高效660MW超超臨界空冷汽輪機結(jié)構(gòu)特點

1、工程技術(shù)部2015年04月12高效高效660MW660MW超超臨界汽輪機簡介超超臨界汽輪機簡介1 1 高效高效660MW660MW汽輪機設(shè)計理念及技術(shù)特點汽輪機設(shè)計理念及技術(shù)特點2 2 高壓缸模塊主要技術(shù)特點高壓缸模塊主要技術(shù)特點3 3 中壓缸中壓缸模塊主要技術(shù)特點模塊主要技術(shù)特點4 4 低壓缸低壓缸模塊主要技術(shù)特點模塊主要技術(shù)特點5 5 高壓模塊整體發(fā)貨及高壓模塊整體發(fā)貨及HTCCSHTCCS系統(tǒng)介紹系統(tǒng)介紹 1.1超超臨界660MW等級汽輪機機設(shè)計理念： 充分利用已有的超超臨界汽輪機研制技術(shù)。 汽輪機通流采用具有更高效率的反動式設(shè)計技術(shù)。 利用高效型1000MW汽輪機技術(shù)。1.2汽輪機主要

2、技術(shù)特點 1）熱力系統(tǒng)采用八級回熱，提高機組熱效率； 2）高、中、低壓缸通流采用多級數(shù)反動式技術(shù)，高壓缸效率90% 、中壓缸效率92%、低壓缸效90%； 3）最小壓力損失的高、中壓閥門技術(shù)，汽缸和閥門布置緊湊； 4）低壓內(nèi)缸、外缸端汽封、軸承箱全部采用落地結(jié)構(gòu)； 5）應用HTCCS動靜間隙測量方法，電廠安裝時不需要調(diào)整通流間隙，一方面實現(xiàn)運行時汽封間隙與設(shè)計值吻合，保證機組效率；另一方面減少現(xiàn)場的工作量和安裝周期。 6）整體運輸?shù)母邏焊啄K；1.高效660MW汽輪機設(shè)計理念及技術(shù)特點3660MW高效超超臨界空冷汽輪機序號項 目單位數(shù) 值1機組型式 超超臨界，一次再熱，單軸、 三缸兩排汽、空冷凝

3、汽式2汽輪機型號 N660-28/600/620 3主蒸汽額定進汽量t/h 18406設(shè)計背壓KPa10.57配汽方式 節(jié)流調(diào)節(jié)8額定轉(zhuǎn)速r/min 3000 9旋轉(zhuǎn)方向順時針（從汽機向發(fā)電機看）10回熱級數(shù)（高加除氧低加） 3+1+4 11低壓末級葉片長度mm 94012通流級數(shù) 59高壓缸級17 中壓缸級216 低壓缸級25 13中壓缸排汽壓力 MPa 0.6014汽輪機外形尺寸27.5m12m8m汽輪機主要技術(shù)規(guī)范660MW高效超超臨界空冷汽輪機4汽輪發(fā)電機組外形布置圖5單流程高壓缸雙分流中、低壓缸高壓閥對稱布置高壓缸兩側(cè)，與汽缸剛性連接，彈性支架支撐；再熱閥對稱布置在中壓缸兩側(cè)，與中壓

4、缸剛性焊接，彈簧支撐；660MW高效超超臨界空冷汽輪機汽輪發(fā)電機組外形布置6660MW高效超超臨界空冷汽輪機7660MW高效超超臨界空冷汽輪機通流形式選擇 根據(jù)經(jīng)典理論：按反動度的大小，汽輪機的級分為純沖動級（反動度0）和純反動級（反動度0.5），相應的機組成為沖動式汽輪機和反動式汽輪機。沖動級蒸汽主要在噴嘴柵（靜葉）中膨脹，在動葉柵中只有少量膨脹，反動級蒸汽在汽輪機的噴嘴柵和動葉柵中都有相當程度的膨脹 8660MW高效超超臨界空冷汽輪機通流形式選擇1. 反動式的動、靜葉型線基本相同，沖動式的則不同，導致沖動式動葉柵的氣流轉(zhuǎn)折角較大，以及葉柵反動度的差異，造成沖動式葉型損失比反動式葉柵大。 2

5、. 反動式葉型進汽側(cè)小圓直徑大，攻角適應范圍廣，部分負荷的效率高。 3. 反動式隔板厚度小，可以多布置級數(shù)，重熱系數(shù)大，且反動式級不存在平衡孔漏汽，泄露損失小，可提高機組效率。 4. 沖動式采用隔板結(jié)構(gòu)，由于承受的壓差較大，隔板內(nèi)徑又小，因此隔板的厚度較厚。雖然級數(shù)反動式少，但通流長度卻相差不多。 5. 反動級的靜葉出汽側(cè)至動葉進汽側(cè)的軸向間隙較沖動級大，可減少對動葉的激振力，同時可容許轉(zhuǎn)子和靜子間有較大的相對膨脹，對提高機組的負荷適應性有利。 6. 反動式機組在設(shè)計、加工制造方面，相對沖動式更簡單，沖動式隔板需要焊接，反動式隔板可采用裝配方案，無焊接及熱處理導致的變形，精度好，效率高。 7.

6、 反動式葉型的葉柵損失比沖動式的小，但隔板汽封直徑大，平衡鼓汽封直徑大，這兩處的泄露損失比沖動式大。 8. 大機組功率大，流量大，汽封漏汽損失占的比重小，所以大機組宜采用反動式設(shè)計9660MW高效超超臨界空冷汽輪機參照動葉片的設(shè)計理念和裝配方式 裝配式導葉的圍帶與圍帶、葉根與葉根之間有接觸緊力，能夠保持相互連接的穩(wěn)定性 拆裝的便利性，裝配式隔板有損壞時可以更換指定的葉片，安裝拆卸方便 裝配式隔板不進行焊接，因此不存在由于焊接和焊接后進行熱處理帶來的葉片變形，從而更好保證葉片通流的精度，提高機組效率 焊接隔板實體圖 焊接隔板縱剖圖 裝配式隔板實體圖 裝配式隔板縱剖圖 裝配式隔板 超超臨界660M

7、W材料提高參數(shù)機型參數(shù)25MPa/600/60028.0MPa/600/62027MPa/600/610高壓外缸ZG15Cr2Mo1不變高壓內(nèi)缸ZG1Cr10MoVNbN不變中壓外缸ZG15Cr2Mo1不變中壓內(nèi)缸/CB2高壓轉(zhuǎn)子13Cr10.5Mo1.5NiVNbN不變中壓轉(zhuǎn)子13Cr10.5Mo1.5NiVNbN 新型12%Cr(FB2)主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥ZG1Cr10MoWVNbN不變再熱調(diào)節(jié)聯(lián)合閥ZG1Cr10MoWVNbNCB2高溫材料選擇660MW高效超超臨界空冷汽輪機10通流采用反動式全三維設(shè)計技術(shù)，進一步提高缸效率； 2180切向蝸殼進汽技術(shù)，降低進口部分流動損失，可允許提高蒸汽流

8、速，蒸汽動能轉(zhuǎn)換效率提高；第一級橫置靜葉，蒸汽在速度和方向不發(fā)生驟變的情況下流入葉片，流動損失明顯降低，氣動效率提高1.3%；第一級沖動式技術(shù)，降低轉(zhuǎn)子工作溫度；各級動葉采用T型葉根，漏汽損失?。粌?nèi)缸采用紅套環(huán)密封技術(shù)；高壓模塊適應整體運輸要求。全周進汽方式，無部分進汽損失和閥門節(jié)流損失；2 高壓缸模塊主要技術(shù)特點11660MW高效超超臨界空冷汽輪機（1）高壓內(nèi)缸密封技術(shù)高壓內(nèi)缸采用規(guī)則的圓筒形結(jié)構(gòu)，取消水平結(jié)合面的法蘭。結(jié)構(gòu)更緊湊，熱應力小，適應性好，啟動及變負荷時間短。紅套環(huán)過盈產(chǎn)生的收縮力密封，整圈受力、應力集中小、壽命長。內(nèi)缸在長期穩(wěn)態(tài)及瞬時變工況下運行期間無泄漏。 機組在各種工況運行

9、過程中，內(nèi)缸和紅套環(huán)的強度滿足設(shè)計要求中分面應力與常規(guī)法蘭螺栓密封時的應力相當，可滿足密封性要求 。內(nèi)缸材料ZG1Cr10MoVNbN，紅套環(huán)的材料為2Cr10MoVNbN 2.2 高壓缸模塊主要部件結(jié)構(gòu)特點12紅套后的高壓內(nèi)缸和轉(zhuǎn)子效果圖660MW高效超超臨界空冷汽輪機（2）切向蝸殼進汽高壓缸進汽采用切向蝸殼，減小第一級導葉進口參數(shù)的切向不均勻性，提高效率。蝸殼結(jié)構(gòu)能夠減小進口部分的流動損失。蒸汽在速度和方向不發(fā)生驟變的情況下流入葉片。允許提高蒸汽流速，并具有很高的蒸汽動能轉(zhuǎn)換效率第1級靜葉與進汽蝸殼聯(lián)合計算，總壓損失系數(shù)0.6%。 汽輪機進汽蝸殼實體圖13高壓進氣蝸殼壓力云圖2.2高壓缸模

10、塊主要部件結(jié)構(gòu)特點660MW高效超超臨界空冷汽輪機高壓進汽蝸殼氣動計算與分析采用商業(yè)軟件計算，ICEM劃分網(wǎng)格，CFX求解。進口給定總溫和總壓，出口給定質(zhì)量流量，工質(zhì)為水蒸汽。蝸殼內(nèi)部流域切面示意圖 YZ平面速度矢量圖 XY平面壓力分布 壓力分布圖 蝸殼總壓損失系數(shù)僅為0.15%。分析流動情況，汽流在蝸殼內(nèi)逐漸膨脹加速，壓力逐漸降低，變化均勻，壓力等值線幾乎與流線方向垂直。從壓力云圖看，由于切向進汽，汽流在離心力作用下，形成了蝸殼外側(cè)壓力高，內(nèi)側(cè)壓力低，但切向非常均勻，壓力等值線幾乎是同心圓；14660MW高效超超臨界空冷汽輪機（3）第一級橫置靜葉 高壓缸第一級靜葉片采用軸向布置形式，以配合切

11、向蝸殼全周進汽形式；第一級采用了沖動式葉片級，第一級靜葉后溫度降低20，從而降低第一級葉輪和轉(zhuǎn)子表面的溫度，為高壓轉(zhuǎn)子提供有利的工作條件。提高第一級的級效率。第一級軸向布置靜葉實體圖152.2 高壓缸模塊主要部件結(jié)構(gòu)特點660MW高效超超臨界空冷汽輪機（4）高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥每個聯(lián)合閥包括一個主汽閥和一個調(diào)節(jié)閥。閥門通過調(diào)節(jié)閥的擴壓延長段與內(nèi)缸相連。閥體通過法蘭連接在外缸上，閥門與汽缸之間沒有蒸汽管道，結(jié)構(gòu)緊湊、損失小。主汽閥帶有預啟閥，減少主汽門開啟的提升力。主汽閥為閥門限位，具有自密封功能。調(diào)節(jié)閥為平衡閥，閥門限位，閥門全開時形成自密封162.2 高壓缸模塊主要部件結(jié)構(gòu)特點高壓主汽閥高壓調(diào)

12、節(jié)閥高壓主汽閥高壓調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)高壓調(diào)節(jié)閥高壓調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)660MW高效超超臨界空冷汽輪機高壓主調(diào)閥氣動分析計算采用商業(yè)軟件進行，ICEM劃分網(wǎng)格，CFX求解。進口給定總溫和總壓，出口給定質(zhì)量流量，工質(zhì)為水蒸汽。高壓主調(diào)閥后處理各截面位置 閥門組內(nèi)部三維流線圖 截面1-3流線圖 截面1-3壓力云圖 截面1-3馬赫數(shù)云圖 主閥+調(diào)閥計算總壓損小于1%。從壓力云圖中看出整個流場流動較均勻，閥座喉部兩側(cè)流動對稱；從流線圖中看出，整個閥腔內(nèi)沒有出現(xiàn)較大的漩渦，喉部流動均勻。從馬赫數(shù)云圖中看出調(diào)閥的出口不均勻度小，調(diào)節(jié)閥出口的汽流均勻；17660MW高效超超臨界空冷汽輪機18660MW高效超超臨界空冷

13、汽輪機防止汽流激振措施 增加高壓轉(zhuǎn)子剛度，提高汽輪機高壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速； 所有軸承采用油膜動特性系數(shù)交叉耦合項小、穩(wěn)定性更好的四瓦可傾瓦軸承； 進行考慮汽流激振影響的軸系穩(wěn)定性的計算分析，減小高壓轉(zhuǎn)子的強迫撓度系數(shù)，減小汽流激振發(fā)生的概率； 取消噴嘴進汽，采用全周進汽的方式； 采用防汽流渦動汽封。 3 汽輪機中壓模塊主要技術(shù)特點19第一級采用沖動式設(shè)計，降低轉(zhuǎn)子表面溫度，提高轉(zhuǎn)子安全性。其余各級采用多級反動式設(shè)計技術(shù)，進一步提高中壓缸效率。采用中壓轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，降低轉(zhuǎn)子表面溫度，提高轉(zhuǎn)子安全余度分缸壓力低于0.6MPa。中壓內(nèi)缸/中壓閥體材料CB2。轉(zhuǎn)子材料采用FB2。660MW高效超超臨界空冷

14、汽輪機中壓再熱調(diào)節(jié)聯(lián)合閥結(jié)構(gòu)圖20 中壓再熱調(diào)節(jié)聯(lián)合閥660MW高效超超臨界空冷汽輪機中壓再熱調(diào)節(jié)聯(lián)合閥采用主汽閥與調(diào)節(jié)閥共用一個閥座的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)緊湊，占據(jù)空間小，閥門壓力損失低。 防止固體顆粒侵蝕措施u 表面硬化處理(擴散滲透法滲硼)；提高表層材料的硬度最小950Hv。實踐證明采用滲硼的方法強化噴嘴表面腐蝕程度下降到原來的20%。u 新型的防侵蝕葉型，合理的動靜間隙，減少固體顆粒的碰撞速度，改變碰撞角度，使固體顆粒避開材料的高沖蝕區(qū)，因而減少對葉片的沖蝕。u 利用旁路系統(tǒng)，啟動前可用旁路帶走一部分固體顆粒。21660MW高效超超臨界空冷汽輪機l加強型外缸l落地軸承箱l落地內(nèi)缸l單層內(nèi)缸l

15、靜葉去濕技術(shù)l940mm末級葉片22采用落地式軸承箱結(jié)構(gòu)，即軸承直接支撐在基礎(chǔ)上，改善轉(zhuǎn)子運行條件；低壓內(nèi)缸落地式結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)子與靜子完美對中，不受真空變化影響；中低壓缸分缸壓力低于0.6MPa，溫度低于300，使得低壓缸進口溫度降低，可以減小低壓缸進、排汽溫差，降低低壓缸熱應力，減小低壓缸的變形，避免低壓缸出現(xiàn)內(nèi)漏，提高汽輪機經(jīng)濟性和可靠性，避免低壓轉(zhuǎn)子出現(xiàn)回火脆化問題；采用940mm自帶圍帶末級動葉片，具有豐富使用業(yè)績。4 低壓缸模塊主要技術(shù)特點低壓內(nèi)缸上半低壓內(nèi)缸下半內(nèi)缸撐腳660MW高效超超臨界空冷汽輪機23660MW高效超超臨界空冷汽輪機低壓模塊內(nèi)缸直接支撐在基礎(chǔ)上 轉(zhuǎn)子和內(nèi)缸在真空變

16、化、低壓噴水、低負荷運行等各種工況下都保持完美的同心度，因為外 缸的變形不會導致通流部件動靜中心變化； 可將因轉(zhuǎn)子和靜子零件接觸而產(chǎn)生摩擦振動的危險降到最小。 940mm末級葉片 24940mm葉片設(shè)計參數(shù)根徑1718.51879mm環(huán)形面積7.85m28.32m2葉片支數(shù)6670葉根形式圓弧樅樹形連接形式阻尼凸臺/套筒+自帶圍帶整圈連接材料12%Cr940mm葉片開發(fā)歷程葉片開發(fā)歷程2004200520062007氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計性能驗證試驗電廠使用 阻尼圍帶 高抗振衰減性 凸臺/套筒拉筋 高抗振衰減性 12%Cr不銹鋼 高強度、高硬度 薄葉片 高效率 減少離心力 樅樹型葉根 降低葉片重量

17、 降低離心力660MW高效超超臨界空冷汽輪機25660MW高效超超臨界空冷汽輪機5.1 高壓模塊整體發(fā)貨簡介 缸體電端采用固定墊箱支撐，并固定汽缸。轉(zhuǎn)子采用兩個輕質(zhì)支架支撐，缸體調(diào)端底部采用千斤頂支撐，與轉(zhuǎn)子支架配合，用于汽缸的支撐及頂起。在內(nèi)缸的調(diào)端及電端側(cè)各設(shè)計4塊支撐板用于廠內(nèi)總裝時內(nèi)缸與轉(zhuǎn)子定位。在外缸兩側(cè)端面處設(shè)計定心環(huán)用于高壓模塊整體運輸。千斤頂轉(zhuǎn)子輔助支架內(nèi)缸固定墊箱轉(zhuǎn)子輔助支架高壓轉(zhuǎn)子高壓內(nèi)缸支撐板高壓外缸定位環(huán)265 高壓模塊整體發(fā)貨及HTCCS系統(tǒng)介紹 660MW高效超超臨界空冷汽輪機步驟1：高壓內(nèi)缸下半就位，安裝好靜葉、汽封 步驟2：轉(zhuǎn)子支架就位，并起吊轉(zhuǎn)子步驟3：調(diào)整輔

18、助支撐位置及高度并安裝高壓內(nèi)缸下半定位支撐板，將轉(zhuǎn)子平穩(wěn)裝入高壓內(nèi)缸步驟4：安裝高壓內(nèi)缸上半支撐板后再安裝高壓內(nèi)缸上半，把緊內(nèi)缸中分面螺栓及定位銷栓27660MW高效超超臨界空冷汽輪機步驟5：高壓內(nèi)缸紅套步驟6：紅套環(huán)裝配完成后將內(nèi)缸與轉(zhuǎn)子整體吊裝步驟7：將高壓轉(zhuǎn)子及內(nèi)缸裝入外缸下半前將內(nèi)缸下半的兩塊定位支撐板取下,安裝支撐鍵步驟8：將內(nèi)缸及轉(zhuǎn)子整體裝入外缸下半后取下內(nèi)缸上半的兩塊定位支撐板，調(diào)整并安裝外缸下半端部定位環(huán)下半定位環(huán)下半定位環(huán)28660MW高效超超臨界空冷汽輪機步驟9：安裝高壓外缸上半(包括端部定位環(huán))，把緊中分面螺栓及定位銷栓，將高壓模塊整體起吊裝入運輸支架準備發(fā)貨。定位環(huán)高壓

19、模塊包裝后尺寸8.4m3.9m3.8m，高壓模塊總重約160T。 現(xiàn)場安裝：將高壓模塊整體起吊，緩慢落在軸承箱中，外缸貓爪支撐在軸承箱上，轉(zhuǎn)子支撐在軸承上。調(diào)好后，拆卸定位環(huán)，連接轉(zhuǎn)子對輪，高壓模塊與閥門連接。29660MW高效超超臨界空冷汽輪機1).測量設(shè)備：HTCCS測量設(shè)備由以下幾部分核心組件組成：1、API激光跟蹤儀（帶航空攝像頭）2、導軌系統(tǒng)3、靶球固定工裝4、測量靶球5.2 HTCCS測量技術(shù)簡介660MW高效超超臨界空冷汽輪機30HTCCS測量系統(tǒng)是利用帶航空攝像頭的API自動捕捉測量靶球的技術(shù)，配合可以令API沿汽輪機軸線方向移動的導軌系統(tǒng)，以及可以將測量靶球固定于汽封上的靶球

20、固定工裝，來實現(xiàn)全實缸無轉(zhuǎn)子狀態(tài)下汽輪機動靜通流尺寸的測量。2).測量方法：660MW高效超超臨界空冷汽輪機31 2)測量方法：u首先對測量基準進行測量，計算出軸線；u每級需測量位置，根據(jù)需要事先在4個位置固定測量球。利用上面的測量方法對這4個點進行測量，并進行坐標擬和；u分別計算這4點到軸線的距離，得出徑向尺寸，并輸入計算軟件表格中；u將轉(zhuǎn)子的相應通流部分徑向尺寸輸入到計算軟件表格中；u結(jié)合轉(zhuǎn)子的實際撓度，通過軟件計算，得到機組所有動靜通流間隙值；u用數(shù)控機床加工汽封齒配準整圈汽封間隙；uHTCCS測量方法從根本上保證了所得的間隙值與全實缸的間隙值一致，從而保證冷態(tài)安裝時的間隙值準確反映機組

21、運行時的間隙值。最大限度地保證機組的經(jīng)濟性和安全性。32高效660MW超超臨界空冷汽輪機33項 目三缸兩排汽四缸四排汽三缸-四缸機組總長m27.532.9-5.4高壓閥門主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥相同中壓閥門主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥相同高中壓缸高中壓分缸高中壓分缸相同高壓通流級數(shù)17152中壓通流級數(shù)2162128低壓缸數(shù)量12低壓通流級數(shù)25226支持軸承68轉(zhuǎn)子34軸承箱45末級葉片940mm680mm660MW高效超超臨界空冷汽輪機小結(jié)1).高壓缸采用2180切向渦殼進汽技術(shù),可 降低進口部分流動損失，提高蒸汽動能轉(zhuǎn)換效率，計算總壓損僅為0.15%；2).單流程第一級橫置靜葉，流動損失明顯降低，氣動效率提高1.3%。第一級設(shè)計成低反動度級，降低靜葉后蒸汽溫度極大改善轉(zhuǎn)子工作條件，提高轉(zhuǎn)子使用壽命；由于全周進汽，可降低葉片工作應力，杜絕端部漏汽，明顯降低端部損失和漏汽損失；3).高壓第一級靜葉表面進行滲硼強