第一級(jí)葉輪組成封閉空間，由于轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量使轉(zhuǎn)子溫度上升。中壓轉(zhuǎn)子采用雙流式結(jié)構(gòu)后，中壓第一級(jí)葉型根部可設(shè)計(jì)成負(fù)反動(dòng)度。在葉型根部，負(fù)反動(dòng)度使得動(dòng)葉根部出汽側(cè)的壓力比靜葉根部出汽側(cè)的壓力高。使得做

10、了功而降低了溫度的動(dòng)葉出口的蒸汽經(jīng)動(dòng)葉葉型根部和縱樹(shù)型葉根底部間隙流向靜葉出口。這種汽流的循環(huán)流動(dòng)使輪緣和轉(zhuǎn)子的表面得到了冷卻。但是，葉型根部采用負(fù)反動(dòng)也有不足之處，就是葉型高度有所增加，引起葉根離心應(yīng)力的增加抵消了一部分蒸汽冷卻的效果（不采用葉型根部負(fù)反動(dòng)度的動(dòng)葉高約為采用葉型根部負(fù)反動(dòng)度動(dòng)葉高的80%90%）。（3）采用渦流冷卻擋熱板結(jié)構(gòu)。在反動(dòng)式雙流中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)汽部分的中壓第1級(jí)靜葉內(nèi)徑處設(shè)計(jì)渦流冷卻擋熱板，使中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)汽區(qū)工作溫度下降7 。中壓第1級(jí)的反動(dòng)度設(shè)計(jì)的比普通反動(dòng)級(jí)小，使流經(jīng)中壓第1級(jí)靜葉的蒸汽溫度下降幅度增大，第1級(jí)靜葉出口溫度下降，在靜葉內(nèi)徑處的擋熱板上設(shè)計(jì)4個(gè)切向孔，靜葉

11、出口的蒸汽經(jīng)過(guò)4個(gè)切向孔進(jìn)入擋熱板與轉(zhuǎn)子之間的區(qū)域發(fā)生膨脹，使轉(zhuǎn)子表面溫度下降?？鄢羝趽鯚岚迮c轉(zhuǎn)子表面之間摩擦產(chǎn)生熱量的影響后，雙流第1級(jí)動(dòng)葉之間的中壓轉(zhuǎn)子表面溫度約下降15。2.3 低壓轉(zhuǎn)子 （1）3.5%NiCrMoV（30Cr2Ni4MoV）鋼在350以上高溫長(zhǎng)期服役會(huì)發(fā)生回火脆化現(xiàn)象，不宜在實(shí)際工作溫度高于350條件下長(zhǎng)期使用。亞臨界汽輪機(jī)再熱蒸汽溫度為538，超臨界汽輪機(jī)再熱蒸汽溫度為566，通常低壓汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度不會(huì)超過(guò)350。超超臨界汽輪機(jī)再熱蒸汽溫度為600，低壓汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度有可能超過(guò)350。為了防止超超臨界汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生回火脆化，低壓轉(zhuǎn)子可采用超純凈冶煉技術(shù)生產(chǎn)的超

12、純凈NiCrMoV鋼；或采用低壓轉(zhuǎn)子的蒸汽冷卻技術(shù)，把低壓轉(zhuǎn)子的工作溫度降下來(lái)。對(duì)于沖動(dòng)式汽輪機(jī)雙流式低壓轉(zhuǎn)子，采用特殊結(jié)構(gòu)的隔板使低壓進(jìn)汽與低壓轉(zhuǎn)子隔開(kāi)。采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的第一級(jí)葉輪平衡孔的特殊結(jié)構(gòu)形式，使第一級(jí)動(dòng)葉后低于350的蒸汽通過(guò)葉輪平衡孔，再流入第一級(jí)靜葉和動(dòng)葉之間，對(duì)低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻2。在平衡孔的地方，由于葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，圓周速度約為200m/s，把吸入的動(dòng)壓變成葉輪兩側(cè)的壓差，溫度比較低的蒸汽持續(xù)流動(dòng)冷卻了低壓轉(zhuǎn)子。 （2）反動(dòng)式汽輪機(jī)雙流低壓轉(zhuǎn)子第一級(jí)葉型根部反動(dòng)度設(shè)計(jì)為負(fù)值，動(dòng)葉出口溫度較低蒸汽的回流至第一級(jí)靜葉出口，使轉(zhuǎn)子和輪緣的工作溫度下降。2.4 高壓汽缸和中壓汽缸 （1）高

13、壓第一級(jí)設(shè)計(jì)為沖動(dòng)級(jí)且第一級(jí)葉型根部設(shè)計(jì)為負(fù)反動(dòng)度。不論是反動(dòng)式超超臨界汽輪機(jī)還是沖動(dòng)式超超臨界汽輪機(jī)，高壓第一級(jí)噴嘴和動(dòng)葉大多采用沖動(dòng)級(jí)。采用沖動(dòng)級(jí)使高壓第一級(jí)噴嘴有相當(dāng)大的焓降，使調(diào)節(jié)級(jí)后的蒸汽壓力和溫度都有比較大的下降，從而使內(nèi)缸承受的熱負(fù)荷下降，從而使內(nèi)缸壁厚減薄，中分面螺栓尺寸減小。把高壓第一級(jí)葉型根部設(shè)計(jì)成負(fù)反動(dòng)度，使第一級(jí)動(dòng)葉出口較冷蒸汽的一小部分，經(jīng)噴嘴室與動(dòng)葉之間的間隙回流至前輪面和前軸封之間的腔室，高壓轉(zhuǎn)子第一級(jí)葉輪也會(huì)受到這股冷卻蒸汽的冷卻。（2）汽缸的夾層冷卻。高壓汽缸夾層冷卻，對(duì)于主蒸汽壓力為25MPa的超超臨界汽輪機(jī)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力約為22MPa，內(nèi)缸承受壓差約13M

14、Pa，外缸承受壓力約9MPa，高壓缸排汽壓力約為5MPa 。從高壓缸通流部分引出部分蒸汽在內(nèi)外汽缸夾層中循環(huán)，可以冷卻內(nèi)缸，限制內(nèi)缸向外缸的熱交換和熱輻射。在汽缸夾層應(yīng)設(shè)計(jì)小的蒸汽流量，內(nèi)缸外表面和外缸內(nèi)表面的對(duì)流換熱的放熱系數(shù)不宜過(guò)大。應(yīng)注意防止汽缸的高溫部位被過(guò)度冷卻反而引起比較大的熱應(yīng)力；避免內(nèi)缸外表面的強(qiáng)對(duì)流，以減小內(nèi)缸的熱應(yīng)力和熱變形。內(nèi)缸安裝在外缸內(nèi)，內(nèi)缸應(yīng)能夠自由膨脹，兩只汽缸的對(duì)中由水平中分面處的支承和垂直中心線(xiàn)上的鍵來(lái)保證。中壓汽缸夾層冷卻，中壓內(nèi)缸內(nèi)表面再熱蒸汽溫度593，中壓內(nèi)缸外表面流過(guò)約460的中壓抽汽。中壓內(nèi)缸內(nèi)外表面的金屬溫度差比較大，運(yùn)行中熱應(yīng)力有可能引起內(nèi)缸熱

15、變形。為了減小中壓內(nèi)缸內(nèi)外表面的金屬溫度差，在中壓內(nèi)缸內(nèi)表面處設(shè)計(jì)一個(gè)遮熱罩8。國(guó)外運(yùn)行機(jī)組的測(cè)量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了采用遮熱罩后中壓內(nèi)缸內(nèi)外表面金屬溫度差減小的效果。3 冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) （1）冷卻參數(shù)的設(shè)計(jì)。在冷卻蒸汽參數(shù)的選取方面，冷卻通道進(jìn)口處冷卻蒸汽的溫度應(yīng)低于部件高溫部位的工作溫度；冷卻通道進(jìn)口處的冷卻蒸汽的壓力應(yīng)高于冷卻通道出口處的蒸汽壓力，以保證冷卻蒸汽流過(guò)；冷卻蒸汽的流速（或流量）不宜過(guò)大，對(duì)流放熱系數(shù)不宜過(guò)大，以避免強(qiáng)對(duì)流引起過(guò)大的熱應(yīng)力。在冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，級(jí)的反動(dòng)度、葉型根部反動(dòng)度、冷卻通道的面積、汽封間隙、平衡孔的尺寸與形狀等因素對(duì)冷卻流量影響比較大，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理

16、分配冷卻蒸汽的流量。采用蒸汽冷卻技術(shù)，影響超超臨界汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選用少量冷卻蒸汽，對(duì)汽輪機(jī)部件高溫部件的高溫部位進(jìn)行冷卻。采用蒸汽冷卻技術(shù)后，轉(zhuǎn)子軸向力的變化還應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析和設(shè)計(jì)校核?？傊?，對(duì)于冷卻參數(shù)的選取、冷卻通道面積的設(shè)計(jì)、冷卻蒸汽流量的分配、蒸汽冷卻對(duì)汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性和轉(zhuǎn)子軸向推力的影響等蒸汽冷卻的關(guān)鍵技術(shù)，需要進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和分析研究，目的是為冷卻方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。建立模擬調(diào)節(jié)級(jí)葉輪等冷卻結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)裝置，通過(guò)試驗(yàn)研究驗(yàn)證冷卻結(jié)構(gòu)的流動(dòng)特性，可以為冷卻結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（2）部件溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的有限元計(jì)算分析。對(duì)于超超臨界汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、汽缸和噴嘴室，建立兩

17、維或三維有限元計(jì)算力學(xué)模型，給定熱邊界條件和力邊界條件，進(jìn)行瞬態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算、穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算和熱應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算，可以定量分析和評(píng)定不同冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的冷卻效果，為超超臨界汽輪機(jī)部件冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。過(guò)去幾年，上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所完成了5個(gè)型號(hào)汽輪機(jī)15個(gè)部件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的有限元計(jì)算分析以及壽命評(píng)定工作，已積累的經(jīng)驗(yàn)可以應(yīng)用于超超臨界汽輪機(jī)部件冷卻技術(shù)的研究和冷卻方案的評(píng)定。亞臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算通常使用兩維有限元計(jì)算力學(xué)模型，采用蒸汽冷卻技術(shù)的超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算必須使用三維有限元計(jì)算力學(xué)模型。冷卻蒸汽與高溫部位的熱交換分析尚有待進(jìn)一

18、步研究，高溫部件溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的科研工作是超超臨界汽輪機(jī)高溫部件設(shè)計(jì)評(píng)審和冷卻方案評(píng)定的重要技術(shù)手段。（3）冷卻效果的測(cè)量與驗(yàn)證。在超超臨界汽輪機(jī)的高壓噴嘴室、中壓蒸汽室、內(nèi)缸等部件的表面設(shè)計(jì)并安裝溫度測(cè)點(diǎn)，在汽輪機(jī)投入運(yùn)行后驗(yàn)證這些部件蒸汽冷卻的效果。對(duì)于反動(dòng)式汽輪機(jī)，在第2級(jí)和第3級(jí)靜葉上打孔，設(shè)計(jì)并安裝溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量靜葉環(huán)內(nèi)表面工作溫度；在汽輪機(jī)投入運(yùn)行后驗(yàn)證汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子或中壓轉(zhuǎn)子蒸汽冷卻的效果。監(jiān)視汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽和金屬溫度的熱電偶，安裝在保護(hù)套管內(nèi)，穿過(guò)缸壁，焊在汽缸上。根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸壽命在線(xiàn)管理的要求，確定溫度測(cè)點(diǎn)位置。有的測(cè)溫?zé)犭娕夹枰┻^(guò)幾層缸，直達(dá)要求測(cè)量的溫度區(qū)域。4

19、 結(jié)論 （1）先進(jìn)的蒸汽冷卻技術(shù)是超超臨界汽輪機(jī)研制和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，采用蒸汽冷卻技術(shù)，可以提高材料的使用等級(jí)，有利于延長(zhǎng)超超臨界汽輪機(jī)高溫部件的設(shè)計(jì)壽命。（2）超超臨界汽輪機(jī)不同的部件采用不同方案的冷卻技術(shù)和不同的冷卻結(jié)構(gòu)。常用的冷卻方案有：外來(lái)蒸汽冷卻、級(jí)后蒸汽冷卻、汽缸夾層冷卻、第1級(jí)設(shè)計(jì)成沖動(dòng)級(jí)、第1級(jí)葉型根部設(shè)計(jì)成負(fù)反動(dòng)度、特殊結(jié)構(gòu)的葉輪平衡孔、渦流冷卻擋熱板、遮熱罩等。（3）超超臨界汽輪機(jī)部件冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)為冷卻蒸汽參數(shù)的選取、級(jí)反動(dòng)度的設(shè)計(jì)、冷卻通道面積和汽封間隙的設(shè)計(jì)、部件穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的有限元計(jì)算分析、不同方案冷卻效果的評(píng)定和驗(yàn)證。深入的科研工作是超超臨

20、界汽輪機(jī)高溫部件冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，也是研制和生產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超超臨界汽輪機(jī)高溫部件的前提，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位應(yīng)予以足夠的重視。參考文獻(xiàn)1 史進(jìn)淵，楊宇，孫慶，崔琦，張兆鶴. 超超臨界汽輪機(jī)技術(shù)研究的新進(jìn)展J. 動(dòng)力工程，2003，23(2):22522257.2 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所. 1000MW火電機(jī)組文集C. 1996.3 水利電力部科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所. 國(guó)外超臨界機(jī)組文集C. 1986. 4 Masaharu Matsukuma, Ryotaro Magoshi, et al. Design and Operating Experience of 1000MW High-

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