張東梅，陸斌杰，申慶超

（上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機廠，上海 200240）

在水資源相對緊缺，而人口卻又最多的中國，為了應(yīng)對水資源危機和污染，搞好海水淡化、加快海水淡化配套設(shè)施的建設(shè)對我國建設(shè)創(chuàng)新型國家有著重大的戰(zhàn)略意義。去年河北國華滄東電廠黃驊三期2.5萬t／d海水淡化主設(shè)備蒸發(fā)器在臨港開工制造，這是目前國內(nèi)自主設(shè)計開發(fā)的單機產(chǎn)水量最大的海水淡化項目，它對提升自主海水淡化關(guān)鍵技術(shù)、推動電站集團海水淡化新產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。而黃驊電廠用于海水淡化項目的可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機是上海汽輪機廠亞臨界600MW 系列汽輪機中的一個新機型，按設(shè)計用于海水淡化的抽汽量為50～400t／h，抽汽壓力為0.75±0.2MPa，日制水能力可達10 000t。機型為單軸、四缸四排汽中間再熱抽汽凝汽式汽輪機。它是根據(jù)市場需求，在亞臨界600MW 凝汽式汽輪機的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。本文結(jié)合黃驊600MW 抽汽機組介紹了我廠的大功率600MW亞臨界可調(diào)整抽汽汽輪機的特點。

1 與母型汽輪機結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別

該汽輪機的母型機是具有良好運行業(yè)績的亞臨界600MW 凝汽式汽輪機，并且該汽輪機采用了與母型機完全相同的積木塊：單流高壓缸BB034、雙流中壓缸BB051 及兩個雙流低壓缸2×BB074。本文著重介紹為滿足調(diào)整抽汽而具有的一些設(shè)計和結(jié)構(gòu)特點。

該汽輪機除了繼承傳統(tǒng)四缸四排汽中間再熱凝汽式600MW 機組的優(yōu)點外，與母型機結(jié)構(gòu)上的最大不同是為了保證供汽壓力，在中低壓連通管上設(shè)置調(diào)節(jié)蝶閥，便于對進入低壓缸的蒸汽量進行節(jié)流，以此來滿足抽汽壓力為0.75±0.2 MPa的要求：關(guān)小閥門，減少進入低壓缸的汽量，提高閥前抽汽壓力；開大閥門，增大進入低壓缸的汽量，降低閥前抽汽壓力。不抽汽時該閥門全開或者用接管取代，以減少壓損，提高效率?？紤]到現(xiàn)場更換方便，調(diào)節(jié)蝶閥和接管都采用法蘭連接。另外還在相應(yīng)的抽汽管路上設(shè)置了快關(guān)調(diào)節(jié)閥來調(diào)整抽汽量。通過這樣的雙閥調(diào)節(jié)，對進入抽汽管道的抽汽量和抽汽壓力進行控制?？刂朴蒁EH 完成。關(guān)于這種雙閥調(diào)節(jié)的方式，我們已積累了不少的成功經(jīng)驗。

該機組除增加了調(diào)整抽汽功能，蒸汽流量、中壓排汽壓力略有變化外，其他設(shè)計與母型機完全相同，因此設(shè)計重點放在如何滿足調(diào)整抽汽的要求上。

2 滿足調(diào)整抽汽要求的新設(shè)計

2.1 抽汽方式的確定

汽輪機對外提供蒸汽常用兩種方式：一種為非調(diào)整抽汽，這種方式抽汽壓力將隨工況而變化。當抽汽口壓力過高時，過高的壓力由抽汽管道上的節(jié)流調(diào)節(jié)閥節(jié)流掉，而當抽汽口壓力偏低時，就必須引入壓力較高的蒸汽來滿足用汽設(shè)備的需要。因此，該種抽汽方式適用于用汽設(shè)備壓力變化范圍不大、用汽量變化不大、工況較穩(wěn)定的電廠，這種方式的抽汽系統(tǒng)和設(shè)備布置都較為簡單方便。另一種為可調(diào)整抽汽，其抽汽量和壓力都可以調(diào)整，因而提供蒸汽的壓力不隨工況變化，但可隨用汽設(shè)備的需要而變化，所以對機組運行工況的要求比非調(diào)整抽汽模式寬松。但是抽汽量較小時，將對抽汽帶來較大的節(jié)流損失。常規(guī)抽汽方式的選擇將主要考慮用戶對蒸汽量以及蒸汽品質(zhì)的要求，并與汽輪機組特點相結(jié)合考慮。

黃驊電廠已有4臺600MW 汽輪發(fā)電機組在運行，同時正在建設(shè)日產(chǎn)量達10萬t的海水淡化裝置，需要利用汽輪機四段抽汽生產(chǎn)淡水，并且抽汽需求變化很大（每臺機組的抽汽量變化范圍為50～400t／h，壓力變化范圍為0.75±0.2MPa）。因此從機組運行的經(jīng)濟性、工程的便利性等角度出發(fā)，經(jīng)過論證后決定采用調(diào)整抽汽。

2.2 調(diào)整抽汽的實現(xiàn)與有關(guān)閥門的配置

為確保本抽汽機組的安全穩(wěn)定性，并保證在所有的工況下均能提供符合制水抽汽壓力要求的蒸汽，本機組采用與我廠已投運的天津楊柳青機組一致的雙閥調(diào)節(jié)模式，即中壓缸排汽一部分經(jīng)過設(shè)置在連通管上的調(diào)節(jié)閥進入低壓缸；另一部分經(jīng)過抽汽管上的快關(guān)調(diào)節(jié)閥和串聯(lián)的抽汽逆止閥后進入抽汽系統(tǒng)，該機組的可調(diào)整抽汽口布置在中壓排汽口下方（即中壓4號抽汽口）。母型機在該處采用“先并管后布閥門”的管路布置：先將2根DN500管子并成1根DN700管子，再串聯(lián)布置2只DN700的抽汽逆止閥。因制水抽汽的要求，B157的4號抽汽口擴大為配2根DN700管子。若采用母型機“先并管后布閥門”的管路布置，先將2根DN700管子并成1根DN1000管子，再布置2只DN1000的抽汽逆止閥，這將帶來兩個問題：第一，DN1000 管子將引起很大的推力；第二，2只DN1000的抽汽逆止閥將增加采購成本。因此B157機組采用“先分管后布閥門”的管路布置：將一路DN700 的管路分成一路DN700和另一路DN450，再分別布置DN700 和DN450的抽汽逆止閥（見圖1）。這不但降低了管道推力，而且減少了采購成本。

2.3 調(diào)整抽汽口的設(shè)置

由于調(diào)整抽汽壓力與吳涇600MW 機組的4號抽汽壓力接近，因此本機組在有成功投運經(jīng)驗的吳涇600MW 純凝汽輪機基礎(chǔ)上進行修改設(shè)計。經(jīng)過計算論證，決定在本體上僅把原來的4號抽汽口按最大抽汽量的需要擴大為調(diào)整抽汽口，其余一切不變，這樣就能可靠地保證原來汽輪機結(jié)構(gòu)的良好特性，而且設(shè)計工作量也大大減少。

2.4 抽汽蝶閥支架設(shè)計

該機中壓缸為雙分流兩排汽，共有4個中壓排汽口，通過2根中低壓連通管將中壓排汽引入低壓缸。而且在中低壓連通管上的抽汽調(diào)節(jié)蝶閥很重，因此閥門布置必須與支撐方式一起考慮。曾經(jīng)考慮過采用坐中缸式，但這種方式閥門太多（需4只閥門），布置也困難；又考慮過采用坐低缸式布置，但這種方式既會增加低壓缸的負荷，也會遇到空間布置的困難。最后根據(jù)黃驊電廠所配汽輪機的特點，決定采用“直接走管的連通管布置、門框形落地剛性架配彈簧支座的閥門支撐方式”［2］，見圖2。這個方案僅有2根連通管和2只壓力調(diào)節(jié)閥，因此結(jié)構(gòu)簡單、布置方便。該方案獲得國家實用新型專利，專利號為ZL2004200816596。

圖1 調(diào)整抽汽系統(tǒng)閥門布置圖

3 有關(guān)強度的考慮和計算

雖然此型汽輪機與母型機相比，在結(jié)構(gòu)上僅有的2個4號抽汽口從Φ509／Φ490（外徑／內(nèi)徑）擴大為Φ713／Φ683（以使抽汽流速符合設(shè)計規(guī)范，保證抽汽量滿足用戶要求），而通流部分完全一樣，但畢竟有純凝與抽汽的區(qū)別，其工況條件不一樣，所以我們對有關(guān)部件的強度等進行了考慮和計算，以保證機組的安全可靠性。

3.1 中壓末級、次末級葉片的動強度核算

因機組的改型設(shè)計需要根據(jù)調(diào)整抽汽方案進行，所以機組在大抽汽量、低調(diào)整抽汽壓力工況下，中壓的最后2級運行條件最惡劣，需對其進行考核。母型機的中壓動葉為我廠成熟的自帶整體圍帶－碰撞阻尼的結(jié)構(gòu)形式，其葉根采用高強度的葉根型線。這種結(jié)構(gòu)形式的葉片廣泛運用于國內(nèi)外100MW 等級以上機組的中長葉片中，至今已有近1000例成功運行的業(yè)績，從未發(fā)生一起事故，充分說明了這種形式葉片的安全可靠性和設(shè)計準則的成熟性、先進性。經(jīng)過計算，我們所采用的同類中壓動葉完全滿足有關(guān)設(shè)計準則的要求，其載荷遠低于我廠設(shè)計的、已經(jīng)成功運行多年的楊柳青抽汽300MW 機組。

3.2 中壓缸的強度、剛度和運行穩(wěn)定性

對中壓缸來說，強度和剛度都是很重要的，而新設(shè)計的中壓缸因4號抽汽口很大，導致中壓缸下半在排汽端出現(xiàn)1個很大的孔，對汽缸的強度和剛度帶來一定影響。因此，我們用有限元法按國際準則對新設(shè)計的中壓缸進行計算，確保中壓外缸的剛度及強度都在安全范圍內(nèi)。另外，根據(jù)母型機的運行情況，對用戶管道在4號抽汽口處的推力和力矩的允許值做了規(guī)定，保證機組運行時汽缸的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本文對新型大容量抽汽汽輪機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容作了介紹。綜上所述，該型汽輪機是我廠設(shè)計的一款新型的亞臨界600MW 大功率可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機（在設(shè)計時也是國內(nèi)容量最大的抽凝機組）。由于設(shè)計人員以成熟的、具有世界先進水平的亞臨界600MW 純凝汽輪機作為該型汽輪機的母型，結(jié)合了我廠長期以來的抽凝機組的成功經(jīng)驗，因此該汽輪機具有技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理、運行靈活等特點。2013年，用戶對海水淡化進行了試生產(chǎn)，我廠生產(chǎn)的汽輪機運行情況良好；預計不久之后，海水淡化的生產(chǎn)規(guī)模就會擴大。隨著海水淡化應(yīng)用的不斷增多和節(jié)能減排要求的不斷提高，技術(shù)先進的抽汽汽輪機的市場將會非常廣闊。

［1］蔡頤年.蒸汽輪機［M］.西安：西安交通大學，2007.

［2］張東梅.600MW 抽汽機組連通管上調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蝶閥的支架設(shè)計［J］.熱力透平，2005（2）：101－103，112.