chapter 2 超临界汽轮机技术特点

1、l水的临界点：压力22.129MPa、温度374.15。lT-s图，从水的定压加热过程得到，当压力不断增加时，其等温加热过程逐渐变短，汽化潜热减小。当压力增加至22.129MPa，相应的饱和水温度为374.15，便不再有等温变化过程，有相变点；当汽轮机主蒸汽的进汽压力大于22.129MPa时，无相变点。称为超临界机组。 l在临界状态附近，水和汽的状态难于分辨。另一种理解是：当温度高于374.15时，用加压的办法是不可能使蒸汽变成水的。ST12340-1 火电厂朗肯循环示意图 1-2 蒸汽在汽轮机中膨胀做功，将热能转换为机械能；2-3 蒸汽在凝汽器中凝结成水；3-4 给水在给水泵中升压；4-1

2、工质在锅炉中定压加热。（4-1+2-1 为一次再热式汽轮机在锅炉内的吸热过程）241锅l在在h-s图上，高压缸热力过程线位于亚临图上，高压缸热力过程线位于亚临界左下方，而中、低压缸偏右上方。界左下方，而中、低压缸偏右上方。l初压高约初压高约1.45倍：汽缸、汽门壁厚增加倍：汽缸、汽门壁厚增加约约1.2倍，高压缸隔板压差大、隔板厚。倍，高压缸隔板压差大、隔板厚。l高压级比容小约高压级比容小约0.65倍，高压缸高压段倍，高压缸高压段叶片短。叶片短。l具有单相蒸发过程的特点，只能配直流具有单相蒸发过程的特点，只能配直流炉。炉。l外形尺寸相当、级数相当。外形尺寸相当、级数相当。l低压缸通用。低压缸通用

3、。l中压缸略有不同。中压缸略有不同。l除与压力升高相联的辅机之外，其余辅除与压力升高相联的辅机之外，其余辅机相同。机相同。l从工程热力学给出的火力发电厂基本循从工程热力学给出的火力发电厂基本循环：朗肯循环分析可知，在冷端工况不环：朗肯循环分析可知，在冷端工况不变的条件下，提高新蒸汽参数是提高汽变的条件下，提高新蒸汽参数是提高汽轮发电机组效率的重要发展方向之一。轮发电机组效率的重要发展方向之一。 l在新蒸汽参数在新蒸汽参数:压力压力16. 6 31.0 MPa,温度温度535 600 范围内，压力每提高范围内，压力每提高1 MPa，机组，机组热耗下降热耗下降0. 18% 0. 29% ;温度每提

4、高温度每提高10，机组热耗下降机组热耗下降0. 24% 0. 36%。l当新蒸汽压力和温度较高时，压力升高的得益当新蒸汽压力和温度较高时，压力升高的得益小一些，温度提高的得益大一些，一般在新蒸小一些，温度提高的得益大一些，一般在新蒸汽温度为汽温度为538时，新蒸汽压力由时，新蒸汽压力由16. 5 MPa提提高到高到24.0 MPa，汽轮机热耗下降，汽轮机热耗下降2. 0%左右左右;当当新蒸汽压力不变，新蒸汽温度由新蒸汽压力不变，新蒸汽温度由538升高到升高到566汽轮机热耗一般下降汽轮机热耗一般下降0. 8% 1.2%。l效果不如提高压力明显。效果不如提高压力明显。l材料问题：一般当温度超过材

5、料问题：一般当温度超过580时，时，要用奥氏体耐热钢，不但材料贵，关键要用奥氏体耐热钢，不但材料贵，关键是其线膨胀系数与一般珠光体耐热钢差是其线膨胀系数与一般珠光体耐热钢差别很大，引起很多结构、强度和运行方别很大，引起很多结构、强度和运行方面的问题。面的问题。l世界上最早的超临界汽轮机：世界上最早的超临界汽轮机： 1957年年4月，美国，弗勒电厂，参数为月，美国，弗勒电厂，参数为31MPa，621/566/560，两次中间再热，两次中间再热，GE公司制造，功率公司制造，功率125MW，单轴，单轴，3600r/min。l苏联最早的超临界汽轮机是苏联最早的超临界汽轮机是1960年投运，年投运，30

6、0MW(K-300-240)，24.0MPa， 580/565。l世界上功率最大的双轴超临界汽轮机：世界上功率最大的双轴超临界汽轮机： 1972年，美国，坎伯兰电厂，参数为年，美国，坎伯兰电厂，参数为24MPa，538/538，一次中间再热，功，一次中间再热，功率率1300MW，3600/3600r/min。(目前美目前美国有国有9台台)。l一个双流的高压缸两个双流排气低压一个双流的高压缸两个双流排气低压缸；一个双流的中压缸两个双流排气缸；一个双流的中压缸两个双流排气低压缸。低压缸。l苏联、列宁格勒金属工厂，功率苏联、列宁格勒金属工厂，功率1200MW，1968年开始设计，年开始设计，1977

7、年试年试制完成。制完成。1980年年12月在科斯特罗姆电厂月在科斯特罗姆电厂投运。投运。(美国最大的单轴机组功率为美国最大的单轴机组功率为900MW，主要是没有，主要是没有1200mm钛合金末钛合金末级长叶片技术级长叶片技术)。l参数为参数为24MPa，540/540，一次中间再，一次中间再热，功率热，功率1200MW，3600/min。l1959年，美国弗城电力公司埃迪斯通电年，美国弗城电力公司埃迪斯通电厂，厂，WH公司制造。公司制造。l35MPa，649/566/566，两次中间再热，两次中间再热，功率功率325MW，3600/1800r/min。l高压缸轴和中低压缸轴。高压缸轴和中低压缸

8、轴。l调节级：调节级： 700MW以上的超临界机组均采用双流以上的超临界机组均采用双流结构，汽道应力可降低一半以上。但叶结构，汽道应力可降低一半以上。但叶片数目增加一倍，造价高，结构复杂，片数目增加一倍，造价高，结构复杂，轴向长度增加。轴向长度增加。l螺栓、法兰紧固件强度、温度、蠕变性螺栓、法兰紧固件强度、温度、蠕变性能。能。l高、中压汽缸高、中压汽缸 1、引起汽缸喷嘴室、主汽阀、进汽管等耐压、引起汽缸喷嘴室、主汽阀、进汽管等耐压部件壁厚增厚约部件壁厚增厚约1.2倍，而尺寸又减小，因此倍，而尺寸又减小，因此要解决好耐压件壁厚增加与热应力的矛盾。要解决好耐压件壁厚增加与热应力的矛盾。 2、由于高

9、压级间和轴封压差增大，引起汽、由于高压级间和轴封压差增大，引起汽封结构、长度和隔板厚度的问题。应采用宽封结构、长度和隔板厚度的问题。应采用宽静叶分流式叶栅、厚围带和良好的焊接工艺。静叶分流式叶栅、厚围带和良好的焊接工艺。l高、中压转子高、中压转子 高压转子蒸汽涡动对转子低频振动影响，应高压转子蒸汽涡动对转子低频振动影响，应控制好动叶顶漏气量。控制好动叶顶漏气量。u汽轮机高温部件冷却技术汽轮机高温部件冷却技术l随着超临界汽轮机进汽温度的提高，所随着超临界汽轮机进汽温度的提高，所用材料的热力性能有所下降，为保证超用材料的热力性能有所下降，为保证超临界汽轮机的高温部件有足够的强度和临界汽轮机的高温部

10、件有足够的强度和使用寿命，除采用高温性能好的钢材外，使用寿命，除采用高温性能好的钢材外，还可采用蒸汽冷却技术和冷却结构设计。还可采用蒸汽冷却技术和冷却结构设计。l蒸汽冷却是采用温度较低的蒸汽（如高压缸排蒸汽冷却是采用温度较低的蒸汽（如高压缸排汽、高压抽汽、或动叶后的蒸汽等）来冷却超汽、高压抽汽、或动叶后的蒸汽等）来冷却超临界汽轮机的高温部件，降低这些高温部件的临界汽轮机的高温部件，降低这些高温部件的工作温度。工作温度。 l超临界汽轮机的喷嘴室、转子、汽缸等高温部超临界汽轮机的喷嘴室、转子、汽缸等高温部件采用蒸汽冷却技术，既可提高现有材料的使件采用蒸汽冷却技术，既可提高现有材料的使用等级，充分利

11、用材料的机械性能，降低启停用等级，充分利用材料的机械性能，降低启停过程中的瞬态热应力，又可延长这些部件的设过程中的瞬态热应力，又可延长这些部件的设计寿命。目前，蒸汽冷却技术是超临界汽轮机计寿命。目前，蒸汽冷却技术是超临界汽轮机研制和生产中的关键技术，也是保证超临界汽研制和生产中的关键技术，也是保证超临界汽轮机安全运行的重要技术手段轮机安全运行的重要技术手段 l超临界汽轮机采用蒸汽冷却技术的部件超临界汽轮机采用蒸汽冷却技术的部件有高压喷嘴室、中压进汽室、高压转子、有高压喷嘴室、中压进汽室、高压转子、中压转子、高压汽缸及中压汽缸等。中压转子、高压汽缸及中压汽缸等。 u（1）高压转子单流结构）高压转

12、子单流结构l常采用以下常采用以下3种蒸汽冷却方式：第种蒸汽冷却方式：第1级叶根部设级叶根部设计成负反动度，级后温度较低的蒸汽经第计成负反动度，级后温度较低的蒸汽经第1级动级动叶纵树型叶根底部间隙流入前轴封的高压侧，叶纵树型叶根底部间隙流入前轴封的高压侧，使高压第使高压第1级轮缘和前轮面得到冷却。级轮缘和前轮面得到冷却。l从汽轮机高压调节阀后引出少量主蒸汽，从汽轮机高压调节阀后引出少量主蒸汽，喷入凝结水降低其温度作为冷却蒸汽，冷喷入凝结水降低其温度作为冷却蒸汽，冷却蒸汽经高压第却蒸汽经高压第1级和第级和第2级动叶叶根底部级动叶叶根底部间隙以及静叶与动叶之间的间隙流入主汽间隙以及静叶与动叶之间的间

13、隙流入主汽流，使冷却蒸汽流过的转子表面得到冷却。流，使冷却蒸汽流过的转子表面得到冷却。l高压第高压第1级后温度较低的蒸汽的一小部分，级后温度较低的蒸汽的一小部分，经喷嘴室与内缸之间的腔室，回流至高压经喷嘴室与内缸之间的腔室，回流至高压第第1级前轮面和前轴封之间的空间，使喷级前轮面和前轴封之间的空间，使喷嘴室、内缸和第嘴室、内缸和第1级叶轮的前轮面得到冷级叶轮的前轮面得到冷却。如图却。如图5所示。所示。 l（2）喷嘴室双流压力级单流结构）喷嘴室双流压力级单流结构 采用双流喷嘴室结构，从前轴封侧喷嘴根部流采用双流喷嘴室结构，从前轴封侧喷嘴根部流出的小部分蒸汽，经喷嘴室与转子之间的腔室出的小部分蒸汽

14、，经喷嘴室与转子之间的腔室流入另外一列喷嘴后主流。随着转子的转动，流入另外一列喷嘴后主流。随着转子的转动，由于主流的抽吸作用，腔室中的蒸汽流出，使由于主流的抽吸作用，腔室中的蒸汽流出，使转子和喷嘴室得到冷却。如图转子和喷嘴室得到冷却。如图6所示。所示。l（3）高压转子双流式结构）高压转子双流式结构 采用双流式高压转子结构，喷嘴室和高压转子采用双流式高压转子结构，喷嘴室和高压转子的冷却结构如图所示。调节级后一小部分蒸汽的冷却结构如图所示。调节级后一小部分蒸汽经经180度转弯后，流经调节级叶轮上的冷却孔度转弯后，流经调节级叶轮上的冷却孔(斜孔斜孔)和喷嘴室外表面与转子之间的腔室，再和喷嘴室外表面与

15、转子之间的腔室，再流经双流喷嘴室中间小孔返回到调节级后。在流经双流喷嘴室中间小孔返回到调节级后。在此流动过程中，冷却了高温喷嘴室和高压转子此流动过程中，冷却了高温喷嘴室和高压转子的外表面。调节级叶轮上打有斜孔，由于叶轮的外表面。调节级叶轮上打有斜孔，由于叶轮旋转产生离心泵的作用，把调节级出口小部分旋转产生离心泵的作用，把调节级出口小部分蒸汽吸过来，流过喷嘴室与转子之间的腔室，蒸汽吸过来，流过喷嘴室与转子之间的腔室，冷却了喷嘴室和高压转子高温部位的外表面。冷却了喷嘴室和高压转子高温部位的外表面。如图如图7所示。所示。l中压转子蒸汽冷却系统中压转子蒸汽冷却系统(再热汽温再热汽温566) 1、日本几

16、家制造厂普遍采取的技术，由高压缸、日本几家制造厂普遍采取的技术，由高压缸排气引入冷却蒸汽冷却中压转子的高温部分。排气引入冷却蒸汽冷却中压转子的高温部分。 2、冷却蒸汽经过中压第一级动叶根部下面的冷、冷却蒸汽经过中压第一级动叶根部下面的冷却孔，从第一级轮面到第二级轮面及动叶叶根却孔，从第一级轮面到第二级轮面及动叶叶根都可以得到有效的冷却。都可以得到有效的冷却。 3、经试验，有冷却蒸汽时，中压转子表面的温、经试验，有冷却蒸汽时，中压转子表面的温度降为度降为420左右左右，而没有冷却时，为，而没有冷却时，为550 。l东方汽轮机厂制造的汽轮机利用高压轴封漏汽东方汽轮机厂制造的汽轮机利用高压轴封漏汽在

17、高在高 、中压转子汽封段形成自冷却效果，同时、中压转子汽封段形成自冷却效果，同时从高压第从高压第 3级后抽汽冷却中压转子第级后抽汽冷却中压转子第 1级叶轮轮级叶轮轮盘轮缘，提高了中压第盘轮缘，提高了中压第 1 级的安全性和可靠性。级的安全性和可靠性。固体颗粒的侵蚀固体颗粒的侵蚀SPE(Solid Particle Erosion) 最要发生在主蒸汽旁路门、高压第一级喷嘴、最要发生在主蒸汽旁路门、高压第一级喷嘴、再热第一级。原因是锅炉过热、再热器管壁再热第一级。原因是锅炉过热、再热器管壁Fe2O3和和Fe3O4 剥离形成的微粒进入汽轮机。剥离形成的微粒进入汽轮机。对超临界机高压调节级喷嘴最严重，

18、运行对超临界机高压调节级喷嘴最严重，运行12年后就必须焊接、修补。年后就必须焊接、修补。 u固体颗粒的侵蚀固体颗粒的侵蚀SPE(Solid Particle Erosion)l喷嘴和叶片的固体颗粒物冲蚀（喷嘴和叶片的固体颗粒物冲蚀（SPE）是超临界参数汽轮机问世以来就面临的是超临界参数汽轮机问世以来就面临的严重问题。超临界机组采用直流锅炉，严重问题。超临界机组采用直流锅炉，启动和变负荷运行过程中，蒸汽管道中启动和变负荷运行过程中，蒸汽管道中产生的氧化物受交变热应力的作用而剥产生的氧化物受交变热应力的作用而剥离进入蒸汽中，对主蒸汽调节阀、再热离进入蒸汽中，对主蒸汽调节阀、再热蒸汽调节阀、调节级喷

19、嘴和动叶、再热蒸汽调节阀、调节级喷嘴和动叶、再热第第1级静、动叶造成固体颗粒物冲蚀现级静、动叶造成固体颗粒物冲蚀现象。严重影响机组运行的安全性、可靠象。严重影响机组运行的安全性、可靠性和经济性。性和经济性。 l由于超临界机组采用直流锅炉，随着给水进入由于超临界机组采用直流锅炉，随着给水进入锅炉内的各种杂质被蒸汽带入汽轮机，或在锅锅炉内的各种杂质被蒸汽带入汽轮机，或在锅炉炉管内沉积，加快炉管的腐蚀和不希望出现炉炉管内沉积，加快炉管的腐蚀和不希望出现的沉积物脱离。此外，在超临界更高压力、温的沉积物脱离。此外，在超临界更高压力、温度的条件下，过热器的管材更易形成度的条件下，过热器的管材更易形成Fe3

20、O4物物的剥落，也构成对汽轮机进汽端的冲蚀。硬质的剥落，也构成对汽轮机进汽端的冲蚀。硬质颗粒对汽机的冲蚀直接损伤了叶型的形状，导颗粒对汽机的冲蚀直接损伤了叶型的形状，导致效率的下降和危及叶片的安全运行。防止冲致效率的下降和危及叶片的安全运行。防止冲蚀的对策是预防、减少颗粒的形成和减缓冲蚀蚀的对策是预防、减少颗粒的形成和减缓冲蚀的进程。的进程。 l预防、减少颗粒形成的措施：预防、减少颗粒形成的措施： 锅炉过热器管材应尽量采用抗剥层性能的细锅炉过热器管材应尽量采用抗剥层性能的细晶粒的材料，减少晶粒的材料，减少Fe3O4氧化皮的剥落。氧化皮的剥落。 在调峰及二班制运行时，尽量减少锅炉冷、在调峰及二班

21、制运行时，尽量减少锅炉冷、热剧烈变化的停机次数。热剧烈变化的停机次数。 减少锅炉管壁的积垢沉积物（铜、硅、铁化减少锅炉管壁的积垢沉积物（铜、硅、铁化合物）的剥落造成对叶片的冲蚀。采取比亚临合物）的剥落造成对叶片的冲蚀。采取比亚临界机组更严格的给水水质控制标准和有效措施：界机组更严格的给水水质控制标准和有效措施： la. 对铜、氧离子、含氧量、钠及氯离子、对铜、氧离子、含氧量、钠及氯离子、pH值值的控制应更严格。的控制应更严格。lb.设置更完善的补给水处理系统，设置更完善的补给水处理系统，100凝结水凝结水的精处理系统和特殊的处理措施，减少腐蚀及的精处理系统和特殊的处理措施，减少腐蚀及腐蚀物对给

22、水的污染，避免有机物在高温下分腐蚀物对给水的污染，避免有机物在高温下分解对除盐装置树脂的影响。解对除盐装置树脂的影响。lc. 整个汽水系统必须为无铜系统，消除铜沉积整个汽水系统必须为无铜系统，消除铜沉积物的危害。应设有充氮保护和活性炭处理，化物的危害。应设有充氮保护和活性炭处理，化学清洗设备定期清除水汽系统聚集的沉积物，学清洗设备定期清除水汽系统聚集的沉积物，避免在停运时的腐蚀。避免在停运时的腐蚀。ld. 严格防止凝汽器泄漏，如采用抗腐蚀性能好严格防止凝汽器泄漏，如采用抗腐蚀性能好的纯钛管或复合钛管，采用胀接后再焊接密封的纯钛管或复合钛管，采用胀接后再焊接密封的工艺等技术措施。的工艺等技术措施

23、。 l调节级固粒冲蚀及防调节级固粒冲蚀及防SPE措施措施 调节级的固体颗粒物冲蚀主要发生在喷嘴出汽调节级的固体颗粒物冲蚀主要发生在喷嘴出汽边内弧上，这主要是来自进汽管的固体颗粒物边内弧上，这主要是来自进汽管的固体颗粒物被汽流加速后以小角度冲击在喷嘴压力面出汽被汽流加速后以小角度冲击在喷嘴压力面出汽边上，加上喷嘴的转折角较大，出汽边内弧正边上，加上喷嘴的转折角较大，出汽边内弧正好处于冲击射线上，因而在该部位产生严重冲好处于冲击射线上，因而在该部位产生严重冲蚀是必然的。有文献介绍，在该部分采用耐磨蚀是必然的。有文献介绍，在该部分采用耐磨涂层，但运行经验表明采用涂层的调节级喷嘴涂层，但运行经验表明采

24、用涂层的调节级喷嘴仅可提供仅可提供12年的防冲蚀性能，即仅是对年的防冲蚀性能，即仅是对SPE时间上的延缓，而不能根本解决调节级的时间上的延缓，而不能根本解决调节级的SPE问题。问题。 从调节级的固体颗粒物冲蚀机理可知，解决从调节级的固体颗粒物冲蚀机理可知，解决调节级调节级SPE的一种有效措施是改变固体颗粒物的一种有效措施是改变固体颗粒物的冲击角度，重新设计喷嘴型线，使出汽边内的冲击角度，重新设计喷嘴型线，使出汽边内弧偏离冲击射线，从原理上极大地减弱调节级弧偏离冲击射线，从原理上极大地减弱调节级的的SPE问题。根据理论分析和运行实践经验，问题。根据理论分析和运行实践经验，采用新的斜面喷嘴型线技术

25、和保护涂层技术，采用新的斜面喷嘴型线技术和保护涂层技术，可有效地减小调节级的可有效地减小调节级的SPE，实现调节级在一，实现调节级在一个大修期内无老化的设计，提高汽轮机的持久个大修期内无老化的设计，提高汽轮机的持久效率。效率。 普通型普通型 改进型改进型l再热第再热第1级的固粒冲蚀及防级的固粒冲蚀及防SPE措施措施 再热第再热第1级固体颗粒物冲蚀主要表现在导叶出口级固体颗粒物冲蚀主要表现在导叶出口背弧上，说明固体颗粒物冲蚀机理不同于调节背弧上，说明固体颗粒物冲蚀机理不同于调节级，其机理是静级，其机理是静/动叶片之间固体颗粒物复杂的动叶片之间固体颗粒物复杂的多重反射冲击现象。来自导叶出口的粒子首

26、先多重反射冲击现象。来自导叶出口的粒子首先打在动叶进汽边背弧上，粒子在动叶上获得巨打在动叶进汽边背弧上，粒子在动叶上获得巨大切向速度，并以小角度冲击导叶出口背弧表大切向速度，并以小角度冲击导叶出口背弧表面，对导叶形成严重的冲蚀。面，对导叶形成严重的冲蚀。 因此，防止再热第因此，防止再热第1级的级的SPE的有效措施是合理的有效措施是合理加大动加大动/静叶片的轴向间隙，使从动叶反射的固静叶片的轴向间隙，使从动叶反射的固体颗粒物被主流吹回动叶流道而不能打在静叶体颗粒物被主流吹回动叶流道而不能打在静叶出口背弧上，切断固体颗粒物粒子多重反射的出口背弧上，切断固体颗粒物粒子多重反射的途径；同时对静叶片采用

27、等离子淬火层保护技途径；同时对静叶片采用等离子淬火层保护技术，动术，动/静叶片采用特殊材料设计，提高动叶片静叶片采用特殊材料设计，提高动叶片的耐冲蚀性能，从而有效防止的耐冲蚀性能，从而有效防止SPE，提高持久，提高持久效率。效率。 原设计原设计 改进设计改进设计主汽调节阀的振动和噪音 1、门杆磨损、断裂，尖锐噪音。 2、高压阀门结构复杂，汽流以高速流过阀体和阀座以及各部分的不均匀漏气，造成阀门的振动。试验表明，振动是在一定压力比和阀门开度时，从阀门喉部流动不稳定造成的，在阀体表面形成不规则的压力波动。 3、应使阀座的曲率半径大于阀体，并在阀体上开缺口以稳定流动。 4、对不同的阀门型线设计方案进

28、行试验，确定有稳定流动。l高压加热器、给水泵高压化的问题。高压加热器、给水泵高压化的问题。 给水加氧、加氨联合水处理给水加氧、加氨联合水处理(CWT)：气：气态纯氧态纯氧(氧气瓶，经减压阀、手动调节氧气瓶，经减压阀、手动调节阀加入阀加入)主加氧点设在给水泵入口主加氧点设在给水泵入口(除氧除氧器下降管器下降管)，辅助加氧点设在三级凝结，辅助加氧点设在三级凝结泵入口，保持给水中溶氧的含量在泵入口，保持给水中溶氧的含量在100300g/L。 l轴系的稳定性问题轴系的稳定性问题 轴承采用可倾瓦，提供轴系足够的阻尼。此轴承采用可倾瓦，提供轴系足够的阻尼。此外，在防止汽流激振方面，外，在防止汽流激振方面，

29、DEH阀门管理设计阀门管理设计任何运行条件下均使高中压转子产生适当向下任何运行条件下均使高中压转子产生适当向下的力；的力；单跨刚性临界转速（一阶模式频率）设计在单跨刚性临界转速（一阶模式频率）设计在2000r/min以上；以上；调节级出力在调节级出力在20%以下时，采用全周进汽，不以下时，采用全周进汽，不仅降低调节级激振力水平，且减少了蒸汽涡动；仅降低调节级激振力水平，且减少了蒸汽涡动；经优化确定转子与汽缸间的间隙及结构型式等。经优化确定转子与汽缸间的间隙及结构型式等。 l蒸汽激振蒸汽激振 超临界机组的高压部分的蒸汽比容小，密度超临界机组的高压部分的蒸汽比容小，密度大，相同流动中产生的作用力也

30、大。大，相同流动中产生的作用力也大。由于静、动部分之间的间隙沿周向的不均匀性，由于静、动部分之间的间隙沿周向的不均匀性，将出现沿周向漏汽量的不均匀和蒸汽作用力的将出现沿周向漏汽量的不均匀和蒸汽作用力的差异，在不均匀的蒸汽作用力下，转子产生弯差异，在不均匀的蒸汽作用力下，转子产生弯曲变形，又将改变各方位的静、动间隙和蒸汽曲变形，又将改变各方位的静、动间隙和蒸汽作用力。作用力。不稳定的蒸汽作用力造成转子振动以及机组运不稳定的蒸汽作用力造成转子振动以及机组运行不稳定性行不稳定性l汽封结构形式，间隙大小以及轴系的抗汽封结构形式，间隙大小以及轴系的抗振性能对轴系稳定运行都是重要的因素。振性能对轴系稳定运

31、行都是重要的因素。l蒸汽激振常出现在机组并网后负荷逐渐蒸汽激振常出现在机组并网后负荷逐渐增加的过程中，其主要特征是振动敏感增加的过程中，其主要特征是振动敏感于机组负荷，一般发在机组带较高负荷于机组负荷，一般发在机组带较高负荷时突发性振动。通常有一个门槛负荷值，时突发性振动。通常有一个门槛负荷值，超过此门槛值，立即激发蒸汽激振，而超过此门槛值，立即激发蒸汽激振，而当负荷降低到某一数值后，激振可消失，当负荷降低到某一数值后，激振可消失，有较好的重复性，与轴承油膜涡动不同，有较好的重复性，与轴承油膜涡动不同，蒸汽激振产生的低频振动的频率与转子蒸汽激振产生的低频振动的频率与转子的工作转速无关，常与转子

32、的一阶临界的工作转速无关，常与转子的一阶临界转速相吻合。转速相吻合。l根据上述蒸汽激振的机理及振动特征分根据上述蒸汽激振的机理及振动特征分析介绍，消除和减少超临界参数汽轮机析介绍，消除和减少超临界参数汽轮机蒸汽激振故障，原则上应从增加转子刚蒸汽激振故障，原则上应从增加转子刚度，增大系统阻尼和减小蒸汽激振力等度，增大系统阻尼和减小蒸汽激振力等方面着手。方面着手。l设计良好的超临界参数汽轮机组的轴系设计良好的超临界参数汽轮机组的轴系是避免发生蒸汽激振的根本保证，在进是避免发生蒸汽激振的根本保证，在进行超临界参数汽轮机轴系稳定性计算时，行超临界参数汽轮机轴系稳定性计算时，除了常规设计及转子轴承支撑基

33、础等因除了常规设计及转子轴承支撑基础等因素外还必须考虑叶顶间隙激振和汽封蒸素外还必须考虑叶顶间隙激振和汽封蒸汽力的影响；汽力的影响；l提高高压转子的一阶临界转速；提高高压转子的一阶临界转速；l采用稳定性较好的可倾瓦块轴承来增加采用稳定性较好的可倾瓦块轴承来增加系统阻尼；系统阻尼；l调节汽阀开启顺序设计在任何运行条件调节汽阀开启顺序设计在任何运行条件下，在下，在 转子上都会产生适当的向下作用转子上都会产生适当的向下作用力等；力等；l采用先进的叶顶汽封结构或汽封布置，采用先进的叶顶汽封结构或汽封布置，适当增大叶顶汽封径向间隙和减小轴向适当增大叶顶汽封径向间隙和减小轴向间隙，以消除或减少蒸汽激振力的

34、作用；间隙，以消除或减少蒸汽激振力的作用；l机组安装时应严格控制轴系扬度，轴瓦机组安装时应严格控制轴系扬度，轴瓦紧力和各轴承的载荷分配；紧力和各轴承的载荷分配；l 仔细调整高压转子围带汽封，隔板汽封，仔细调整高压转子围带汽封，隔板汽封，轴端汽封处的动静间隙，防止间隙偏差轴端汽封处的动静间隙，防止间隙偏差过大，以消除负荷工况下的蒸汽激振力，过大，以消除负荷工况下的蒸汽激振力，避免蒸汽激振的发生；避免蒸汽激振的发生；l应注意汽轮机的运行模式对机组蒸汽激应注意汽轮机的运行模式对机组蒸汽激振的发生和振动幅值的影响，必要时可振的发生和振动幅值的影响，必要时可采用调整高压调节阀的开启顺序和开度采用调整高压

35、调节阀的开启顺序和开度的方法，避免或消除蒸汽激振的发生。的方法，避免或消除蒸汽激振的发生。l低压转子脆化 GE公司认为，传统NiCrMoV钢当在350370下使用，具有长期时效的脆化倾向，以前曾有内部冷却低压缸第一级的设计，牺牲了机组的效率。随着冶炼技术的提高，美国电力研究所EPRI的研究表明，应降低低压转子中P、Sn、Mn和Si的含量，使用所谓“超纯净”转子。此外，配合采取其他措施，如适当提高转子材料中Ni的成分，冶炼熄火前，在转子轮盘间拉槽等，以提高转子应力的延伸性，应用真空脱碳氧技术和双真空式电渣精炼等。应当注意到，参数为24.2MPa/4.52MPa、538566/566的600MW超

36、临界机组低压缸进汽温度已达到350370的水平。 l在役超临界机组在役超临界机组169台，居世界第二。台，居世界第二。lGE公司最早制造出公司最早制造出125MW的两次中间再热，单轴，的两次中间再热，单轴，3600r/min。也是功率最小的超临界机组。也是功率最小的超临界机组。l功率最大的功率最大的1300MW，也是世界上最大的汽轮机。，也是世界上最大的汽轮机。l功率小于功率小于300MW的的2台，台，330MW8台，台，430MW5台，台，500750MW50余台，余台，1000MW等级等级9台。台。l双轴双轴25台，功率最小台，功率最小325MW，1000MW等级以上全是等级以上全是双轴。

37、双轴。l两次再热两次再热18台。台。l初压超过初压超过30MPa的只有的只有2台，台，1958年以后的初压大多位年以后的初压大多位于于2426MPa之间。之间。l只有最初的只有最初的2台温度超过台温度超过600。lSPE；l低压叶片裂纹腐蚀；低压叶片裂纹腐蚀；l维修费用大。维修费用大。l世界上拥有超临界机级最多的国家，共世界上拥有超临界机级最多的国家，共有有224台台 。l凝汽式汽轮机中，超临界机组的容量占凝汽式汽轮机中，超临界机组的容量占48.7%。 l1963年，苏联投入第一台年，苏联投入第一台300MW超临超临界机组，其热耗率比超高压的界机组，其热耗率比超高压的200MW机组降低了机组降

38、低了5.2%。这一成功促使苏联决。这一成功促使苏联决定，定，300MW以上的机组全部采用超临以上的机组全部采用超临界参数。界参数。 l1959年年1月，投运第一台亚临界月，投运第一台亚临界600MW机组，机组，不到不到10年，年，1967年从美国年从美国GE公司引进投运了公司引进投运了第一台第一台600MW超临界机组超临界机组 。l1979年后投运的机组几乎全部是超临界。年后投运的机组几乎全部是超临界。450MW以上的机组全部是超临界。以上的机组全部是超临界。l至至1993年，共计年，共计94台，占装机容量的台，占装机容量的61%。l温度长期停留在温度长期停留在538566，两次再热超临界两次

39、再热超临界机组仅机组仅11台台 ，其中，其中5台台450MW，6台台600MW。最近，最近，据三菱重工宣称，已开发出高效率的据三菱重工宣称，已开发出高效率的双缸双缸600MW超临界汽轮机，其型号为超临界汽轮机，其型号为TC2F-48(50Hz)，主蒸汽参数，主蒸汽参数24.6MPa/600/600。于于2004年年7月在日本东京电力公司广野火电站月在日本东京电力公司广野火电站(5号机号机)投运投运 l主力机组，主力机组，32台，占超临界机组的台，占超临界机组的44%。l双轴双轴17台，单轴台，单轴15台。台。l日立日立11台，东芝台，东芝15台，三菱台，三菱5台。台。l双轴机全是四缸四排气，双

40、轴机全是四缸四排气，3000/3000r/min，单轴机全是，单轴机全是3000r/min。l全是全是24MPa，538/566。l主要集中在德国和意大利。主要集中在德国和意大利。l德国从德国从60年代开始发展，数量不多，参数大年代开始发展，数量不多，参数大多为多为25MPa，540/540 。l90年代，估计有年代，估计有10多台多台4501000MW的超临的超临界机组投运，蒸汽参数为界机组投运，蒸汽参数为26MPa，540580/560600 。l意大利投运了意大利投运了13台台600660MW，参数为，参数为24.2MPa，538/538 ，今后还计划有，今后还计划有9台同台同样的机组。

41、样的机组。l丹麦有几台很优秀的超临界机组。丹麦有几台很优秀的超临界机组。l目前世界上已有目前世界上已有600多台超临界机组在多台超临界机组在运行。运行。 l我国共有超临界机组我国共有超临界机组21台。（截至台。（截至2005.3）l绥中电厂绥中电厂2800MW机组（国内单机容量最机组（国内单机容量最大）、石洞口电厂大）、石洞口电厂2600MW机组、华能南京机组、华能南京和营口各和营口各2300MW机组、伊敏和盘山电厂各机组、伊敏和盘山电厂各2500MW机组。单机容量为机组。单机容量为900MW（上海外（上海外高桥）高桥），也主要是进口设备。，也主要是进口设备。 l在役的超临界在役的超临界600

42、MW等级机组共计等级机组共计8台，约占台，约占目前我国已投入商业运行的目前我国已投入商业运行的40余台余台600MW等等级机组的级机组的1/5。 l全是瑞士全是瑞士ABB和原苏联进口。和原苏联进口。l首台超临界机组于首台超临界机组于1992年年6月在石洞口电厂投月在石洞口电厂投入商业运行入商业运行 l原国家计委明确，以华能沁北电厂原国家计委明确，以华能沁北电厂2台台600MW机组作为超临界机组国产化的依托工机组作为超临界机组国产化的依托工程，以加快超临界机组的发展。程，以加快超临界机组的发展。 l标志着进入国产化研制阶段。标志着进入国产化研制阶段。l国务院已同意超临界机组列入国家国务院已同意超

43、临界机组列入国家9.5重大技重大技术装备国产化研制项目。术装备国产化研制项目。l原国家经贸委列出专款支持。原国家经贸委列出专款支持。l对制造厂的技改项目有提供贴息贷款的优惠对制造厂的技改项目有提供贴息贷款的优惠条件。条件。l大力发展超临界机组，时间已经比发达国家大力发展超临界机组，时间已经比发达国家晚晚3040a。l东方锅炉厂有限公司东方锅炉厂有限公司 l哈尔滨锅炉厂有限公司哈尔滨锅炉厂有限公司 l上海锅炉厂有限公司上海锅炉厂有限公司 l东方汽轮机厂东方汽轮机厂(DFSTW)(日立日立) ) l哈尔滨汽轮机有限公司哈尔滨汽轮机有限公司(HTC)(三菱三菱) ) l上海汽轮机厂有限公司上海汽轮机厂有限公司(STW)(西门子西门子) ) 高压级（缸）高压级（缸） 由于高压级（缸）蒸汽的比容较小，而漏汽间隙 又不可能按比例减小，故漏汽量相对较大，漏汽损失 较大。对于采用部分进汽的级，由于不进汽的动叶弧 段成为漏汽的通道，所以漏汽损失将有所增大。同样， 由于高压级（缸）蒸汽的比容较小，叶轮摩擦损失也 相对较大。此外，因为高压级（缸