唐清舟-超超臨界空冷1000MW技術(shù)特點(溫州)

(Sheet-1)東方汽輪機有限公司

向參加全國超（超）臨界發(fā)電機組技術(shù)交流2010年會的各位領(lǐng)導和專家致意！

東方超超臨界空冷

1000MW汽輪機技術(shù)特點2010年11月東方汽輪機有限公司(Sheet-3)目錄一、超超臨界汽輪機的業(yè)績及項目情況二、汽輪機的來源、技術(shù)規(guī)范及設(shè)計特點三、主機結(jié)構(gòu)介紹四、汽輪機的材料及防固體顆粒侵蝕的方法五、汽輪機的可靠性(Sheet-4)一、東汽超臨界、超超臨界汽輪機的業(yè)績及項目情況(Sheet-5)D1000A-2tD1000A-1t制造廠編號600℃/600℃25.0MPaTC4F-431000山東鄒縣四期#8600℃/600℃25.0MPaTC4F-431000山東鄒縣四期#7項目執(zhí)行情況主/再熱蒸汽溫度主蒸汽壓力

東汽已投運百萬機組出力MWe電廠機組D1000A-3t600℃/600℃25.0MPa1000廣東海門一期#1TC4F-43D1000A-4t600℃/600℃25.0MPa1000廣東海門一期#2TC4F-43D1000A-5t600℃/600℃1000D1000A-6t600℃/600℃25.0MPa1000TC4F-43遼寧綏中二期#325.0MPaTC4F-43已投運已投運已投運已投運已投運已投運遼寧綏中二期#4(Sheet-6)東汽超超臨界空冷1000MW機組業(yè)績(Sheet-7)二、汽輪機的來源、技術(shù)規(guī)范及設(shè)計特點(Sheet-8)

1）全部高、中、低壓三個模塊均采用經(jīng)過運行考驗的成熟結(jié)構(gòu)。2）高中壓采用鄒縣1000MW；3）低壓采用寧夏大壩兩排汽空冷低壓模塊。機組功率（型式）電廠（投運時間）取用的部套（轉(zhuǎn)速）參數(shù)備注1000MW（CC4F-41）山東鄒縣7#（2006.11）取高壓缸、中壓缸3000r/min25MPa600℃/600℃Haramachi2#機的改進型600MW（TC4F-34）寧夏大壩(2007.6)只取低壓缸進行串聯(lián)3000r/min16.7MPa538℃/538℃背壓16kPa單軸、雙軸空冷百萬千瓦的低壓模塊1、汽輪機的來源(Sheet-9)鄒縣7#、8#HP,IPcrosssection機組鄒縣#7、#8寧夏大壩額定出力1000MW600MW型式TC4F-43"

TC2F-34"

蒸汽參數(shù)25MPa

16.7MPa

600/600℃538/538℃1、單軸機型(Sheet-10)1、雙軸機型功率395627KW功率604387KW(Sheet-11)

型式：超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽直接空冷式。型號： NZK1000-25/600/600（TC4F-34）額定功率： 1000MW最大連續(xù)功率： 1099MW閥門全開功率： 1126.7MW額定新汽壓力： 25MPa額定新汽溫度： 600℃額定再熱溫度： 600℃額定背壓： 15kPa（單背壓）2、主要技術(shù)規(guī)范(Sheet-12)

額定新汽流量： 2897.6t/h（THA工況）銘牌流量： 3240.5t/h（TRL、TMCR工況）閥門全開流量： 3337.7（VWO工況）額定轉(zhuǎn)速： 3000r/min轉(zhuǎn)向： 逆時針（從機頭朝發(fā)電機方向看）通流級數(shù)： 高壓2×I（雙流調(diào)節(jié)級）+8壓力級 中壓2×6壓力級 低壓4×5壓力級 （總熱力級20級，總結(jié)構(gòu)級42級）2、主要技術(shù)規(guī)范(Sheet-13)

末級葉片高度： 770mm（30″）末級葉片根徑： 1905mm（75″）總軸向排汽面積： 2×6.7m2回熱級數(shù)： 7級（3高加+1除氧+3低加）最終給水溫度： 297.1℃（THA）給水泵驅(qū)動方式： 2×50%汽動泵+1×40%電動泵（作啟動及備用）汽封系統(tǒng)： 自密封系統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)：主軸驅(qū)動的主油泵—油渦輪系統(tǒng)2、主要技術(shù)規(guī)范(Sheet-14)

●采用沖動式汽輪機▲沖動式汽輪機經(jīng)濟性好，穩(wěn)定性高?！鴽_動式汽輪機的大部分壓降存在于靜葉噴嘴，動葉的壓降較小，動葉頂?shù)穆┢啃　?/p>

▲沖動式汽輪機隔板處轉(zhuǎn)子根徑小，所以級間的漏汽區(qū)域相對較小?！裥矢撸?/p>

▲采用多項先進通流技術(shù)，保證高經(jīng)濟性。

▲末級葉片先進：采用自帶冠結(jié)構(gòu)，漏汽量小，效率高；針對空冷機組特點，采用30′′末葉。

▲配汽方式先進:可實現(xiàn)節(jié)流及噴嘴配汽，全年綜合經(jīng)濟性好。3、主要設(shè)計特點(Sheet-15)(Sheet-16)

●可靠性高：▲高、中、低壓全部采用經(jīng)運行考驗的成熟結(jié)構(gòu)；▲對軸系穩(wěn)定性進行了慎密校核；▲高溫部件的材料經(jīng)過運行考驗；▲高溫部件結(jié)構(gòu)及冷卻經(jīng)精心設(shè)計；●啟動方式靈活，調(diào)峰及變負荷性能好；●機組安裝方便、檢修性能好。3、主要設(shè)計特點(Sheet-17)三、主機結(jié)構(gòu)介紹單軸1000MW汽輪發(fā)電機組立體圖(Sheet-18)1、總體結(jié)構(gòu)及布置：▲采用一個高壓缸（逆流）、一個雙流程中壓缸和兩個雙流低壓缸串聯(lián)組成?；蛞粋€高壓缸（逆流）、一個雙流程中壓缸帶一個電機；兩個雙流低壓缸串聯(lián)帶一個電機▲汽流的流程：主蒸汽經(jīng)四根導汽管進入四個高壓主汽閥、四個調(diào)節(jié)閥，從高壓外缸4個進汽口進入調(diào)節(jié)級，通過高壓缸2+8級作功后，去鍋爐再熱器。再熱汽經(jīng)兩根再熱管進入中壓聯(lián)合汽閥，經(jīng)2個導汽管進入中壓缸中部下半，通過2X5級作功后的蒸汽經(jīng)一根異徑連通管分別進入兩個雙流5級的低壓缸（A、B），作功后排入排汽裝置。(Sheet-19)2、機組的死點和滑銷系統(tǒng)●轉(zhuǎn)子的相對死點在2#軸承處。●機組靜子共設(shè)有三個絕對死點，分別位于中壓缸和A低壓缸之間的軸承箱下及低壓缸（A）和低壓缸（B）的中心線附近?！袼傈c處的橫鍵限制汽缸的軸向位移，同時，在前軸承箱及兩個低

壓缸的縱向中心線前后設(shè)有縱向鍵和立鍵，它引導汽缸沿軸向自由膨脹而限制橫向跑偏?！窕瑒用嬖O(shè)計采用GE、西屋、三菱、俄羅斯等世界著名大公司的成熟設(shè)計，同時1#、2#軸承箱下采用自潤滑滑塊后，摩擦系數(shù)可降低到0.1以下。(Sheet-20)

3、閥門的布置：

▲高壓閥布置在機組的機頭側(cè)，采用浮動支承。

▲高壓主汽閥與調(diào)節(jié)閥焊為一體，四個高壓主汽閥腔室間有管子連通，便于主汽閥作全行程活動試驗。(Sheet-21)

▲中壓閥為聯(lián)合汽閥，布置在中壓缸中部的兩側(cè)，也采用浮動支承。(Sheet-22)4、軸系及軸承▲HP轉(zhuǎn)子跨距5750mm,雙流IP轉(zhuǎn)子跨距5490mm,兩個雙流LP轉(zhuǎn)子跨距6930mm?！?#～4#軸承采用落地式軸承,5#、6#和7#、8#軸承分別支承在落地軸承箱上，落地軸承。

(Sheet-23)▲轉(zhuǎn)子及軸承數(shù)據(jù)如下表軸承號1#2#3#4#5#6#7#8#轉(zhuǎn)子HP轉(zhuǎn)子IP轉(zhuǎn)子ALP轉(zhuǎn)子BLP轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子重量24200Kg28800kg78500kg78800kg軸瓦型式可傾瓦可傾瓦橢圓瓦橢圓瓦轉(zhuǎn)子軸徑φ406φ508φ533φ533φ558φ558φ558φ584(Sheet-24)推力軸承

(面積2682.5cm2)

(Sheet-25)六瓦塊式可傾瓦軸承

(Sheet-26)橢圓軸承

(Sheet-27)5、高壓模塊結(jié)構(gòu)介紹(Sheet-28)5.高壓模塊結(jié)構(gòu)介紹

▲共I（雙流）+8個熱力通流級。

▲高壓缸雙層缸結(jié)構(gòu)，均有水

平中分面。

▲內(nèi)缸配有四個噴嘴室。

▲噴嘴室、內(nèi)外缸之間活動

連接。

▲進汽管與外缸連接部位采用

特殊的冷卻結(jié)構(gòu)，

▲高壓外缸材料Cr-Mo-V鑄鋼。

進汽彎頭、進汽短管均采

用9Cr-1Mo鍛鋼，噴嘴室采

用12Cr鑄鋼，內(nèi)缸采用

12Cr鑄鋼。

▲高壓轉(zhuǎn)子采用整鍛結(jié)構(gòu)，

選用改良12Cr鍛鋼。

(Sheet-29)高壓模塊(Sheet-30)高壓模塊(Sheet-31)高壓外缸冷卻結(jié)構(gòu)圖(Sheet-32)

高壓外缸高壓內(nèi)缸冷卻蒸汽入口(No.1Ext.Steam)冷卻蒸汽入口(No.1Ext.Steam)冷卻蒸汽出口冷卻蒸汽出口螺栓孔橫截面螺栓孔冷卻蒸汽螺栓冷卻系統(tǒng)(Sheet-33)高壓模塊(Sheet-34)6.中壓模塊介紹(Sheet-35)中壓模塊

▲共2X6個熱力通流級。

▲中壓缸雙層結(jié)構(gòu)，均有水

平中分面。

▲中壓轉(zhuǎn)子高溫部位采用

特殊的冷卻結(jié)構(gòu).

▲中壓外缸進汽口處采用

特殊的冷卻結(jié)構(gòu).

▲中壓外缸材料Cr-Mo-V鑄鋼。

進汽彎頭、進汽短管均采

用9Cr-1Mo鍛鋼，內(nèi)缸采用

12Cr鑄鋼。

▲中壓轉(zhuǎn)子采用整鍛結(jié)構(gòu)，

選用改良12Cr鍛鋼。

(Sheet-36)中壓轉(zhuǎn)子冷卻結(jié)構(gòu)(Sheet-37)中壓外缸冷卻結(jié)構(gòu)圖●對空冷機組來講，低壓模塊的開發(fā)設(shè)計是重點，也是難點，因為空冷機組與濕冷機組相比，它的低壓模塊承受著更為惡劣的工作條件：●設(shè)計背壓高，背壓變化范圍大，且變化頻繁。與背壓變化相對應(yīng)，排汽溫度也是變化范圍大，變化頻繁。●對于直接空冷機組，由于機組排汽需經(jīng)管道聯(lián)接至空冷塔，因此，低壓外缸的受力比冷凝機組要復(fù)雜得多?！竦蛪耗┘壢~片在最惡劣的小汽量、高背壓下的鼓風將產(chǎn)生大量的熱量，必須有可靠的噴水系統(tǒng)來降低壓缸的溫度。(Sheet-38)低壓模塊(Sheet-39)7.低壓模塊

▲共2X5個熱力通流級。

▲低壓缸為三層結(jié)構(gòu).

▲低壓轉(zhuǎn)子采用整鍛結(jié)構(gòu)，

選用超純凈Ni-Cr-Mo-V

鍛鋼。

▲低壓外缸與排汽管采用柔性連接方式(Sheet-40)低壓模塊低壓落地軸承低壓非落地軸承落地軸承可以消除排汽溫度對標高的溫影，避免了標高大范圍變化對軸承負荷及軸系穩(wěn)定性的影響。(Sheet-41)低壓模塊(Sheet-42)8.動葉片：

調(diào)節(jié)級：葉根菌形，自帶冠，雙層圍帶。

壓力級：除中壓1、2級葉根為樅樹型、末級、次末級為斜齒樅樹型葉根外，其余為菌形，自帶冠。末級：高度為30″、根徑為75″（1905mm），軸向排汽面積為6.7m2，葉根８叉，自帶冠，高頻淬火防水蝕。(Sheet-43)9.盤車裝置

▲安裝在汽輪機和發(fā)電

機之間。

▲由電動機和齒輪系組成，

齒輪系由電動機通過一個

無聲鏈驅(qū)動。

▲盤車轉(zhuǎn)速為～2轉(zhuǎn)/分。

▲盤車電機功率20千瓦。

(Sheet-44)10、汽封結(jié)構(gòu)特點：高、中、低壓隔板汽封、動葉頂部汽封、端汽封均采用專利技術(shù)的DAS汽封。11、汽機的啟動方式特點和對旁路的要求高壓缸啟動：只設(shè)高壓旁路，旁路容量30%B-MCR。日立在1000MW機組中采用高壓缸啟動有很成熟的經(jīng)驗。

(Sheet-45)12、汽機的啟動系統(tǒng)：▲包括旁路系統(tǒng)、預(yù)暖系統(tǒng)、防高壓缸過熱通風系統(tǒng)?！A(yù)暖系統(tǒng)：由高排送蒸汽對高壓缸進行倒暖?！L系統(tǒng)：為防止啟動時高壓缸過熱，在4#高壓導汽管處設(shè)有通風閥。

(Sheet-46)四、汽輪機的材料及防固體顆粒侵蝕的方法(Sheet-47)１、汽輪機主要部件的材料部件材料高中壓轉(zhuǎn)子改良型12Cr鍛鋼

(HR1100)低壓轉(zhuǎn)子高純度NiCrMoV鍛鋼高、中壓內(nèi)缸12Cr鑄鋼高、中壓外缸Cr-Mo-V鑄鋼噴嘴室12Cr鑄鋼閥門9Cr鑄鋼高、中壓第1級動葉改良型12Cr鍛鋼

(HB1100)末級動葉1Cr12Ni3Mo2VN(Sheet-48)轉(zhuǎn)子主軸材料的性能HR1200(FutureMaterial)HR1100(Cur.Material)Conventional12CrCrMoV(Sheet-49)葉片材料的性能HB1200(FutureMaterial)HB1100(Cur.Material)Conventional12Cr(Sheet-50)汽缸材料的性能New12Cr(FutureMater.)Mod.12CrMod.9CrCrMoV(Sheet-51)堆焊層堆焊層堆焊層堆焊層堆焊層材料

:Cr-Mo轉(zhuǎn)子材料

:

HR11001)堆焊層厚度:10mm2)堆焊后的熱處理:660℃×20hr.退火以消除應(yīng)力3)質(zhì)量控制方法:a)超聲波檢查b)磁粉檢查c)滲透檢查d)硬度測量e)殘余應(yīng)力測量2、轉(zhuǎn)子軸頸堆焊層材料(Sheet-52)高溫汽輪機HR1100轉(zhuǎn)子鍛件的應(yīng)用-Ingotweight:~24t-Size:f1200mm×L3500mm(Sheet-53)3、防止固體微粒腐蝕（SPE）的措施針對SPE侵蝕的機理，采用了以下技術(shù)措施：●調(diào)節(jié)級噴嘴采用新的斜面噴嘴型線（SPE葉型）技術(shù)；●優(yōu)化再熱第1級動、靜葉間的軸向間隙，使動葉反射的SPE不能打在靜葉背弧上，切斷SPE多重反射的途徑；●對噴嘴、調(diào)節(jié)級和再熱第1級動靜葉采用耐沖蝕性能良好的含鈮鋼；●對高壓噴嘴室、調(diào)節(jié)級噴嘴、再熱第1級噴嘴進行Cr-C處理；●在閥門上安裝濾網(wǎng)，防止大顆粒固粒進入通流部分。(Sheet-54)對高壓第1級噴嘴進行Cr-C處理防止固體微粒腐蝕的技術(shù)對高壓噴嘴室進行

Cr-C處理調(diào)節(jié)級斜面噴嘴型線技術(shù)普通型改進型(Sheet-55)汽流

壓力面Cr-C

層吸力面中壓第1級噴嘴防止固體微粒腐蝕的技術(shù)(Sheet-56)五、軸系穩(wěn)定性分析

1空冷1000MW汽輪發(fā)電機組軸系概況：軸系由五根轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子之間采用剛性聯(lián)軸器聯(lián)接，每根轉(zhuǎn)子各有兩個支持軸承，共10個軸承。1#～4#支持軸承為瓦軸承，5#～10#支持軸承為橢圓軸承。

軸系特點：每根轉(zhuǎn)子兩個支持軸承，安裝、檢修方便；聯(lián)軸器螺栓受力小，特殊工況軸系可靠性高。

(Sheet-57)轉(zhuǎn)子基本參數(shù)表

高壓轉(zhuǎn)子中壓轉(zhuǎn)子A低壓轉(zhuǎn)子B低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子長度mm7864.2884095881014416006轉(zhuǎn)子質(zhì)量kg24699296007293472425104748支承內(nèi)跨距mm575054906930693011805轉(zhuǎn)動慣量kg*m221903719271712708418957

(Sheet-58)2、軸系穩(wěn)定性分析2.1軸承穩(wěn)定性▲軸承基本參數(shù)及計算結(jié)果見表?！樟⒉捎幂S承最低穩(wěn)定比壓的辦法來評價軸承

的穩(wěn)定性?！S承最低穩(wěn)定比壓定義為該比壓下軸承失穩(wěn)轉(zhuǎn)速為3000rpm。▲從表中可看出,對1#～4#軸承不失穩(wěn)，5#～8#軸承比壓0.32MPa失穩(wěn)轉(zhuǎn)速為3000RPM，設(shè)計比壓要高5倍，故軸承不失穩(wěn)。

(Sheet-59)

軸承基本參數(shù)軸承號1#2#3#4#5#6#7#8#軸頸Dmm406508533533558558558584軸承寬度

L/D254254279305381381381381軸承比壓MPa0.960.701.260.871.631.601.711.59穩(wěn)定的最小比壓MPaNNNN0.320.320.320.32軸承型式可傾瓦橢圓瓦(Sheet-60)2.2軸系臨界轉(zhuǎn)速較核結(jié)果如下表單位:rpm從表中可看出，軸系臨界轉(zhuǎn)速滿足避開工作轉(zhuǎn)速±10％的要求。階數(shù)123456789轉(zhuǎn)速8501680172019602040239036803830＞4500轉(zhuǎn)子GNALPBLPHPIPGNALPBLPHP(Sheet-61)2.3

強迫撓度（Forceddeflection）：

Forcedd

此系數(shù)用來評判由于葉輪偏心所引起的汽流激振力對軸系的影響。

轉(zhuǎn)子強迫撓度的定義如下：計算結(jié)果如下表

強迫撓度=轉(zhuǎn)子靜撓度×轉(zhuǎn)子輸出力矩轉(zhuǎn)子質(zhì)量×動葉平均半徑(Sheet-62)轉(zhuǎn)子強迫撓度允許值高壓轉(zhuǎn)子1.4小于2.3中壓轉(zhuǎn)子0.9A低壓轉(zhuǎn)子0.2B低壓轉(zhuǎn)子0.2

(Sheet-63)2.4汽流激振指數(shù)（Steamexcitingindex）Steamexcitin其計算方法及判定準則來源于GE，用于考核汽封力對軸系影響的評價，要求小于1。

S:SteamExitingIndexK1:14.04W:RotorweightNc:Criticalspeedi:Eachpacking空冷1000MW汽輪發(fā)電機組汽流激振指數(shù)計算值：0.6，小于允許值1.0，合格。

(Sheet-64)2.5Q因子計算值（Qfactor）：日立采用峰值響應(yīng)敏感性系數(shù)Q（或稱品質(zhì)因子）,按ISO10814-96對軸系不平衡響應(yīng)的敏感性進行評判，計算結(jié)果如下：階數(shù) 1 2 3 4 5 6