汽輪機技術(shù)設(shè)計變更與實施方法研究

摘要：廣東粵電油頁巖發(fā)電項目電廠一期2×210MW循環(huán)流化床發(fā)電工程三大主機于2006年11月完成招標并簽訂技術(shù)協(xié)議，三大主機均由東方電氣集團中標。東方汽輪機有限公司在實施該項目過程中，對汽輪機部分技術(shù)參數(shù)作了變更調(diào)整，特別是對該機組的通流部分作了較大的設(shè)計變更，本文敘述了該項目汽輪機部分技術(shù)參數(shù)變更前、后的情況及機組通流部分設(shè)計變更后對汽輪機組的影響比較和我公司當時采取的技術(shù)措施及應(yīng)對方法。

關(guān)鍵詞：汽輪機；技術(shù)設(shè)計；變更

前言

廣東粵電油頁巖發(fā)電項目電廠一期2×210MW循環(huán)流化床發(fā)電工程，是國家鼓勵扶持開發(fā)的綜合開發(fā)利用項目，該工程是礦電聯(lián)營項目，屬坑口電廠。三大主機均由東方電氣集團中標。東方汽輪機有限公司在實施該項目過程中，為保證對投標時該機組技術(shù)指標經(jīng)濟性、可靠性及交貨期的承諾，東方汽輪機有限公司經(jīng)充分研究考慮之后，對原投標汽輪機部分技術(shù)參數(shù)作了變更調(diào)整，特別是對該機組的通流部分作了較大的設(shè)計變更。該型號機組是東方汽輪機有限公司為我公司設(shè)計的第一臺210MW高中壓合缸且具備中壓缸啟動功能的機組，雖然東方汽輪機有限公司是一個特大型的國有企業(yè)，且技術(shù)力量雄厚，對200MW等級汽輪機組來說技術(shù)也是很成熟的，但本著對雙方負責任的態(tài)度，我公司對該項目汽輪機技術(shù)的設(shè)計變更方案采取了相應(yīng)的措施及應(yīng)對方法。

1.汽輪機設(shè)計變更說明及匯總

東方汽輪機有限公司為保證對廣東粵電油頁巖發(fā)電項目機組經(jīng)濟性、可靠性和交貨期的承諾，經(jīng)充分研究考慮后對原投標機組熱力、通流等部分進行了設(shè)計變更，變更后的通流設(shè)計降低了分缸壓力，提高了機組的經(jīng)濟性，并提高了高中壓模塊的通用性，可縮短設(shè)計制造周期。其調(diào)整后的技術(shù)數(shù)據(jù)變化匯總?cè)缦拢?/p>

1.1通流級數(shù)

經(jīng)設(shè)計變更后，高壓缸、中壓缸及低壓缸的通流級數(shù)分別調(diào)整為（見表1）：

經(jīng)通流設(shè)計變更后高壓缸效率提高0.4%、中壓缸效率提高0.58%、低壓缸效率降低0.34%。但總體缸效率是提高了（見表2）。

經(jīng)通流設(shè)計變更后，總體上各級抽汽參數(shù)變化不大，各加熱器均能滿足變更后的參數(shù)要求（見表3）。

1.2通流調(diào)整后各工況熱耗比較

由表4可看出，經(jīng)通流設(shè)計調(diào)整后，THA工況熱耗維持不變，但T-MCR、VWO工況熱耗均有改善，特別是TRL工況熱耗下降了9k J/kW.h，對機組的經(jīng)濟性運行是有利的。

1.3軸系設(shè)計方案簡介

根據(jù)該機組的總體設(shè)計方案：高中壓缸采用合缸結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計，低壓缸參考東方汽輪機有限公司200MW機組的成熟低壓模塊進行改進設(shè)計。以下為該機組軸系簡圖及計算結(jié)果：

1.3.1機組軸系簡圖

1.3.2計算結(jié)果

（1）臨界轉(zhuǎn)速

從表5及表6可以看出，通流設(shè)計變更后，軸系各階臨界轉(zhuǎn)速依然能滿足設(shè)計規(guī)范避開率-10%～+15%（2700 rpm ～3450rpm）的區(qū)間，是能夠滿足機組的安全穩(wěn)定運行要求的。

（2）軸承形式

通流設(shè)計變更后，為保證機組的安全穩(wěn)定運行，1#～4#的軸瓦形式不變，但1#軸承的軸頸由φ300mm調(diào)整為φ360mm，這樣更有利機組的安全穩(wěn)定運行。

（3）軸承比壓

通流設(shè)計變更后，由于1#軸承的直徑有調(diào)整，1#軸承的軸頸由φ300mm調(diào)整為φ360mm，為保證各軸承的安全穩(wěn)定運行，各軸承比壓的調(diào)整仍能滿足可傾瓦為0.6～1.6，橢圓瓦1.0～1.8的比壓設(shè)計規(guī)范，是能夠滿足機組安全穩(wěn)定運行的（軸承比壓數(shù)據(jù)見表7）。

1.3.3計算結(jié)果分析

計算結(jié)果表明：①軸承是沿用300MW機組的軸承及成熟的軸承技術(shù)，負載裕度大，抗擾性好，能滿足機組各工況的安全運行。②機組軸系臨界轉(zhuǎn)速滿足-10%～+15%的避開率要求，軸系的臨界轉(zhuǎn)速分布合理。③該方案的軸系動力特性與東方汽輪機有限公司的成熟機組一致，軸系靜動特性良好，能夠滿足機組各工況下的安全穩(wěn)定運行，是能夠達到當時投標的技術(shù)要求的。

1.4末級長葉片說明

1.4.1東方末級長葉片設(shè)計程序

根據(jù)工程需要，首先選擇某只有良好運行業(yè)績的葉片型線為母型進行?；O(shè)計，以保證良好的氣動特性，并采用CFD方法進行驗證。然后初步確定動葉片結(jié)構(gòu)型式，采用有限元進行強度、振動分析。 強度、振動、氣動的數(shù)值分析必須滿足設(shè)計要求。首臺葉片生產(chǎn)出來后，必須在廠內(nèi)做動調(diào)頻試驗，以確定圍帶最終車削量。

1.4.2低壓末級動葉片由原762mm改為800mm

低壓末級動葉片由原762mm改為800mm的原因：

（1）采用762mm葉片，排汽速度為239m/s；而采用800mm葉片，排汽速度為220m/s，所以改為800mm葉片排汽損失更低。

（2）800mm葉片是東方汽輪機有限公司在新引進的856mm葉片型線的基礎(chǔ)上?；O(shè)計而來，其具有更優(yōu)良的汽動性能。

（3）800mm葉片其結(jié)構(gòu)是采用當今行業(yè)最廣泛采用的自帶冠加阻尼拉金凸臺結(jié)構(gòu)，葉根采用大剛度的5叉葉根，所以其安全性更高。其材料為1Cr12Ni2W1Mo1V（即300MW機組851mm末葉的材料）。

以上分析結(jié)果表明，通流設(shè)計變更后，機組的低壓末級動葉片由原762mm葉片改為800mm葉片，既能保證機組的安全穩(wěn)定運行，又能提高機組的經(jīng)濟性，與原投標設(shè)計相比較，對機組的安全經(jīng)濟更有利。

1.4.3 800mm葉片型線來源

800mm葉片是東方汽輪機有限公司在新引進的856mm葉片型線的基礎(chǔ)上模化設(shè)計而來，其具有優(yōu)良的氣動性能；856mm葉片是日立公司最新一代300MW機組末級動葉，該機組在來賓電廠已安全投運幾年了。

1.4.4 800mm葉片結(jié)構(gòu)

800mm葉片其結(jié)構(gòu)是采用當今行業(yè)最廣泛采用的自帶冠加阻尼拉金凸臺結(jié)構(gòu)，葉根采用大剛度的5叉葉根，該葉根與東汽公司投運多年的老800mm葉片（拱型圍帶）的葉根一樣，而這兩只葉片離心力相當，所以葉根安全得以保證。防水蝕措施是東汽公司非常成熟的高頻淬火，其具有良好的防水蝕效果。

1.4.5 800mm葉片強度振動計算結(jié)果

由表8及表9可知，800 mm動葉片各部分的靜強度合格，各部分的應(yīng)力水平均滿足設(shè)計規(guī)范，其技術(shù)數(shù)據(jù)是可以滿足機組安全運行的。該葉片的設(shè)計結(jié)構(gòu)決定了其振動特性為阻尼成圈特性，東汽公司按“三重點”理論進行考核。并在廠內(nèi)做動調(diào)頻試驗，合格后方可出廠。

1.5中低壓分缸壓力

由表2-10可知，通流設(shè)計變更后，中低壓分缸壓力降為0.266MPa，該壓力與三缸200MW機組的中低壓分缸壓力一致，因此可以大部分借用有大量成功運行業(yè)績的三缸200MW機組的低壓缸缸體結(jié)構(gòu)，這樣既可保證低壓缸的安全可靠性，又可縮短設(shè)計制造周期，并可減少機組安裝檢修的工作量，這樣，對機組以后的檢修維護更方便有利。

凝汽器由單殼體改為雙殼體（即一個凝汽器改為兩個凝汽器，冷卻面積相同），可半側(cè)運行便于凝汽器清理及檢修。凝汽器與低壓缸剛性連接，彈性支承。機組基架采用有幾十年傳統(tǒng)的鑄鐵基架，吸振性好、安全可靠性有充分的保證。

2.采取的措施及應(yīng)對方法

由于東方汽輪機有限公司是在中標簽訂汽輪機技術(shù)協(xié)議后對該機組原投標設(shè)計方案進行設(shè)計變更的。該機組是東方汽輪機有限公司為粵電油頁巖發(fā)電公司設(shè)計的第一臺210MW高中壓合缸且具備中壓缸啟動功能的機組，還沒有運行業(yè)績，為了慎重起見，并本著對雙方公司負責任的態(tài)度，粵電油頁巖發(fā)電公司對該項目汽輪機技術(shù)設(shè)計變更方案采取了相應(yīng)的措施及應(yīng)對方法。

2.1開評審會

我公司組織召開了廣東粵電油頁巖發(fā)電項目210MW汽輪機設(shè)計變更評審會。 鑒于東方汽輪機有限公司對汽輪機設(shè)備原中標方案進行了設(shè)計更改，會議要求該公司對210MW汽輪機設(shè)計更改方案進行了介紹，更改內(nèi)容包括通流部分級數(shù)的調(diào)整（高壓缸由I+8級改為I+9級，中壓缸由7級改為8級，低壓缸由2x6級改為2x5級），中、低壓分缸壓力變化及低壓缸由雙層缸改為單層缸、凝汽器由單殼體改為雙殼體、末級葉片由762mm葉片改為800mm葉片。東方汽輪機有限公司對上述變更內(nèi)容的原因與目的進行了闡述，并對與會專家及人員提出的相關(guān)問題進行了解答。

2.1.1與會專家提出相關(guān)問題

與會專家對東方汽輪機有限公司的汽輪機設(shè)計變更方案進行了認真細致的審查，特別是對投標時和變更后有變化的技術(shù)數(shù)據(jù)進行了推敲研究，并對有疑問的技術(shù)數(shù)據(jù)，要求東方汽輪機有限公司解答。專家組要求東方汽輪機有限公司就以下問題作出說明及解答。

（1）210MW汽輪機設(shè)計變更的目的和技術(shù)路線。

（2）800mm末級葉片與原設(shè)計的762mm末級葉片余速損失的比較、800mm葉片?；O(shè)計的原則和方法，其?；感?56mm葉片的使用業(yè)績。

（3）通流部分熱力設(shè)計改變后各抽、排汽口參數(shù)的變化及對熱力系統(tǒng)的影響。

（4）低壓缸由雙層缸改為單層缸、凝汽器由單殼體改為雙殼體的說明。

（5）改動后軸系臨界轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子強度變化的情況等。

東方汽輪機有限公司對以上問題在本文的第2部分“汽輪機設(shè)計變更說明及匯總”中都作了詳細說明及解答。

2.1.2專家評審意見

經(jīng)過與會專家認真細致的審查，專家組一致認為：

（1）210MW汽輪機設(shè)計變更方案，機組THA工況熱耗率不變，其它工況的熱耗率有所降低，對經(jīng)濟性是有利的。

（2）機組軸系的穩(wěn)定性、安全性均在相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，可以保證機組的安全穩(wěn)定運行。

（3）采用800mm末級葉片技術(shù)上是可行的，東方汽輪機有限公司在動調(diào)頻試驗結(jié)束后提供關(guān)于800mm末級葉片振動特性計算分析、坎貝爾圖及相關(guān)試驗驗證數(shù)據(jù)。

（4）東方汽輪機有限公司提供210MW汽輪機設(shè)計方案改動后對熱力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子、軸系、凝汽器及輔機系統(tǒng)等影響的書面說明，并及時與鍋爐廠和設(shè)計院等相關(guān)單位進行溝通和協(xié)調(diào)。

2.2評審結(jié)果

最后，與會專家一致認為，東方汽輪機有限公司提出的210MW汽輪機設(shè)計變更方案，技術(shù)上是可行的，可以保證參與投標的210MW汽輪機組的經(jīng)濟性及安全性。

3.結(jié)論

本文在參閱了大量文獻資料的基礎(chǔ)上，綜合分析了東方汽輪機有限公司在實施廣東粵電油頁巖發(fā)電項目過程中，在中標簽訂汽輪機技術(shù)協(xié)議后對該機組原投標設(shè)計方案進行的設(shè)計變更，進行了分析比較，主要是從經(jīng)濟性和安全性對其設(shè)計方案進行分析，通過分析比較，肯定了變更后的設(shè)計方案，突出了變更后的設(shè)計方案能滿足機組的安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行，能達到原投標方案的技術(shù)要求，甚至優(yōu)于原投標設(shè)計方案，為廣東粵電油頁巖發(fā)電公司最終與東方汽輪機有限公司重新簽訂汽輪機設(shè)備技術(shù)協(xié)議打好了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]東方汽輪機有限責任公司.廣東粵電油頁巖發(fā)電項目一期2×210MW循環(huán)流化床發(fā)電工程汽輪機設(shè)備投標文件.東方汽輪機有限責任公司，2006年11月.

[2]東方汽輪機有限責任公司.油頁巖項目汽機變動說明及匯總.東方汽輪機有限責任公司，2007年3月.

[3]張廷峰.汽輪機改造技術(shù).北京：中國電力出版社，2006年3月.

作者簡介：吳桂年（1967-），男，廣東茂名人，工程師，熱能動力工程，本科畢業(yè)，主要從事發(fā)電廠的運行及電廠籌建的設(shè)備技術(shù)的管理。