高效660MW超超臨界空冷汽輪機結構特點

1、工程技術部2015年04月121.1超超臨界660MW等級汽輪機機設計理念： 充分利用已有的超超臨界汽輪機研制技術。 汽輪機通流采用具有更高效率的反動式設計技術。 利用高效型1000MW汽輪機技術。1.2汽輪機主要技術特點 1）熱力系統(tǒng)采用八級回熱，提高機組熱效率； 2）高、中、低壓缸通流采用多級數反動式技術，高壓缸效率90% 、中壓缸效率92%、低壓缸效90%； 3）最小壓力損失的高、中壓閥門技術，汽缸和閥門布置緊湊； 4）低壓內缸、外缸端汽封、軸承箱全部采用落地結構； 5）應用HTCCS動靜間隙測量方法，電廠安裝時不需要調整通流間隙，一方面實現運行時汽封間隙與設計值吻合，保證機組效率；另一

2、方面減少現場的工作量和安裝周期。 6）整體運輸的高壓缸模塊；1.高效660MW汽輪機設計理念及技術特點3660MW高效超超臨界空冷汽輪機序號項 目單位數 值1機組型式 超超臨界，一次再熱，單軸、 三缸兩排汽、空冷凝汽式2汽輪機型號 N660-28/600/620 3主蒸汽額定進汽量t/h 18406設計背壓KPa10.57配汽方式 節(jié)流調節(jié)8額定轉速r/min 3000 9旋轉方向順時針（從汽機向發(fā)電機看）10回熱級數（高加除氧低加） 3+1+4 11低壓末級葉片長度mm 94012通流級數 59高壓缸級17 中壓缸級216 低壓缸級25 13中壓缸排汽壓力 MPa 0.6014汽輪機外形尺寸

3、27.5m12m8m汽輪機主要技術規(guī)范660MW高效超超臨界空冷汽輪機4汽輪發(fā)電機組外形布置圖5單流程高壓缸雙分流中、低壓缸高壓閥對稱布置高壓缸兩側，與汽缸剛性連接，彈性支架支撐；再熱閥對稱布置在中壓缸兩側，與中壓缸剛性焊接，彈簧支撐；660MW高效超超臨界空冷汽輪機汽輪發(fā)電機組外形布置6660MW高效超超臨界空冷汽輪機7660MW高效超超臨界空冷汽輪機通流形式選擇 根據經典理論：按反動度的大小，汽輪機的級分為純沖動級（反動度0）和純反動級（反動度0.5），相應的機組成為沖動式汽輪機和反動式汽輪機。沖動級蒸汽主要在噴嘴柵（靜葉）中膨脹，在動葉柵中只有少量膨脹，反動級蒸汽在汽輪機的噴嘴柵和動葉柵

4、中都有相當程度的膨脹 8660MW高效超超臨界空冷汽輪機通流形式選擇1. 反動式的動、靜葉型線基本相同，沖動式的則不同，導致沖動式動葉柵的氣流轉折角較大，以及葉柵反動度的差異，造成沖動式葉型損失比反動式葉柵大。 2. 反動式葉型進汽側小圓直徑大，攻角適應范圍廣，部分負荷的效率高。 3. 反動式隔板厚度小，可以多布置級數，重熱系數大，且反動式級不存在平衡孔漏汽，泄露損失小，可提高機組效率。 4. 沖動式采用隔板結構，由于承受的壓差較大，隔板內徑又小，因此隔板的厚度較厚。雖然級數反動式少，但通流長度卻相差不多。 5. 反動級的靜葉出汽側至動葉進汽側的軸向間隙較沖動級大，可減少對動葉的激振力，同時可

5、容許轉子和靜子間有較大的相對膨脹，對提高機組的負荷適應性有利。 6. 反動式機組在設計、加工制造方面，相對沖動式更簡單，沖動式隔板需要焊接，反動式隔板可采用裝配方案，無焊接及熱處理導致的變形，精度好，效率高。 7. 反動式葉型的葉柵損失比沖動式的小，但隔板汽封直徑大，平衡鼓汽封直徑大，這兩處的泄露損失比沖動式大。 8. 大機組功率大，流量大，汽封漏汽損失占的比重小，所以大機組宜采用反動式設計9660MW高效超超臨界空冷汽輪機參照動葉片的設計理念和裝配方式 裝配式導葉的圍帶與圍帶、葉根與葉根之間有接觸緊力，能夠保持相互連接的穩(wěn)定性 拆裝的便利性，裝配式隔板有損壞時可以更換指定的葉片，安裝拆卸方便

6、 裝配式隔板不進行焊接，因此不存在由于焊接和焊接后進行熱處理帶來的葉片變形，從而更好保證葉片通流的精度，提高機組效率 焊接隔板實體圖 焊接隔板縱剖圖 裝配式隔板實體圖 裝配式隔板縱剖圖 裝配式隔板 超超臨界660MW材料提高參數機型參數25MPa/600/60028.0MPa/600/62027MPa/600/610高壓外缸ZG15Cr2Mo1不變高壓內缸ZG1Cr10MoVNbN不變中壓外缸ZG15Cr2Mo1不變中壓內缸/CB2高壓轉子13Cr10.5Mo1.5NiVNbN不變中壓轉子13Cr10.5Mo1.5NiVNbN 新型12%Cr(FB2)主汽調節(jié)聯合閥ZG1Cr10MoWVNbN

7、不變再熱調節(jié)聯合閥ZG1Cr10MoWVNbNCB2高溫材料選擇660MW高效超超臨界空冷汽輪機10通流采用反動式全三維設計技術，進一步提高缸效率； 2180切向蝸殼進汽技術，降低進口部分流動損失，可允許提高蒸汽流速，蒸汽動能轉換效率提高；第一級橫置靜葉，蒸汽在速度和方向不發(fā)生驟變的情況下流入葉片，流動損失明顯降低，氣動效率提高1.3%；第一級沖動式技術，降低轉子工作溫度；各級動葉采用T型葉根，漏汽損失?。粌雀撞捎眉t套環(huán)密封技術；高壓模塊適應整體運輸要求。全周進汽方式，無部分進汽損失和閥門節(jié)流損失；2 高壓缸模塊主要技術特點11660MW高效超超臨界空冷汽輪機（1）高壓內缸密封技術高壓內缸采用

8、規(guī)則的圓筒形結構，取消水平結合面的法蘭。結構更緊湊，熱應力小，適應性好，啟動及變負荷時間短。紅套環(huán)過盈產生的收縮力密封，整圈受力、應力集中小、壽命長。內缸在長期穩(wěn)態(tài)及瞬時變工況下運行期間無泄漏。 機組在各種工況運行過程中，內缸和紅套環(huán)的強度滿足設計要求中分面應力與常規(guī)法蘭螺栓密封時的應力相當，可滿足密封性要求 。內缸材料ZG1Cr10MoVNbN，紅套環(huán)的材料為2Cr10MoVNbN 2.2 高壓缸模塊主要部件結構特點12紅套后的高壓內缸和轉子效果圖660MW高效超超臨界空冷汽輪機（2）切向蝸殼進汽高壓缸進汽采用切向蝸殼，減小第一級導葉進口參數的切向不均勻性，提高效率。蝸殼結構能夠減小進口部分

9、的流動損失。蒸汽在速度和方向不發(fā)生驟變的情況下流入葉片。允許提高蒸汽流速，并具有很高的蒸汽動能轉換效率第1級靜葉與進汽蝸殼聯合計算，總壓損失系數0.6%。 汽輪機進汽蝸殼實體圖13高壓進氣蝸殼壓力云圖2.2高壓缸模塊主要部件結構特點660MW高效超超臨界空冷汽輪機高壓進汽蝸殼氣動計算與分析采用商業(yè)軟件計算，ICEM劃分網格，CFX求解。進口給定總溫和總壓，出口給定質量流量，工質為水蒸汽。蝸殼內部流域切面示意圖 YZ平面速度矢量圖 XY平面壓力分布 壓力分布圖 蝸殼總壓損失系數僅為0.15%。分析流動情況，汽流在蝸殼內逐漸膨脹加速，壓力逐漸降低，變化均勻，壓力等值線幾乎與流線方向垂直。從壓力云圖

10、看，由于切向進汽，汽流在離心力作用下，形成了蝸殼外側壓力高，內側壓力低，但切向非常均勻，壓力等值線幾乎是同心圓；14660MW高效超超臨界空冷汽輪機（3）第一級橫置靜葉 高壓缸第一級靜葉片采用軸向布置形式，以配合切向蝸殼全周進汽形式；第一級采用了沖動式葉片級，第一級靜葉后溫度降低20，從而降低第一級葉輪和轉子表面的溫度，為高壓轉子提供有利的工作條件。提高第一級的級效率。第一級軸向布置靜葉實體圖152.2 高壓缸模塊主要部件結構特點660MW高效超超臨界空冷汽輪機（4）高壓主汽調節(jié)聯合閥每個聯合閥包括一個主汽閥和一個調節(jié)閥。閥門通過調節(jié)閥的擴壓延長段與內缸相連。閥體通過法蘭連接在外缸上，閥門與汽

11、缸之間沒有蒸汽管道，結構緊湊、損失小。主汽閥帶有預啟閥，減少主汽門開啟的提升力。主汽閥為閥門限位，具有自密封功能。調節(jié)閥為平衡閥，閥門限位，閥門全開時形成自密封162.2 高壓缸模塊主要部件結構特點高壓主汽閥高壓調節(jié)閥高壓主汽閥高壓調節(jié)閥執(zhí)行機構高壓調節(jié)閥高壓調節(jié)閥執(zhí)行機構660MW高效超超臨界空冷汽輪機高壓主調閥氣動分析計算采用商業(yè)軟件進行，ICEM劃分網格，CFX求解。進口給定總溫和總壓，出口給定質量流量，工質為水蒸汽。高壓主調閥后處理各截面位置 閥門組內部三維流線圖 截面1-3流線圖 截面1-3壓力云圖 截面1-3馬赫數云圖 主閥+調閥計算總壓損小于1%。從壓力云圖中看出整個流場流動較均

12、勻，閥座喉部兩側流動對稱；從流線圖中看出，整個閥腔內沒有出現較大的漩渦，喉部流動均勻。從馬赫數云圖中看出調閥的出口不均勻度小，調節(jié)閥出口的汽流均勻；17660MW高效超超臨界空冷汽輪機18660MW高效超超臨界空冷汽輪機防止汽流激振措施 增加高壓轉子剛度，提高汽輪機高壓轉子臨界轉速； 所有軸承采用油膜動特性系數交叉耦合項小、穩(wěn)定性更好的四瓦可傾瓦軸承； 進行考慮汽流激振影響的軸系穩(wěn)定性的計算分析，減小高壓轉子的強迫撓度系數，減小汽流激振發(fā)生的概率； 取消噴嘴進汽，采用全周進汽的方式； 采用防汽流渦動汽封。 3 汽輪機中壓模塊主要技術特點19第一級采用沖動式設計，降低轉子表面溫度，提高轉子安全性

13、。其余各級采用多級反動式設計技術，進一步提高中壓缸效率。采用中壓轉子冷卻系統(tǒng)，降低轉子表面溫度，提高轉子安全余度分缸壓力低于0.6MPa。中壓內缸/中壓閥體材料CB2。轉子材料采用FB2。660MW高效超超臨界空冷汽輪機中壓再熱調節(jié)聯合閥結構圖20660MW高效超超臨界空冷汽輪機中壓再熱調節(jié)聯合閥采用主汽閥與調節(jié)閥共用一個閥座的結構形式，結構緊湊，占據空間小，閥門壓力損失低。 防止固體顆粒侵蝕措施u 表面硬化處理(擴散滲透法滲硼)；提高表層材料的硬度最小950Hv。實踐證明采用滲硼的方法強化噴嘴表面腐蝕程度下降到原來的20%。u 新型的防侵蝕葉型，合理的動靜間隙，減少固體顆粒的碰撞速度，改變碰

14、撞角度，使固體顆粒避開材料的高沖蝕區(qū)，因而減少對葉片的沖蝕。u 利用旁路系統(tǒng)，啟動前可用旁路帶走一部分固體顆粒。21660MW高效超超臨界空冷汽輪機l加強型外缸l落地軸承箱l落地內缸l單層內缸l靜葉去濕技術l940mm末級葉片22采用落地式軸承箱結構，即軸承直接支撐在基礎上，改善轉子運行條件；低壓內缸落地式結構，使轉子與靜子完美對中，不受真空變化影響；中低壓缸分缸壓力低于0.6MPa，溫度低于300，使得低壓缸進口溫度降低，可以減小低壓缸進、排汽溫差，降低低壓缸熱應力，減小低壓缸的變形，避免低壓缸出現內漏，提高汽輪機經濟性和可靠性，避免低壓轉子出現回火脆化問題；采用940mm自帶圍帶末級動葉片

15、，具有豐富使用業(yè)績。4 低壓缸模塊主要技術特點低壓內缸上半低壓內缸下半內缸撐腳660MW高效超超臨界空冷汽輪機23660MW高效超超臨界空冷汽輪機低壓模塊內缸直接支撐在基礎上 轉子和內缸在真空變化、低壓噴水、低負荷運行等各種工況下都保持完美的同心度，因為外 缸的變形不會導致通流部件動靜中心變化； 可將因轉子和靜子零件接觸而產生摩擦振動的危險降到最小。 940mm末級葉片 24940mm葉片設計參數根徑1718.51879mm環(huán)形面積7.85m28.32m2葉片支數6670葉根形式圓弧樅樹形連接形式阻尼凸臺/套筒+自帶圍帶整圈連接材料12%Cr940mm葉片開發(fā)歷程葉片開發(fā)歷程200420052

16、0062007氣動設計和結構設計性能驗證試驗電廠使用 阻尼圍帶 高抗振衰減性 凸臺/套筒拉筋 高抗振衰減性 12%Cr不銹鋼 高強度、高硬度 薄葉片 高效率 減少離心力 樅樹型葉根 降低葉片重量 降低離心力660MW高效超超臨界空冷汽輪機25660MW高效超超臨界空冷汽輪機5.1 高壓模塊整體發(fā)貨簡介 缸體電端采用固定墊箱支撐，并固定汽缸。轉子采用兩個輕質支架支撐，缸體調端底部采用千斤頂支撐，與轉子支架配合，用于汽缸的支撐及頂起。在內缸的調端及電端側各設計4塊支撐板用于廠內總裝時內缸與轉子定位。在外缸兩側端面處設計定心環(huán)用于高壓模塊整體運輸。千斤頂轉子輔助支架內缸固定墊箱轉子輔助支架高壓轉子高

17、壓內缸支撐板高壓外缸定位環(huán)265 高壓模塊整體發(fā)貨及HTCCS系統(tǒng)介紹 660MW高效超超臨界空冷汽輪機步驟1：高壓內缸下半就位，安裝好靜葉、汽封 步驟2：轉子支架就位，并起吊轉子步驟3：調整輔助支撐位置及高度并安裝高壓內缸下半定位支撐板，將轉子平穩(wěn)裝入高壓內缸步驟4：安裝高壓內缸上半支撐板后再安裝高壓內缸上半，把緊內缸中分面螺栓及定位銷栓27660MW高效超超臨界空冷汽輪機步驟5：高壓內缸紅套步驟6：紅套環(huán)裝配完成后將內缸與轉子整體吊裝步驟7：將高壓轉子及內缸裝入外缸下半前將內缸下半的兩塊定位支撐板取下,安裝支撐鍵步驟8：將內缸及轉子整體裝入外缸下半后取下內缸上半的兩塊定位支撐板，調整并安裝

18、外缸下半端部定位環(huán)下半定位環(huán)下半定位環(huán)28660MW高效超超臨界空冷汽輪機步驟9：安裝高壓外缸上半(包括端部定位環(huán))，把緊中分面螺栓及定位銷栓，將高壓模塊整體起吊裝入運輸支架準備發(fā)貨。定位環(huán)高壓模塊包裝后尺寸8.4m3.9m3.8m，高壓模塊總重約160T。 現場安裝：將高壓模塊整體起吊，緩慢落在軸承箱中，外缸貓爪支撐在軸承箱上，轉子支撐在軸承上。調好后，拆卸定位環(huán)，連接轉子對輪，高壓模塊與閥門連接。29660MW高效超超臨界空冷汽輪機1).測量設備：HTCCS測量設備由以下幾部分核心組件組成：1、API激光跟蹤儀（帶航空攝像頭）2、導軌系統(tǒng)3、靶球固定工裝4、測量靶球5.2 HTCCS測量技

19、術簡介660MW高效超超臨界空冷汽輪機30HTCCS測量系統(tǒng)是利用帶航空攝像頭的API自動捕捉測量靶球的技術，配合可以令API沿汽輪機軸線方向移動的導軌系統(tǒng)，以及可以將測量靶球固定于汽封上的靶球固定工裝，來實現全實缸無轉子狀態(tài)下汽輪機動靜通流尺寸的測量。2).測量方法：660MW高效超超臨界空冷汽輪機31 2)測量方法：u首先對測量基準進行測量，計算出軸線；u每級需測量位置，根據需要事先在4個位置固定測量球。利用上面的測量方法對這4個點進行測量，并進行坐標擬和；u分別計算這4點到軸線的距離，得出徑向尺寸，并輸入計算軟件表格中；u將轉子的相應通流部分徑向尺寸輸入到計算軟件表格中；u結合轉子的實際

20、撓度，通過軟件計算，得到機組所有動靜通流間隙值；u用數控機床加工汽封齒配準整圈汽封間隙；uHTCCS測量方法從根本上保證了所得的間隙值與全實缸的間隙值一致，從而保證冷態(tài)安裝時的間隙值準確反映機組運行時的間隙值。最大限度地保證機組的經濟性和安全性。32高效660MW超超臨界空冷汽輪機33項 目三缸兩排汽四缸四排汽三缸-四缸機組總長m27.532.9-5.4高壓閥門主汽調節(jié)聯合閥主汽調節(jié)聯合閥相同中壓閥門主汽調節(jié)聯合閥主汽調節(jié)聯合閥相同高中壓缸高中壓分缸高中壓分缸相同高壓通流級數17152中壓通流級數2162128低壓缸數量12低壓通流級數25226支持軸承68轉子34軸承箱45末級葉片940mm

21、680mm660MW高效超超臨界空冷汽輪機小結1).高壓缸采用2180切向渦殼進汽技術,可 降低進口部分流動損失，提高蒸汽動能轉換效率，計算總壓損僅為0.15%；2).單流程第一級橫置靜葉，流動損失明顯降低，氣動效率提高1.3%。第一級設計成低反動度級，降低靜葉后蒸汽溫度極大改善轉子工作條件，提高轉子使用壽命；由于全周進汽，可降低葉片工作應力，杜絕端部漏汽，明顯降低端部損失和漏汽損失；3).高壓第一級靜葉表面進行滲硼強化，中壓第一級靜葉背弧側表面進行等離子噴涂CrC涂層，有效預防葉片的固體顆粒沖蝕；4).中低壓缸分缸壓力降低到0.6 MPa以下，溫度低于301.1。低壓缸進口參數降低，可以減小低壓缸進、排汽溫差，降低低壓缸熱應力，減小低壓缸的變形，避免低壓缸出現內漏，避免低壓轉子出現回火脆化問題，提高汽輪機經濟性和可靠性；34小結5).高、中壓閥門采用