第5课百万机组汽轮机本体介绍

机2.百万机组汽轮机本体介绍1.上汽汽轮机与东汽、哈汽的性能比较序号比较项目上汽东汽哈汽说明1设计思路针对大容量、高参数机组的全新设计。（设计压力30MPa，设计温度600℃）以亚临界机组为原型，结构上只是加粗、加大，局部加以优化，同时将材料性能提高以适应百万机组的需求。以亚临界机组为原型，结构上只是加粗、加大，局部加以优化，同时将材料性能提高以适应百万机组的需求。全新针对设计和局部优化改良的对比，带来整体性能和细节的众多差异。2技术支持方情况与西门子公司成立合资公司与日立公司技术合作与东芝公司技术合作上汽与西门子紧密的合作关系更利于技术的发挥利用。3配汽方式全周进汽+补汽阀喷嘴调节喷嘴调节补汽阀设计更灵活经济序号比较项目上汽东汽哈汽说明4调节级对比

无调节级有调节级

有调节级调节级温度最高、压差最大，工况最恶劣，是机组安全性重点。5轴承结构、数量

椭圆瓦，共5只可倾瓦+椭圆瓦，共8只可倾瓦+椭圆瓦，共8只轴承少更有利于轴系稳定。6轴系总长29米37.5米40米轴系更短更有利于现场布置。7发运方式

整体发运、整体安装分散发运、安装分散发运、安装整体发运、整体安装可缩短安装周期2月8大修周期12年4-5年4-5年大修周期长可减少运营期内大修费用支出。序号比较项目上汽东汽哈汽说明9综合启动时间

较短

较长

较长启动时间越短，启动所需燃油消耗越少。10末级叶片长度及投运时间1146mm，1997年投运，情况良好。1092.2mm，2002年投运，情况良好。1219.2mm，2005年6月投运，情况良好。末级叶片长度越长，对叶片的安全性要求越高，其中运行时间考验是其重要方面。11低压转子二阶临界转速3500r/min以上3500r/min以上2540r/min临界转速在3000r/min工作转速内，不利于轴系稳定12机组差胀控制设计动静同向膨胀，差胀小动静不同向膨胀，启动中需控制差胀动静不同向膨胀，启动中需控制差胀差胀越大，发生动静碰擦的可能性越大，对机组的安全危险越大。总结如下：1.1上汽采用百万级别西门子全新设计，其针对大容量、高参数机组有众多亮点，主要有：(1)高压缸采用全周进汽，无调节级，安全性高。(2)单支点轴承设计，只有5个轴承，轴系比东汽以及哈汽短8-11米。(3)轴承少同时带来轴承用油量减少，采用更高粘度的46#透平油（东汽及哈汽采用32#透平油），可减少运行中的损耗。(4)使用高粘度的46#透平油，在机组运行中轴承油膜刚度更大，有利于轴系稳定。(5)低压外缸与凝汽器焊接，运行中真空及负荷变化对汽轮机轴系无影响，有利于稳定运行。(6)补汽阀设计，运行中负荷响应快，满足电网一次调频的同时达到较高的效率。(7)机组启动时间显著缩短，运行可少烧油，快速并网和带负荷。(8)高、中压内缸推拉杆技术，动静差胀小，不容易发生动静碰擦，有利于机组运行安全。(9)高压外缸筒型设计，螺栓承受的应力小，有利于螺栓寿命延长，同时可承受更高的蒸汽压力。（10）全三维的弯扭（马刀型）叶片：从气动力学角度，提出了变反动度的设计原则，即每一叶片级的反动度是不相等的。反动度是与叶片的几何尺寸、焓降、进出角特性对应的，变反动度的设计是以最佳的气流特性决定各级的反动度，而不是按统一的反动度去牺牲某些气动性能。不同反动度叶片级的组合将提高整个缸的通流效率。（11）汽缸落地设计所有高中压汽缸和低压缸的内缸均通过轴承座直接支撑在基础上，汽缸不承受转子的重量，变形小，易保持动静间隙的稳定。（12）独特的膨胀系统设计机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处，动静叶片的相对间隙变化最小。汽缸与轴承座之间有耐磨、滑动性能良好的金属介质。图1单轴承支撑（13）机组大修间隔长根据西门子公司的规范，1000MWHMN型机组的大修间隔可达到96000小时（约12年）。（14）世界上有运行业绩的最大尺寸的3000r/min低压缸虽然世界上各公司长叶片的技术贮备已很充分，但真正有运行业绩的叶片并不多，西门子公司在玉环项目应用的低压缸N30积木块与外高桥超临界900MW相同，末级叶片为1145.8mm。1.2与此对应的是：(1)日立、东芝百万级别机组设计为300MW及600MW亚临界机组的改造，其结构上只是加粗、加大，局部加以优化，同时将材料性能提高以适应百万机组的需求。(2)哈汽低压缸末级叶片长达1219mm，在叶片顶部圆周速度达到600m/s以上，安全性不佳，目前使用最长时间为1.5年，欠缺时间考验。(3)哈汽低压转子二阶临界转速为2540rpm，在机组工作转速内，且临近工作转速，不利于机组安全运行。(4)哈汽在非满负荷运行区间，机组效率下降很快，在机组实际运行中效率不高。(5)上汽较之东汽和哈汽有更广泛的国内外使用业绩，比如玉环、外高桥二期、三期等。且使用情况良好。2.1型号

N1000-26.25/600/600（TC4F）2.2型式超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机。

2.技术规范2.3主要参数高压主汽阀前主蒸汽额定压力26.25MPa高压主汽阀前主蒸汽额定温度600℃中压主汽阀前再热蒸汽压力5MPa（再热系统压降按10%高压缸排汽压力考虑中压主汽阀前再热蒸汽额定温度600℃平均设计背压5.3kPa(a)（4.685/5.984kPa）最终给水温度 295.7℃(TRL)转速3000r/min旋转方向(从汽轮机向发电机方向看)顺时针回热加热级数8级最大允许系统周波摆动47.5～51.5Hz3.我厂汽轮机本体介绍图2西门子汽缸积木块机组布置（总剖图）图3西门子汽缸积木块机组布置（俯视图）3.11000MW超超临界汽轮机本体的总体特点该机组采用一只高压缸、一只中压缸和二只低压缸串联布置。汽轮机四根转子分别由五只径向轴承来支承，除高压转子由两个径向轴承支承外，其余三根转子，即中压转子和两根低压转子均只有一只径向轴承支承。这种支承方式不仅使结构比较紧凑，主要还在于减少基础变形对于轴承荷载和轴系对中的影响，使得汽机转子能平稳运行。这五个轴承分别位于五个轴承座内。名称型号级数高压缸H30-10014级反动级，包括1级低反动度叶片和13级扭叶片中压缸M30-10013×2级反动级，每侧包括1级低反动度叶片和12级扭叶片级低压缸AN30-2×12.56×2级反动级，每侧包括3个鼓级和3级标准低压级低压缸BN30-2×12.56×2级反动级，每侧包括3个鼓级和3级标准低压级3.21000MW超超临界汽轮机的进汽部分1000MW超超临界压力汽轮机设置两个高压主汽门和两个高压调门、两个中压主汽门及两个中压调门，均通过弹簧弹力来关闭截止阀和调节阀，运行安全可靠，它们的快关时间均小于150ms。该汽轮机还设置了过载补汽阀。

3.2.1主调门及再热调门的独特技术风格西门子采用两个主调门及两个再热主调门，其结构及布置风格也是与众不同的：布置在汽缸两侧，切向进汽，损失小，起吊高度低。阀门直接支撑在基础上。阀门与汽缸采用大型罩螺母方式连接。图4主蒸汽进汽部分3.2.2高压主汽阀、主调阀及补汽阀该汽轮机设置两只高压主汽阀与调节阀组合件，安置在汽轮机高压缸的两侧。每个组合件由一个截止阀与一个调节阀组成，安放在共用阀体内。每个主汽阀与调节阀具有各自的执行机构，分别为高压主汽门执行机构和高压调节门执行机构。图5汽轮机高压阀门布置1-蒸汽进口2-高压缸位置3-高压主汽门4-高压主汽门执行机构5-高压调门6-高压调节门执行机构7-进汽喷嘴正视图俯视图

阀门弹簧支架主汽阀连接大螺母高压缸油动机主调阀主汽门进汽口补汽进汽接口图6高压主汽阀、调阀与汽缸连接方式主蒸汽通过主蒸汽进口进入高压主汽阀和主调阀，主调阀内部通过进汽插管和高压内缸相连，主蒸汽通过进汽插管直接进入高压内缸，不设常规机组的导汽管。阀壳与高压外缸通过大型螺母连接。主汽阀是一个内部带有预启阀的单阀座式提升阀。蒸汽经由主蒸汽进口进入装有永久滤网的阀壳内，阀门滤网采用环形波纹钢板缠绕形式，滤网的网孔直径相当小（仅1.6mm），刚性较好，滤网面积与阀门喉部面积比约为图7主调门滤网7：1，即使有部分堵塞也不影响机组的正常运行。主汽门打开时，阀杆带动预启阀先行开启，从而减少打开主汽阀阀碟所需要的提升力，以使主汽阀阀碟可以顺利打开。主汽阀由独立的油动机开启，由弹簧力关闭，安全可靠性好。主调阀也为单阀座式提升阀，在阀碟上设有平衡孔以减小机组运行时打开调门所需的提升力。和主汽阀相同，主调阀也由独立的油动机开启，由弹簧力关闭。主汽阀、主调阀的关闭速度主要由其控制系统的性能所决定。对于1000MW等级的汽轮机，要求主汽阀、主调阀完成关闭动作的时间＜0.25s(有蒸汽)，迟缓时间＜0.05s。图81000MW汽轮机过载补汽阀结构示意图1-调节阀执行机构2-蒸汽进口连接3蒸汽出口连接-4-补汽阀支调点过载补汽阀的结构类同于其它进汽调节阀，它是一只单阀座的阀门，位于高压缸下部（汽机房8.5m）。阀门由电液控制系统调节开度，由弹簧安全关闭。补汽的汽源分别从两个主调门的壳体（主汽门后、主调门的阀芯前）引出，连接到过载补汽阀，经过过载补汽阀后分两路再从高压缸下部的供汽管道进入高压缸。过载补汽阀的主要功能有：（1）当汽轮机的最大进汽量与THA(热耗率验收工况)工况流量之比较大时，可采用补汽技术，超出额定流量的部分由外置的补汽调节阀提供；此时主调节阀在额定流量下可设计成全开，从而提高额定负荷以下所有工况的效率。以上汽的机组为例，机组热耗可至少下降40kJ/kWh。（2）对超超临界高温汽轮机，补汽还能起到对汽缸的冷却作用。该阀通过保持一定的漏汽，充分利用补汽温度始终低于主蒸汽30度的特点，对汽缸起到冷却作用，有利于提高高温部件的可靠性。（3）经德国电网技术的研究，补汽阀还具有提高变负荷速率的功能，有利于提高大电网的稳定性。图9中压汽轮机阀门布置1-蒸汽入口2-中压缸3-中压主汽门和调门4-中压调门执行机构5-中压主汽门执行机构6-进汽喷嘴7-中压调门8-中压主汽门3.2.3再热蒸汽主汽阀和再热蒸汽调节阀再热蒸汽主汽阀和再热蒸汽调节阀用来控制进入中压缸的再热蒸汽。它们的结构原理与高压主汽阀和调节阀大同小异。中压主汽门和中压调门功能：一只截止阀和一只调节阀组合在一个共用的阀体中，其阀杆彼此垂直。蒸汽截止阀可迅速中断从再热器向汽轮机第一部分第二膨胀区和汽轮机第二部分的叶片供应的蒸汽。负荷中断、启动与停机时，蒸汽调节阀控制流向汽轮机第一部分第二膨胀区与汽轮机第二部分叶片的蒸汽流，并在

负荷上限时全开以消除节流损失。再热主汽阀、再热调阀的关闭速度主要由其控制系统的性能所决定。对于1000MW等级的汽轮机，要求再热主汽阀、再热调阀完成关闭动作的时间＜0.25s(有蒸汽)，迟缓时间＜0.05s。3.3汽缸1000MW汽轮机由一个单流筒型高压缸、一个双流型中压缸和两个双流型低压缸组成。3.3.1高压缸该高压缸采用单流、双层缸设计，其双层缸由静叶持环组成的内缸和筒形外缸组成。高压缸内不设隔板，反动式的静叶栅直接接在内缸上，有1级低反动度叶片和13级扭叶片。外缸为桶形设计，由垂直径向中分面分为进汽缸和排汽缸。内缸为垂直纵向平分面结构。高压转子排汽缸高压内缸补汽阀进汽口猫爪猫爪高压转子高排主蒸汽进汽进汽缸抽汽口图10高压缸装配三维视图圆筒后外缸圆筒前外缸图11高压外缸及内缸采用这种设计，可以减小缸体重量，提供良好的热工况。另外，内、外缸都采用轴对称设计，因而避免了不利的材料集中，各部分温度可保持一致，也就能始终维持轴对称状态，且起停或变工况时的热应力也会很小。主蒸汽从两侧通过两只联合汽门（主汽门和调节汽门）进入高压缸，在高压缸的前端通过二根排汽支管向下排至冷再热管道。高压转子通流部分采取的独特的技术风格：小直径、多级数，制造成本会增加，但效率高，转子应力小。单流程使超超临界参数下的叶片级通流面积比双流程要增加一倍，叶片端损大幅度下降，与其他机型的高压缸相比，其效率要高4.5%7%左右。图12单流程高压缸

各叶片级与静叶对应的转子上也装有汽封，形成较大的漏汽阻力，有利于减少汽隙激振。

动叶基本采用‘T’型叶根，与侧装式叶根相比，可减少轴向漏汽损失。图13多道汽封高压缸第一级叶片级的独特技术风格该机组高压缸第一级叶片采用了独特的设计风格，具体表现在：采用斜置式静叶，效率高，漏汽损失小。采用低反动度叶片级（约20%的反动度），一方面不像冲动式调节级会在动叶片进口形成小进汽角度的高速汽流，避免硬质颗粒冲蚀；另一方面又可有较大的焓降，降低进入转子动叶的温度。动静叶片的轴向距离较大，有利于减少硬质颗粒冲蚀。图14高压缸第一级叶片级结构特点3.3.2中压缸图15中压缸装配三维视图图16中压缸结构该机组中压缸采用双流程、双层缸设计，其双层缸由水平中分式内、外缸组成，水平中分面分成上下半，双流程内缸支撑在外缸内。再热蒸汽通过装在中压缸的左右两侧的两只联合汽门-再热截止阀和调节阀，经两根横向的导汽管进入中压缸内缸第一个膨胀区的叶片，导汽管用法兰固定在外缸上，它们与内缸之间设有可以沿任意方向自由移动的L形密封环。

采用中压双流切向进汽，在中压缸顶端连着一根排汽支管，支管的另一端与跨接管路连接，蒸汽通过跨接管路进入低压缸。中压高温进汽仅局限于内缸的进汽部分，而中压外缸只承受中压排汽的较低压力和温度。这样汽缸的法兰部分可以设计得较小。同时，外缸中的压力也降低了内缸法兰的负荷，因为内缸只要承受压差即可。

第一级双流斜置静叶设计中压缸为双流，进汽通道的设计与高压缸相似，两个再热进汽口配置在汽缸两侧。通过第一级的斜置静叶，汽流由径向变为周向，结构紧凑、损失小。图17中压缸斜置静叶结构中压切向涡流冷却：中压进口段的中间体部件上开有四个切向进汽孔，利用涡流原理，中压再热蒸汽进入该孔形成高速切向流动，热能能量转换为动能后，温度可降15℃左右，起到冷却中压转子的作用。图18中压切向涡流冷却示意图3.3.3低压缸1000MW超超临界压力汽轮机低压缸结构。双流低压缸是三层缸体设计，焊接的外缸、浇铸的内缸内内缸与内外缸均为水平对分。低压缸顶部有跨接管路。中压缸两个排汽口的排汽分别通过两根长度不同的连通管流入两只低压缸。跨接管路垂直穿过低压外缸，通过法兰与内缸的进汽喷嘴连接。为了实现最佳配汽，并减少初级导叶级处的蒸汽损失，通流部分配有转子导流板。来自中压缸的蒸汽通过布置在汽轮机上方的跨接管道流入低压叶片前面的内缸。在内缸中的几个点处抽汽，通过抽汽管进入给水加热器或者通过凝汽器颈壁流出。安装在蒸汽管道中的膨胀节可以防止缸体因蒸汽管道的热膨胀而发生变形。低压缸布置有3段抽汽，其抽汽口是非对称排列。第6段抽汽向6号低压加热器供汽；第7段抽汽位于双流低压缸LPB两侧，向7号低压加热器供汽；第8段抽汽位于双流低压缸LPA两侧，向8号低压加热器供汽。蒸汽离开叶片后流向内缸的扩压器。由此产生的膨胀将乏汽速度部分转换成压力，以减少乏汽损失。然后，蒸汽向下流动，通过外缸的矩形部分进入下方的凝汽器。图19低压缸结构示意图1-转子2-低压外缸上半部分3-低压内缸上半部分6-低压内缸下半部分7-低压外缸下半部分低压缸的特点：低压外缸由两个端板、两个侧板和一个上盖组成。外缸与轴承座分离，直接坐落于凝汽器上。它大大降低了运转层基础的负荷。低压内缸通过其前后各两个猫爪，搭在前后两个轴承座上，支撑整个内缸、持环及静叶的重量，并以推拉装置与中压外缸相连，以保证动静间隙。超临界机组由于压力的提高，其低压缸的排汽湿度比同样进汽温度的亚临界机组要大，从安全性、经济性的角度，更应注重低压末几级叶片抗水蚀和抗腐蚀技术的应用，主要的特点有下列五个方面：（1）末端叶片采用抗腐蚀性能好的17-4PH材料。与12Cr钢的对比，17-4PH在钠盐及水中的疲劳强度均明显高于12Cr钢。

（2）结构上有足够的疏水槽。（3）相当大的轴向间隙，这是公认十分有效的防冲蚀措施。（4）末级静叶采取空心叶片结构，在内部抽出水分。（5）末级动叶片采用新型的激光表面硬化技术，这是西门子公司的一项特有技术，其特点在于最新的激光表面硬化技术，表面硬度可超过500HV(维氏硬度)。图21最新的激光表面硬化技术图20关于末两级叶片防水蚀措施3.4静叶环、静叶和汽封反动式汽轮机没有叶轮和隔板，动叶直接嵌装在转子的外缘上，静叶装在汽缸内壁或静叶持环上。高压缸静叶持环为垂直中分。静叶持环利用四个定位键与圆桶形汽缸的进汽部分对中。静叶持环固定在高压外缸中，可自由地朝各个方向径向膨胀和从固定的锚固点轴向膨胀。热膨胀时，静叶持环始终与汽轮机转子同心。静叶持环的轴向固定点由圆桶形汽缸进汽部分上的肩突组成，该肩突支持静叶持环上的一个套环。作用在静叶持环上的轴向推力被传递到螺纹环上并由其承受，静叶持环从该点发生轴向热膨胀。低压级静叶环安装在低压内缸上，分上、下两半，用支承销安装并轴向定位在内缸水平分缸面上。支承销是可调的，以保证静叶环能自由膨胀。低压级将内环、叶片、外环焊接成半环，然后连接到内缸上，制成开口的静叶环。整个环装配完后，内环构成一个连续的围带。1000MW汽轮机的高压缸和中压缸第一级静叶叶片采用斜置静叶结构，效率高、漏汽损失小。采用全三维马刀形叶片，叶根均采用整体正交叶根，叶片上设有整体正交围带。为了保证高的机组热效率，进入汽轮机的蒸汽应尽可能多的通过动静叶片，而不是从动静部分的间隙旁路通过，因此在动叶与汽机内缸之间、静叶与转子之间设置了汽封。在汽轮机的高、中、低压缸中，汽缸内外压差较大。正常运行时，高压缸轴封要承受很高的正压差，中压缸轴封次之，而低压缸则要承受很高的负压差，因此，这三个汽缸的轴封设计有较大的区别。为实现蒸汽不外漏、空气不内漏的轴封设计准则，除通过结构设计减小通过轴封的蒸汽（或空气）的通流量外，还必须借助外部调节控制手段阻止蒸汽的外泄和空气的内漏。因此汽缸轴封必然设计成多段多腔室结构。为阻止蒸汽不外泄到大气，避免轴承的润滑油中带水，应使与大气交界的腔室处于微真空状态；为防止空气漏入汽缸，应使与蒸汽交界的腔室处于正压状态。

3.5转子和动叶上汽的1000MW超超临界压力汽轮机属于反动式的，采用鼓式转子。鼓式转子主要由转鼓、动叶片和联轴器组成。该汽轮机组的轴系由1个单流程反向高压转子、1个双流程中压转子和2个双流程低压转子组成。这四个汽轮机转子均为整锻式转子，由整锻主轴及一体锻造的联接法兰和插入式叶片组成，所有转子均无中心孔。各转子之间全部采用刚性联轴器连接。图22：汽轮机转子的支撑1000MW汽轮机转子之间用整体法兰刚性联接在一起，转子的支承采用单支承系统，也就是说，轴系在两个汽缸之间的部分只有一个轴承，除高压转子由2个径向轴承支撑外，其它转子均为单轴承支撑，如图22所示。这种布置方式能最大程度地减小基础变形对作用在轴颈上的支承应力和弯曲应力以及对平稳运行影响。每一只动叶片通常由叶根部分、中间体、型线部分、围带（叶顶）四部分组成，如图23所示。动叶片由叶根牢固地固定在叶轮或转鼓上，中间体把叶根和叶片型线部分连接成一体；型线部分用于构成汽流通道；围带用来与同一级的其他动叶片相连接，以增强抗振性能，同时起着汽道径向密封和叶栅轴向密封的作用。图23：动叶结构示意图3.6轴承该机组＃1轴承采用双油契轴承，润滑油供应充足，能确保转子的平稳运转。＃2轴承采用推力支持联合轴承，也为双油契轴承，推力轴承垫被弹性支承在轴瓦上，因而可以将转子轴向推力通过轴瓦传送到轴承垫上。＃3、4、5轴承采用改进的椭圆形轴颈轴承，单向供油。这种类型的轴承在阻尼良好的系统中只需用少量的润滑油，并且仅产生少量的摩擦损失。3.7汽轮机膨胀系统机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处，为此动静叶片的相对间隙变化最小；汽缸之间有推拉装置；汽缸与轴承座之间有耐磨、滑动性能良好的金属介质。转子绝对膨胀转子与汽缸相对膨胀汽缸绝对膨胀绝对死点图24.汽轮机的膨胀系统3.8盘车装置在汽轮机启动冲转前和停机后，使转子以一定的转速连续地转动，以保证转子均匀受热和冷却的装置称为盘车装置。

图25：1、高压转子；2、与＃1轴承座连接；3、离合器；4、液压马达盘车转速也有高低之分，盘车转速的高低各有利弊，高速盘车能在径向轴承中较易建立动压油膜，可以减小轴颈与轴瓦之间的干摩擦或半干摩擦，达到保护轴颈、轴瓦表面的目的。另一方面，高速盘车可以加速汽缸内部冷热汽（气）流的热交换，减小上下缸和转子内部的温差，保证机组能再次顺利的启动。但高速盘车需要较大的起动转矩，因此1000MW汽轮机采用液压马