联合循环汽轮机的优化设计思路课件

积木块的开发思路 l 积木块以适应一定流量或功率范围的汽缸为单元 * 根据燃气轮机的排烟参数来确定蒸汽的参数范围 * 根据系统优化的初步结果定下原则性的热力系统 l 其它机组上的实际运行经验保证积木块应用上的可靠性 * 相同的原则性热力系统 * 相同的膨胀滑销系统 * 相同的阀门、管道、汽缸、转子、轴承等的形式 * 相同的轴系振动特性 * 相同的辅助系统 * 相同的控制系统 l 结合联合循环的特点在积木块设计中考虑的问题 * 由于快速启停在结构上要保证大轴向动静间隙、低应力集中 * 结构设计和控制规范上必须满足补汽投入的安全可靠 l 在确定蒸汽参数和功率后所需的改进 * 只需改变叶片通流尺寸 * 其它部件均可保持不变 积木块的设计及应用系统 积木块以适应一定流量或功率范围 的汽缸为单元 高中压缸 双流低压缸 在相应的流量或功率范围内 * 只需改变叶片通流尺寸 * 其它部件均可保持不变 在其它机组应用的经验可保证该积木块应用 的可靠性. * 相同的膨胀滑销系统 *相同的阀门、管道、汽缸，转子，轴承 *相同的轴系振动特性 *相同的辅助系统、控制系统、热力系统 。 STC末级叶片家族与GE燃气轮机联合循环配合表 由用户确定后再匹配的方案 l 联合循环方式 * 一拖一的运行方式 * 多拖一的运行方式 l 燃机联合循环总体布置 * 单层布置 * 双层布置 l 蒸汽参数的系统优化 * 主蒸汽参数和补汽参数的最终确定 * 是否采用再热 l 热力系统的选取 * 是否采用汽轮机回热抽汽进行给水除氧 * 是否设置低压加热器及其个数 l 凝汽器的布置方式 * 向下排汽 * 轴向排汽 * 侧向排汽 1 单缸无再热机组 结构特点： l 单缸、单轴、双压、凝汽式 l 无调节级，全周进汽，节流调节 l 新型高效的冲动式叶型，光滑的汽流通道 l 全三元气动设计的可控涡叶片 l 拥有较高级效率的阶梯多齿汽封 l 高压短静叶隔板采用分流叶栅，中分面斜切 l 低压动叶长叶片采用整圈自锁型（ILB）长叶片 l 采用径向汽封减少机组的动静部件的轴向间隙 l 采用分段平衡的方法平衡轴向推力 l 安全可靠的薄壁汽缸高窄法兰设计 l 先进的整锻无中心孔转子分段热处理技术 l 独立安装于基础上低损失的主汽调节汽阀 l 先进可靠的补汽系统设计和控制理念 l 较大承载能力的KINGBURRY推力轴承 l 适应联合循环特点的大面积冷凝器 l 安全可靠的数字电液调节系统 l 有深圳南山、月亮湾电厂的运行业绩 55MW联合循环单缸双压凝汽式 汽轮机纵剖面图 2 双缸无再热机组 结构特点： l 双缸、单轴、双压、凝汽式 l 无调节级，全周进汽，节流调节 l 新型高效的冲动式叶型，光滑的汽流通道 l 全三元气动设计的可控涡叶片 l 拥有较高级效率的阶梯多齿汽封 l 高压短静叶隔板采用分流叶栅，中分面斜切 l 低压动叶长叶片采用整圈自锁型（ILB）长叶片 l 采用径向汽封减少机组的动静部件的轴向间隙 l 采用高压缸分段平衡，低压缸对流布置的方法平衡轴向推力 l 安全可靠的薄壁汽缸高窄法兰设计 l 采用无中心孔转子适应快速启停需求 l 独立安装于基础上低损失的主汽调节汽阀 l 先进可靠的补汽系统设计和控制理念 l 较大承载能力的KINGSBURY推力轴承 l 适应联合循环特点的大面积冷凝器 l 安全可靠的数字电液调节系统 160MW联合循环双缸双压无再热 凝汽式汽轮机纵剖面图 3 单缸再热机组 结构特点： l 单缸、单轴、三压再热、凝汽式 l 无调节级，全周进汽，节流调节 l 新型高效的反动式叶型，光滑的汽流通道 l 全三元气动设计的可控涡叶片 l 拥有较高级效率的阶梯多齿汽封 l 低压动叶长叶片采用整圈自锁型（ILB）长叶片 l 采用径向汽封减少机组的动静部件的轴向间隙 l 采用高压缸与中低压缸头对头布置的方法平衡轴向推力 l 安全可靠的薄壁汽缸高窄法兰设计 l 采用无中心孔转子适应快速启停需求 l 独立安装于基础上低损失的主汽调节汽阀 l 先进可靠的补汽系统设计和控制理念 l 较大承载能力的KINGSBURY推力轴承 l 适应联合循环特点的大面积冷凝器 l 安全可靠的数字电液调节系统 135MW联合循环单缸三压再热 凝汽式汽轮机纵剖面图 5.4 双缸再热机组 结构特点： l 双缸、单轴、三压再热、凝汽式 l 无调节级，全周进汽，节流调节 l 新型高效的叶型，光滑的汽流通道 l 全三元气动设计的可控涡叶片 l 拥有较高级效率的阶梯多齿汽封 l 采用径向汽封减少机组的动静部件的轴向间隙 l 采用高中压缸头对头布置，低压缸对流布置的方法平衡轴向推力 l 安全可靠的薄壁汽缸高窄法兰设计 l 采用无中心孔转子适应快速启停需求 l 独立安装于基础上低损失的主汽调节汽阀 l 先进可靠的补汽系统设计和控制理念 l 较大承载能力的KINGBURRY推力轴承 l 适应联合循环特点的大面积冷凝器 l 安全可靠的数字电液调节系统 285MW联合循环双缸三压再热 凝汽式汽轮机纵剖面图 六 结合用户实际情况最大限度满足用户要求 l 排气温度高可以再热,但由于抽汽不适宜再热 l 由于抽汽压力调整需要调节级 l 热电负荷的调整由汽轮机独立完成 例如:漕泾项目 l 用户可能存在于各个领域 l 项目会有其特殊需要 l 方案要有足够灵活性 漕泾联合循环抽气热电联供 汽轮机方案设计纵剖面图 七 结论 l 安全可靠 l 运行灵活 l 高效率、经济效益高 确保机组具备 l 完善的设计体系 l 先进的加工体系 l 可靠的质保体系 高压通流部分的优化设计 l 高压前几级静叶采用分流叶栅 l 全三元气动设计的斜置式及子午面边界流道静叶 l 焊接式隔板 l 新型高效的冲动式叶片系列 l 叶顶采用阶梯多齿汽封 l 自带围带动叶 分流叶栅与加强筋叶栅 气动性能的对比 横向压力梯度小，减少端壁边界层 的横向流动 扩大背弧收敛段的范围，有利于背 弧气流加速，边界层减薄 最小压力点向出口边移动，减轻出 口边界层的增厚、分离 全三元气动设计的斜置式及子午面边界流道静叶 ，减少二次流损失 该叶型与传统叶型相比有以下特点： 光滑的内背弧型线和收敛的通道 鱼头型叶栅，后加载的速度分布减少二次流损失 出汽边厚度减薄，减少尾迹损失 新型高效冲动式静叶型线，减少叶栅损失 原叶片 新叶片 该种新型叶型从进汽边到出汽边其叶片表 面速度加速均匀，没有扩压段，有效地降低了 叶型表面的型面损失。上图为新型冲动式叶型 与原叶型的表面速度分布的对比。 新型高效冲动式动叶型线，改进流道速度分布 自带围带动叶 * 低振动应力 * 围带连接部分低离心应力 * 消除蠕变破坏 * 消除腐蚀坑 * 500多列运行经验 低压通流部分的优化设计 l 全三元气动设计的弯扭叶片 l 新型高效的型线 l 更加合理的叶片装配面 l 新的强化型叶根 l 新的引进型材料 l 叶片的表面强化处理 l 蜂窝式汽封 l 末级、次末级高频淬硬/镶嵌司太立硬质合金片 l 整圈自锁（ILB）叶片 l 加工质量的提高 弯扭角（LEAN） ） tan()=(r)/rx=const =r/rx=const 当代计算气动力学的顶尖技术 * 边界层湍流模型的方法及数值求解 * 国际先进N-S全三元求解的水平 准确模拟不同工况之间的相对变化 准确模拟全场参数的分布规律 N-S全三元气动计算技术 低压马刀形静叶片 马刀形静叶隔板 老型线新型线 1、叶片装配面结构采用美国 SWPC T型叶根常用结构； 2、叶根完全包络型线； 3、有利于叶根装配面的装配 。 改进叶片结构形式 改进前 91年改进后 本次改进后 强化的枞树形叶根型线 应力集中下降50% 动应力下降1030% 提高抗低周疲劳性能 蜂窝式汽封 良好的去湿效果 减小顶部间隙 材料主要力学性能对比 N/mm2 整圈阻尼自锁长叶片 单片自带围带和凸台 离心力反扭矩自锁为整圈连接 调频振型少，动应力小 有限元理论的设计方法 转子轮槽低周疲劳 寿命三维应力计算 本体结构上的先进性 l 光滑的汽流通道 l 采用了径向汽封技术 l 整锻无中心孔转子分段热处理技术 l 汽缸的薄壁高窄法兰设计 l 转子的分段平衡活塞方法平衡转子的轴向推力 光滑的汽流通道 汽流扩散均匀 减少级间损失 低压部分三元计算网格 及S2流面流线图 径向汽封结构简图 加快启动速度 减少漏汽损失 保留轴向汽封使负差胀时也能 有较高效率 差胀计算图表 * 最大应力下降50%。 * 加快冷态启动时间。 * 国内唯一掌握无中心孔 转子探伤专门技术。 *