郭火進(jìn)
摘要:本文主要介紹了東方汽輪機(jī)有限公司新開發(fā)的125MW等級(jí)聯(lián)合循環(huán)雙壓?jiǎn)胃壮槠龤馐狡啓C(jī),通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和系統(tǒng)組成等方面的介紹可知,該汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)合同、技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越、安全可靠,達(dá)到了當(dāng)代先進(jìn)水平。
關(guān)鍵詞:聯(lián)合循環(huán);汽輪機(jī);開發(fā)研制;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);系統(tǒng)組成
0 引言
今年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展,對(duì)電力的需求也在迅速增長(zhǎng),聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)具有投資成本低、建設(shè)周期短、熱效率高、運(yùn)行靈活、設(shè)備可用率高和排放污染小等優(yōu)點(diǎn),因此在我國(guó)未來(lái)的電力建設(shè)中,聯(lián)合循環(huán)將是其中一個(gè)重要的組成部分。
沙吉巴扎地處孟加拉內(nèi)陸腹地,其周邊電廠裝機(jī)容量小,未來(lái)該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展將進(jìn)入快速發(fā)展,對(duì)用電的需求將極大增加,因此要求該區(qū)域的電廠具備長(zhǎng)期滿足供電能力的同時(shí)也具備調(diào)峰作用,而孟加拉的天然氣儲(chǔ)量豐富,預(yù)計(jì)燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組將是其發(fā)展的主要機(jī)組型號(hào)。
目前,我國(guó)國(guó)內(nèi)大部分都是大型燃?xì)饴?lián)合蒸汽輪機(jī),適合“一拖一”工況,即一臺(tái)燃機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)汽機(jī),而“二拖一”這種工況燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組由于抽汽量大,工況變化復(fù)雜,給機(jī)組設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難,不論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)際都是個(gè)新課題,經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)小組的不懈努力,該機(jī)組已經(jīng)設(shè)計(jì)制造完成,目前在電場(chǎng)已進(jìn)入機(jī)組調(diào)試階段。
1 設(shè)計(jì)方案選取
1.1 單缸方案與雙缸方案比較(機(jī)組母型的選?。?/p>
根據(jù)我公司的現(xiàn)有技術(shù)儲(chǔ)備,擬定以下兩套設(shè)計(jì)方案:
通過(guò)綜合比較,最終選用了單缸方案。
2汽輪機(jī)主要關(guān)鍵技術(shù)
(1)轉(zhuǎn)子采用無(wú)中心孔整段轉(zhuǎn)子,并采用分區(qū)熱處理工藝,使轉(zhuǎn)子在高溫區(qū)具有良好高溫蠕變性能的同時(shí),在低溫區(qū)具有很高的強(qiáng)度。
(2)機(jī)組高壓全周進(jìn)汽、低壓采用補(bǔ)汽方式,不僅提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,而且提高了機(jī)組的調(diào)頻靈活性和安全可靠性。
(3)在通流設(shè)計(jì)中采用了徑向汽封齒結(jié)構(gòu)、隔板斜通道設(shè)計(jì)、沖動(dòng)式自帶冠靜葉、隔板水平中分面斜切等先進(jìn)技術(shù),以實(shí)現(xiàn)通流效率的最大化。
(4)采用旋轉(zhuǎn)隔板實(shí)現(xiàn)調(diào)整抽汽。并首次采用了雙驅(qū)動(dòng)、力偶式旋轉(zhuǎn)隔板執(zhí)行機(jī)構(gòu),提高了旋轉(zhuǎn)隔板的工作可靠性,保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。
(5)本汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中采用新的汽輪機(jī)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng),以國(guó)際大型CAE技術(shù)的NASTRAN、PATRAN、MARC、ABAQUS程序?yàn)楹诵模槍?duì)不同的部件制定了相應(yīng)的安全性考核準(zhǔn)則,從以往考核平均應(yīng)力的方法轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)力場(chǎng)尖峰應(yīng)力、高周疲勞及底周疲勞強(qiáng)度的考核。
(6)通流設(shè)計(jì)中采用計(jì)算氣動(dòng)力學(xué)(CFD)的數(shù)字模擬技術(shù),大大改進(jìn)了汽輪機(jī)的流場(chǎng)特性,減少通流損失,提高了機(jī)組的效率。
3汽輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本汽輪機(jī)為高壓、單缸、單軸、雙壓、無(wú)再熱、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。
汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1:
3.1 轉(zhuǎn)子
本汽輪機(jī)為單軸、單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子采用無(wú)中心孔整鍛形式,材料為鉻鉬合金鍛造鋼(25Cr2NiMo1V),并應(yīng)用了分區(qū)熱處理工藝。
轉(zhuǎn)子采用整鍛無(wú)中心孔設(shè)計(jì)主要有以下有點(diǎn):無(wú)中心孔轉(zhuǎn)子的離心應(yīng)力大大低于有中心孔轉(zhuǎn)子(應(yīng)力最大處約為有中心孔轉(zhuǎn)子的1/2),在相同的工況下,其總應(yīng)力比有中心孔轉(zhuǎn)子低得多;無(wú)中心孔轉(zhuǎn)子具有更高的抗疲勞能力,提高了轉(zhuǎn)子的壽命;啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力峰值低,可以縮短啟動(dòng)時(shí)間;應(yīng)力集中的降低和性能的提高,使機(jī)組具有更高的負(fù)荷適應(yīng)性和靈活性;整鍛轉(zhuǎn)子整體加工,使轉(zhuǎn)子的平衡性得到提高。
分區(qū)熱處理,可以使轉(zhuǎn)子在高溫區(qū)具有良好的高溫蠕變性能,并且在低溫區(qū)具有很高的強(qiáng)度。
汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間剛性連接。
3.2 通流結(jié)構(gòu)
通流部分共由22級(jí)壓力級(jí)組成,采用SIEMENS-WESTINGHOUSE的先進(jìn)通流設(shè)計(jì)技術(shù)和準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)通流部分的自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì),使各級(jí)焓降分配更合理,汽流通道更光滑,各級(jí)動(dòng)、靜葉片的成型設(shè)計(jì)完全滿足流場(chǎng)氣動(dòng)性能的要求。
為簡(jiǎn)化熱力系統(tǒng),并滿足聯(lián)合循環(huán)機(jī)組開速起停要求,該機(jī)組無(wú)回?zé)岢槠⑶腋邏翰糠譄o(wú)調(diào)節(jié)級(jí),采用全周進(jìn)汽方式。機(jī)組全周進(jìn)汽、無(wú)調(diào)節(jié)級(jí),大大減少了閥門損失,提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性;高壓第一級(jí)葉片焓降降低,載荷降低,提高了葉片的安全性;全周進(jìn)汽無(wú)任何附加汽隙激振,提高了機(jī)組的軸系穩(wěn)定性。
由于是單缸結(jié)構(gòu),無(wú)回?zé)岢槠⒂械蛪貉a(bǔ)汽,排汽面積與進(jìn)汽面積之比很大,因此在通流設(shè)計(jì)方面存在較大難度,既要保持高壓前幾級(jí)的葉片高度,減少葉高損失,又要盡量減少流道的擴(kuò)張角。為此,高壓前幾級(jí)靜葉采用分流葉柵,在保證強(qiáng)度的前提下提高通流效率;動(dòng)靜葉采用新型高效的沖動(dòng)式葉型,后加載速度分布;在隔板設(shè)計(jì)中采用了徑向汽封齒結(jié)構(gòu)、斜通道設(shè)計(jì)、自帶冠靜葉等先進(jìn)技術(shù),以實(shí)現(xiàn)通流效率的最大化。
本機(jī)組末級(jí)采用的成熟的,有大量良好運(yùn)行業(yè)績(jī)的905動(dòng)葉片,該葉片廣泛應(yīng)用于我公司300MW(雙排汽)和600MW(四排汽)機(jī)組中,末級(jí)長(zhǎng)葉片有利于末級(jí)排汽損失的降低,從而提高機(jī)組的內(nèi)效率。
3.3 汽缸
汽缸采用單缸結(jié)構(gòu),整個(gè)汽缸由高中壓汽缸和低壓排汽缸兩端組成,高中壓汽缸為合金鑄鋼件,低壓排汽缸由鑄鋼件與鋼板拼焊制成,兩者之間采用垂直中分面和螺栓聯(lián)接。
高壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu),高壓外缸溫度較低,汽缸水平中分面采用高窄法蘭,下貓爪支承方式,較好地改善了中分面螺栓受力,便于機(jī)組快速起停。高中壓汽缸上半設(shè)有平衡活塞蒸汽管,以平衡轉(zhuǎn)子軸向推力;下半在適當(dāng)級(jí)后開孔,利用該檔抽汽作為軸封供汽,以滿足軸封系統(tǒng)的自密封要求,汽缸與前軸承座之間采用定中心梁結(jié)構(gòu)。
高壓內(nèi)缸整體鑄有蒸汽室,蒸汽室全周進(jìn)汽,僅下半有兩個(gè)進(jìn)汽口,通過(guò)密封環(huán)結(jié)構(gòu)穿出外缸。高壓內(nèi)缸通過(guò)中分面處的安裝搭子、前端的上下立鍵、中部的圓周槽、后端的上下軸向鍵安裝于外缸內(nèi)。
低壓排汽渦殼及導(dǎo)流板型線采用空氣動(dòng)力特性良好的成熟型線。低壓排汽缸內(nèi)設(shè)有噴水減溫裝置,以保證機(jī)組的正常運(yùn)行,后軸承座采用座缸式結(jié)構(gòu)。
低壓排汽缸與凝汽器之間剛性連接。
3.4 閥門
本機(jī)組為雙壓形式,即除有高壓進(jìn)汽外,還有低壓補(bǔ)汽。故有高壓和低壓兩套進(jìn)汽機(jī)構(gòu)。高壓進(jìn)汽機(jī)構(gòu)由一組主汽閥和兩組高壓調(diào)節(jié)汽閥組成,并分成兩路進(jìn)汽缸左右兩側(cè)。高壓主門與調(diào)門油動(dòng)機(jī)均由數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)控制。
3.5 旋轉(zhuǎn)隔板
本機(jī)采用旋轉(zhuǎn)隔板實(shí)現(xiàn)調(diào)整抽汽。旋轉(zhuǎn)隔板安裝在流道內(nèi),不使流道分割,簡(jiǎn)化了整個(gè)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和布置。旋轉(zhuǎn)隔板是通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)隔板通流面積來(lái)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié),繼而實(shí)現(xiàn)調(diào)整抽汽壓力的。旋轉(zhuǎn)隔板將閥門與隔板的特征合二為一,實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽輪機(jī)抽汽結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。
由于本機(jī)組抽汽壓力低、容積流量大,使得旋轉(zhuǎn)隔板外形尺寸特別大,給結(jié)構(gòu)布置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶了困難。最終采用的雙驅(qū)動(dòng)、力偶式旋轉(zhuǎn)隔板執(zhí)行機(jī)構(gòu),解決了大驅(qū)動(dòng)力和高可靠性的難題。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)能提供雙倍的對(duì)旋轉(zhuǎn)隔板轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的驅(qū)動(dòng)力,并且因其雙側(cè)布置,使得整個(gè)汽缸的重心更趨近中心,提高了機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。
4系統(tǒng)組成
4.1 汽水系統(tǒng)
4.1.1 汽封系統(tǒng)
本機(jī)組汽封系統(tǒng)采用自密封形式,主要由供汽閥門站、溢流閥門站、穩(wěn)壓母管、汽封減溫裝置、汽封備用汽源補(bǔ)汽閥、四流程汽封加熱器組成。
汽封備用汽源補(bǔ)汽閥能在機(jī)組負(fù)荷> 30%額定負(fù)荷時(shí),在沒(méi)有外界汽源的情況下,確保汽封系統(tǒng)正常工作。若此時(shí)汽調(diào)節(jié)閥門前無(wú)汽封汽源補(bǔ)充,且母管汽封壓力處于下限,而溢流閥又處于關(guān)閉狀態(tài),則開啟汽封補(bǔ)汽閥,向母管汽封補(bǔ)充供汽。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷≤30%額定負(fù)荷(此時(shí)若母管汽封壓力處于下限,則應(yīng)改由供汽調(diào)節(jié)閥來(lái)供汽)或溢流閥處于開啟狀態(tài),則關(guān)閉汽封補(bǔ)汽閥。
4.1.2 疏水系統(tǒng)
疏水系統(tǒng)在汽輪機(jī)裝置中是非常重要的,它保證不使水進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部,減少水在汽輪機(jī)內(nèi)的積聚,防止汽輪機(jī)進(jìn)水而引起的熱沖擊和機(jī)械沖擊,避免葉片損壞、部件變形,保障汽輪機(jī)安全啟停。
疏水系統(tǒng)主要由自動(dòng)疏水器、節(jié)流孔板、管道和儀表組成,系統(tǒng)中設(shè)有汽缸以及各閥門管道等各點(diǎn)疏水。疏水系統(tǒng)布置的特點(diǎn)是:為了防止疏水倒流,所有疏水管按壓力等級(jí)依次排列接到疏水母管上,疏水母管再與膨脹箱連接。然后再由疏水膨脹箱至凝汽器。
4.2 油系統(tǒng)
本機(jī)組的潤(rùn)滑油系統(tǒng)供給汽機(jī)超速遮斷裝置用的工作介質(zhì)和汽輪機(jī)軸承、發(fā)電機(jī)軸承、推力軸承和盤車裝置的潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油系統(tǒng)由汽輪機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)的主油泵、濾網(wǎng)、過(guò)濾器、液位開關(guān)等,以及各種脫扣、控制裝置和連接管道組成。
5結(jié)束語(yǔ)
該型機(jī)組已經(jīng)處于運(yùn)行階段,各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)良好。此次的成功,為今后我司開發(fā)同類型的海外項(xiàng)目具有重要意義。
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