東汽超臨界350MW兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

莫琪輝

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)

東汽超臨界350MW兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

莫琪輝

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽，618000)

功率在600MW以下的汽輪機(jī)，大多是亞臨界兩缸兩排汽或者三缸兩排汽汽輪機(jī)，蒸汽參數(shù)低，熱效率相對(duì)低，公司在借鑒、運(yùn)用超臨界機(jī)組成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過再次優(yōu)化研發(fā)，成功開發(fā)出具有高效、優(yōu)良性能的超臨界350MW汽輪機(jī)。文章簡(jiǎn)要介紹了公司350MW超臨界兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

超臨界;350MW汽輪機(jī);結(jié)構(gòu)

1 前言

以往，功率在600MW以下的汽輪機(jī)，都是亞臨界兩缸兩排汽或者三缸兩排汽汽輪機(jī)，與超臨界機(jī)組相比，熱效率及經(jīng)濟(jì)性相對(duì)差。

近年來，國(guó)內(nèi)外電廠為了提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，圍繞節(jié)能、降耗、增效研發(fā)汽輪機(jī)，除了采用最新先進(jìn)的技術(shù)，最主要的途徑之一就是提高汽輪機(jī)的初參數(shù)，采用超臨界、超超臨界汽輪機(jī)，特別是在汽輪機(jī)朝大功率、高參數(shù)方向發(fā)展時(shí)，效率提高尤為明顯，經(jīng)濟(jì)性大為提高，明顯減少了環(huán)境污染。

提高汽輪機(jī)初參數(shù)的同時(shí)增大了汽輪機(jī)單機(jī)功率，故超臨界汽輪機(jī)大多為600MW或以上功率的機(jī)組，而600MW以下功率的汽輪機(jī)，仍為亞臨界汽輪機(jī)。然而，電廠配置600MW以上的大功率汽輪機(jī)，畢竟限制條件較多，很多電廠包括一些新建電廠，仍然只適合配置300MW等級(jí)的汽輪機(jī)，因此，如何提高300MW等級(jí)汽輪機(jī)的熱效率和經(jīng)濟(jì)性，也就成為汽輪機(jī)制造業(yè)面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。

公司超臨界350MW汽輪機(jī)兼顧用戶工業(yè)供熱及采暖供熱的要求，研發(fā)了兩種機(jī)型，一種型號(hào)為C350/293-24.2/1.0/566/566，另一種型號(hào)為C350/294-24.2/0.43/566/566，均為超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、供熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)，前者為工業(yè)抽汽，后者為采暖抽汽。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及采取的技術(shù)措施

與亞臨界300MW汽輪機(jī)相比，超臨界350MW汽輪機(jī)的壓力、溫度都大為提高，主蒸汽壓力/溫度/再熱溫度達(dá)到24.2MPa/566℃/566℃。為了保證高溫部件如高壓內(nèi)缸、隔板、轉(zhuǎn)子等在超臨界參數(shù)下有足夠的強(qiáng)度，高壓內(nèi)缸、隔板等高溫部件分別采用了高溫力學(xué)性能良好的合金鑄鋼件和鍛件，并采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使機(jī)組在高參數(shù)下能安全可靠地運(yùn)行。

超臨界350MW汽輪機(jī)因初參數(shù)較高，因此熱力級(jí)的設(shè)計(jì)必須合理，超臨界350MW汽輪機(jī)高中壓隔板采用了SCH層流導(dǎo)葉，高中壓轉(zhuǎn)子采用了HV動(dòng)葉，低壓靜、動(dòng)葉分別采用CUC彎曲導(dǎo)葉和彎扭動(dòng)葉。隔板、動(dòng)葉的強(qiáng)度都計(jì)算合格。

為了降低高中壓轉(zhuǎn)子中壓進(jìn)汽處的熱疲勞應(yīng)力，高中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)汽處采用葉輪冷卻結(jié)構(gòu)（見圖1）。冷卻蒸汽引自高壓缸第5級(jí)后蒸汽，通過冷卻汽流管路上針形閥的開度調(diào)節(jié)流量，冷卻蒸汽與中壓一級(jí)前高溫蒸汽混和后形成低溫冷卻蒸汽，進(jìn)入中壓缸，對(duì)中壓轉(zhuǎn)子第一級(jí)葉輪表面進(jìn)行冷卻。冷卻蒸汽可使中壓轉(zhuǎn)子第一級(jí)葉輪表面溫度不超過520℃，大大降低了轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，提高了中壓轉(zhuǎn)子的熱疲勞強(qiáng)度。

圖1 葉輪冷卻結(jié)構(gòu)示意圖

3 通流設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

超臨界350MW汽輪機(jī)在發(fā)電的同時(shí)需要供給工業(yè)抽汽或采暖抽汽，抽汽壓力、溫度都不相同，因此通流設(shè)計(jì)也不完全相同。

供熱汽輪機(jī)通流按照以熱定電的原則設(shè)計(jì)，熱負(fù)荷、電負(fù)荷關(guān)聯(lián)調(diào)節(jié)，多發(fā)電則少抽汽，多抽汽則少發(fā)電。這種設(shè)計(jì)原則的特點(diǎn)是機(jī)組處于純凝汽工況運(yùn)行時(shí)的熱效率較高，電廠的設(shè)備利用率較高，電站的所有設(shè)備均得到充分利用[1]。

C350/294-24.2/0.43/566/566為季節(jié)性較強(qiáng)的供暖抽汽機(jī)組（冬天抽汽供熱，夏天純凝汽運(yùn)行發(fā)電），為了使純凝汽工況下有較高的熱效率，該機(jī)組按在純凝汽工況運(yùn)行時(shí)發(fā)額定功率設(shè)計(jì)，隨著熱負(fù)荷（即抽汽量）的增加電功率相應(yīng)下降，當(dāng)抽汽量為最大時(shí)，機(jī)組電功率為最小值。約為純凝汽工況時(shí)的83%左右。C350/293-24.2/1.0/ 566/566為工業(yè)抽汽機(jī)組，仍按上述原則設(shè)計(jì)[1]。

C350/293-24.2/1.0/566/566與C350/294-24.2/ 0.43/566/566型汽輪機(jī)抽汽均設(shè)在中壓末級(jí)后，采用供熱碟閥調(diào)節(jié)。兩種機(jī)型的主要技術(shù)規(guī)范見表1。

表1 兩種機(jī)型的主要技術(shù)規(guī)范

4 本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

兩種機(jī)型均為超臨界350MW、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、沖動(dòng)式、凝汽式汽輪機(jī)機(jī)組。從縱向布置看，主要由一個(gè)高中壓缸（包括內(nèi)缸）2、一個(gè)低壓缸（包括內(nèi)缸）4、前軸承箱1、中間軸承箱3、盤車箱5等組成（見圖2）。

高中壓缸為雙層缸合缸結(jié)構(gòu)，噴嘴室靜葉自帶冠，斜置葉片。汽缸上、下半由螺栓聯(lián)結(jié)。高中壓內(nèi)、外缸的法蘭螺栓孔內(nèi)設(shè)有蒸汽內(nèi)流冷卻流道，在啟動(dòng)、運(yùn)行時(shí)對(duì)汽缸螺栓加熱，以縮小與汽缸的溫差，減小汽缸螺栓的熱應(yīng)力。

圖2 350MW超臨界汽輪機(jī)外形圖

高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子均為整鍛轉(zhuǎn)子，支承在4個(gè)支持軸承上。推力軸承及中間軸承均布置在中間軸承箱內(nèi)。機(jī)組有兩個(gè)死點(diǎn)，分設(shè)在中間軸承中心線后及低壓進(jìn)汽中心前。為了使前軸承箱膨脹順暢，前箱采用自潤(rùn)滑滑塊。

高壓主汽調(diào)節(jié)閥布置在機(jī)頭運(yùn)行層以下，中壓聯(lián)合汽閥布置在機(jī)組兩側(cè)并座落在高中壓基礎(chǔ)框架之內(nèi)。高壓閥采用剛性吊架支承，中壓聯(lián)合汽閥采用浮動(dòng)式支承。主蒸汽、再熱蒸汽分別從汽缸中部進(jìn)入，前者流向機(jī)頭，后者流向機(jī)尾。

中壓缸的出汽口與低壓缸的進(jìn)汽口之間由連通管連接，連通管為帶壓力平衡式波紋管膨脹節(jié)，能有效地吸收連通管熱膨脹及平衡前后壓力。

低壓內(nèi)外缸之間采用波紋管連接，以吸收兩者的熱膨脹及形成密封腔室，阻止汽缸向外漏汽。

低壓缸采用雙分流三層缸結(jié)構(gòu)，以降低汽缸的熱應(yīng)力。低壓內(nèi)缸螺栓孔內(nèi)也設(shè)有蒸汽內(nèi)流冷卻流道。

該機(jī)組低壓外缸進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化，極大地提高了低壓外缸的支撐剛度，解決了低壓缸剛性不足、低壓軸承座振動(dòng)偏大的問題。

5 其它結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（1）配汽：高壓進(jìn)汽采用噴嘴配汽，可實(shí)現(xiàn)單閥或順序閥進(jìn)汽，啟動(dòng)時(shí)可進(jìn)行無擾切換；中壓為全周進(jìn)汽；工業(yè)抽汽及采暖抽汽，采用供熱碟閥節(jié)流配汽。

（2）軸系：經(jīng)計(jì)算，超臨界350MW供熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)軸系的振動(dòng)特性良好，均在規(guī)定范圍內(nèi)。

（3）軸向推力：供熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)的軸向推力變化范圍大，變化情況比較復(fù)雜。超臨界350MW供熱汽輪機(jī)的最大軸向推力為13t左右。

（4）抽汽補(bǔ)水、除氧方式：公司超臨界350MW供熱機(jī)組通過安裝在凝汽器喉部的平面膜式噴嘴將水噴入凝汽器蒸汽空間，用調(diào)節(jié)閥控制噴嘴前后壓差，利用汽輪機(jī)排汽加熱除氧，使補(bǔ)水溶氧析出。

（5）供熱機(jī)組的超速保護(hù)：當(dāng)供熱機(jī)組甩負(fù)荷后，蒸汽容積很大的供熱管道中的余汽和冷卻低壓缸的冷卻蒸汽都會(huì)進(jìn)入汽輪機(jī)而引起機(jī)組超速。公司超臨界350MW供熱機(jī)組配置有超速保護(hù)及抽汽壓力高限、低限保護(hù)系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

在開發(fā)公司超臨界350MW供熱抽汽汽輪機(jī)時(shí)，在設(shè)計(jì)中借鑒、采用了成熟超臨界600MW的大量先進(jìn)技術(shù)，因通流級(jí)數(shù)發(fā)生變化，又優(yōu)化了通流設(shè)計(jì)技術(shù)，成功地設(shè)計(jì)、制造出了超臨界350MW兩缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。與同功率的亞臨界汽輪機(jī)相比，熱效率提高了5%左右，同時(shí)機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可相對(duì)降低基建投資，經(jīng)濟(jì)效果顯著，具有較高經(jīng)濟(jì)性。

[1]王建偉,莫琪輝,徐瓊鷹.東汽330MW雙抽供熱凝汽式汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)[J].熱力透平,2010,39（1）:43-46

Structure Introduction of Dongqi Supercritical 350MW Doublecylinder and Double-exhaust Condensing Steam Turbines

Mo Qihui

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.Deyang Sichuan 618000）

The turbine w hich pow er is less than 600MW ismostly the subcritical double-cylinder and double-exhaust steam turbine or three-cylinder and double-exhanst condensing steam turbine,w ith low steam parameter and low efficiency.Dongqi references and uses the supercritical unit's proven technologies,optim izesand developesa new supercritical 350MW steam turbine w ith high efficiency and performance.This article briefly describes the stucture characteristic of Dongqi supercritical 350MW steam turbine.

supercritical,350MW steam turbine,structure

莫琪輝（1976-），男，2000年畢業(yè)于甘肅工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)從事汽輪機(jī)本體設(shè)計(jì)工作。