東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

莫一波，黃果，曹應(yīng)飛，黃坤，黃柳燕

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000）

0　前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心戰(zhàn)略[1]。根據(jù)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電力行業(yè)以煤炭作為能源主體的格局將在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間存在，大力發(fā)展安全可靠的高效燃煤機(jī)組具有更積極的戰(zhàn)略意義。為提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低機(jī)組熱耗，國(guó)內(nèi)外各汽輪機(jī)制造商逐步對(duì)各自汽輪機(jī)機(jī)組，尤其是以1000 MW超超臨界為代表的高參數(shù)大容量機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品升級(jí)。

東方超超臨界1000 MW等級(jí)汽輪機(jī)技術(shù)最初從國(guó)外整體引進(jìn)成熟機(jī)型，首臺(tái)安裝在華電鄒縣電廠并于2006年成功投運(yùn)[2]；東方第二代超超臨界1000 MW等級(jí)機(jī)組設(shè)計(jì)于2012年，該機(jī)型首次采用節(jié)流配汽、1200 mm低壓末級(jí)葉片，調(diào)整分缸壓力，優(yōu)化通流級(jí)數(shù)，從而提高機(jī)組效率，首臺(tái)安裝在浙江六橫電廠并于2014年成功投運(yùn)，后續(xù)機(jī)組提高主蒸汽壓力與再熱蒸汽溫度，以其為代表萬(wàn)州項(xiàng)目[3]于2015年投運(yùn)。

根據(jù)最新汽輪機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，為進(jìn)一步提高機(jī)組效率與可靠性，東方研制了第三代超超臨界1000 MW等級(jí)汽輪機(jī)機(jī)組，本文就其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、機(jī)組結(jié)構(gòu)、通流設(shè)計(jì)、閥門(mén)布置、配汽方式等方面進(jìn)行介紹。

1　設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

根據(jù)國(guó)內(nèi)電力行業(yè)實(shí)際狀況以及國(guó)內(nèi)外汽輪機(jī)行業(yè)最新技術(shù)，東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組不僅繼承了東方第二代超超臨界機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)也應(yīng)用了大量新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)。為了確保新機(jī)組的安全性與經(jīng)濟(jì)性，制定了如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1.1　采用成熟的高溫材料，保證機(jī)組總體結(jié)構(gòu)的安全性

高溫材料一直以來(lái)是汽輪機(jī)技術(shù)中一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，直接影響整體機(jī)組運(yùn)行的安全性。東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組的高溫材料均采用成熟且具有多年運(yùn)行業(yè)績(jī)的材料，完全滿足機(jī)組蒸汽參數(shù)下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，重要部件材料匯總?cè)绫?所示。

表1　東方第三代超超臨界1000M W機(jī)組部分重要部件高溫材料匯總表

1.2　借鑒成熟結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)，保證技術(shù)的繼承性

成熟結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)是指具有大量的運(yùn)行業(yè)績(jī)證明其安全可靠性。大量借鑒成熟的機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)，可以確保新機(jī)組的順利投運(yùn)并使其能延續(xù)下去。

1.3　采用東方最新研究成果，保證經(jīng)濟(jì)性

結(jié)合國(guó)內(nèi)外汽輪機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，東方通過(guò)不斷地探索研究，取得了巨大的成就，將其應(yīng)用于新機(jī)組上確保機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

1.4　傳統(tǒng)理論計(jì)算方法與有限元分析相結(jié)合，確保新結(jié)構(gòu)的安全可靠性

對(duì)于新機(jī)組中新設(shè)計(jì)的汽缸以及閥門(mén)等結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)理論計(jì)算與有限元分析兩者結(jié)合起來(lái)，綜合評(píng)判以保證新結(jié)構(gòu)的安全性。

1.5　借助CFD分析軟件優(yōu)化流道，減少流動(dòng)損失

對(duì)于機(jī)組中的進(jìn)汽、排汽流道，根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理，采用成熟的商業(yè)分析軟件對(duì)其優(yōu)化，盡可能保證流場(chǎng)均勻，減少蒸汽流動(dòng)損失，提高機(jī)組效率。

1.6　與知名高校、研究機(jī)構(gòu)合作，對(duì)于關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展專(zhuān)題研究

東方與知名高校、國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的合作，對(duì)于機(jī)組中某些重點(diǎn)、難點(diǎn)結(jié)構(gòu)等開(kāi)展專(zhuān)題研究，獲得了巨大的進(jìn)展并應(yīng)用于新機(jī)組，保證其安全可靠性。

2　總體概況

東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組為單軸、一次中間再熱、四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)，從汽輪機(jī)側(cè)到發(fā)電機(jī)側(cè)依次由1個(gè)單流高壓模塊、1個(gè)雙分流中壓模塊和2個(gè)成熟的雙流低壓模塊串聯(lián)而成，機(jī)組整體三維模型如圖1所示。

圖1　東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)整體三維模型

與第二代產(chǎn)品相比較，東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)機(jī)組在進(jìn)汽方式、閥門(mén)布置、葉片選擇、配汽方式等方面均進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括：

（1）高中壓模塊均采用水平切向進(jìn)汽，提高進(jìn)汽流場(chǎng)分布的均勻性；

（2）取消閥門(mén)與汽缸之間的導(dǎo)汽管，高中壓閥門(mén)均布置在汽缸兩側(cè)的運(yùn)行平臺(tái)上，閥門(mén)出口與外缸通過(guò)螺栓相連；

（3）高壓主汽閥門(mén)與調(diào)節(jié)閥之間設(shè)置補(bǔ)汽閥，補(bǔ)汽閥出口與汽缸之間通過(guò)補(bǔ)汽管連接；

（4）高、中壓通流中全部采用最新研制的東方第三代葉型型線；

（5）配汽方式由節(jié)流配汽更改為補(bǔ)汽閥配汽與節(jié)流配汽相結(jié)合的方式，提高額定工況下機(jī)組效率；

（6）低壓內(nèi)缸采用整體斜置式結(jié)構(gòu)，確保低壓模塊的經(jīng)濟(jì)性。

東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組主要機(jī)型數(shù)據(jù)表如表2所示。

表2　東方第三代超超臨界1000M W汽輪機(jī)主要機(jī)型數(shù)據(jù)表

3　設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1　熱力系統(tǒng)

東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)有9級(jí)非調(diào)整抽汽，分別供給3臺(tái)高壓加熱器，1臺(tái)除氧器，5臺(tái)低壓加熱器。新機(jī)組在整個(gè)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化，選擇合適的分缸壓力以及焓降比，保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，熱力系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2　熱力系統(tǒng)圖

新機(jī)組在三抽處設(shè)置外置式蒸汽冷卻器，以盡可能地利用再熱后抽汽的過(guò)熱度，減小換熱溫差產(chǎn)生的換熱損失，提高最終給水溫度，同時(shí)提高工質(zhì)在鍋爐中的平均吸熱溫度。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，給水泵小汽輪機(jī)的汽源全部來(lái)自中壓缸排汽，而小汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器中。

3.2　通流設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)不斷的探索研究，東方成功研發(fā)出了第三代葉型型線，這種型線最先被應(yīng)用于東方300 MW、600 MW改造機(jī)組上并獲得了巨大成功。東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組高中壓通流將全面采用最新葉型型線，以保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

東方第三代靜葉葉型采用高度后加載葉型，該葉型前緣部分區(qū)域的吸力面和壓力面之間的壓差較小，大部分載荷出現(xiàn)在斜切段區(qū)域，使得汽流主要在葉型后部加速，減少橫向二次流。同時(shí)采用比較薄的靜葉出汽邊，以減少尾跡損失與激振力。

東方第三代動(dòng)葉葉型采用最新開(kāi)發(fā)的動(dòng)葉型線，與前兩代葉型型線相比，新葉型的截面強(qiáng)度特性得到了顯著提高，同時(shí)減少動(dòng)葉出口分離損失、尾跡損失以及二次流損失。如圖3所示，在不同的速比下新葉型的輪周效率得到了明顯提高。東方第三代葉型實(shí)物如圖4所示。

圖3　東方第三代葉型輪周效率與速比關(guān)系曲線

圖4　東方第三代葉型實(shí)物圖

3.3　高壓模塊

高壓通流(見(jiàn)圖5)采用東方最新的第三代動(dòng)靜葉葉型型線，等根徑設(shè)計(jì)，單流布置，共設(shè)14個(gè)沖動(dòng)式壓力級(jí)。取消調(diào)節(jié)級(jí)，采用全周進(jìn)汽與補(bǔ)汽閥調(diào)節(jié)方式，補(bǔ)汽位置位于高壓第5級(jí)通流后。

圖5　高壓通流圖

高壓2個(gè)主蒸汽進(jìn)汽口分別位于靠近2#軸承側(cè)的上、下半汽缸兩側(cè)，采用水平切向布置方式；2個(gè)補(bǔ)汽口分別位于高壓第5級(jí)后的汽缸頂部、底部位置，沿水平中分面對(duì)稱(chēng)布置；2個(gè)排汽口位于靠近1#軸承側(cè)的汽缸尾部，沿豎直中分面對(duì)稱(chēng)布置。

高壓共設(shè)置兩段回?zé)岢槠?段抽汽口布置在高壓第11級(jí)后的汽缸上，第2段抽汽布置在再熱冷段管道上。

高壓模塊采用傳統(tǒng)的雙層汽缸結(jié)構(gòu)，高壓外缸采用下貓爪支撐方式，減小中分面螺栓受力情況，保證工作狀態(tài)時(shí)汽缸熱變形對(duì)稱(chēng)以及自由膨脹。高壓內(nèi)外缸之間設(shè)置一圈隔熱板，內(nèi)缸外表面設(shè)置一層隔熱罩，以減小高壓內(nèi)缸內(nèi)外壁溫差。高壓內(nèi)缸采用成熟的圓筒形汽缸結(jié)構(gòu)，依靠紅套環(huán)與高壓進(jìn)汽口附近的中分面螺栓來(lái)保證高壓內(nèi)缸中分面的氣密性。根據(jù)大功率圓筒形內(nèi)缸強(qiáng)度分析方法[4]，對(duì)帶補(bǔ)汽結(jié)構(gòu)的高壓內(nèi)缸進(jìn)行有限元分析。計(jì)算結(jié)果表明，機(jī)組在啟動(dòng)、停機(jī)以及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，高壓內(nèi)缸、紅套環(huán)以及中分面螺栓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)一個(gè)大修周期后，汽缸中分面接觸強(qiáng)度依然能夠保持良好的氣密性，穩(wěn)態(tài)下高壓內(nèi)缸Mises應(yīng)力分布如圖6所示。

圖6　穩(wěn)態(tài)下高壓內(nèi)缸Mises應(yīng)力

高壓模塊采用東方成熟的整體發(fā)貨方案，包括支架在內(nèi)的整體高壓模塊重量約220 t。高壓模塊整體發(fā)貨方案可保證整個(gè)高壓模塊裝配質(zhì)量要求，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量與安裝難度，確?，F(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度。

3.4　中壓模塊

中壓通流亦采用東方最新的第三代動(dòng)靜葉葉型型線，雙流布置，每個(gè)流向設(shè)置8個(gè)沖動(dòng)式壓力級(jí)。中壓共設(shè)置2個(gè)進(jìn)汽口，分別位于上、下半汽缸兩側(cè)，采用水平切向進(jìn)汽方式；2個(gè)排汽口分別位于中壓上半缸兩端。

為了最佳的氣動(dòng)性能，對(duì)中壓進(jìn)汽流場(chǎng)進(jìn)行了CFD分析，計(jì)算中采用SST湍流模型、高階差分離散格式，進(jìn)口邊界調(diào)節(jié)設(shè)為總壓與總溫，出口邊界條件設(shè)為流量。中壓進(jìn)汽流場(chǎng)三維流線以及流場(chǎng)出口壓力分布如圖7所示，分析結(jié)果表明，采用收縮流道方式，出口壓力分布逐漸均勻，壓力損失能降低至0.2%以內(nèi)，氣動(dòng)性能明顯改善。

圖7　中壓進(jìn)汽室流場(chǎng)分析

中壓模塊采用傳統(tǒng)的內(nèi)外雙層缸結(jié)構(gòu)，中壓外缸前后兩端沿進(jìn)汽豎直中分面對(duì)稱(chēng)布置，采用下貓爪支撐方式。中壓內(nèi)部采用中壓內(nèi)缸與2個(gè)隔板套布置方式，中壓內(nèi)缸上設(shè)置三級(jí)隔板，內(nèi)缸外表面充滿中壓三級(jí)后蒸汽；兩側(cè)的隔板套上設(shè)置五級(jí)隔板，兩個(gè)隔板套結(jié)構(gòu)完全相同，沿進(jìn)汽豎直中分面對(duì)稱(chēng)布置。

中壓模塊共布置三段回?zé)岢槠?，分別位于中壓第三級(jí)、第六級(jí)以及第八級(jí)后。其中第三級(jí)、第八級(jí)后抽汽口布置在中壓外缸上，將內(nèi)外缸之間的蒸汽引走；而第六級(jí)后采用直接抽汽方式，在中壓外缸與隔板套之間設(shè)置抽汽管，抽汽管一端把在外缸上，另外一端與隔板套通過(guò)密封環(huán)密封，將蒸汽從隔板套的抽汽腔室直接引入中壓外缸的抽汽管中，中壓第六級(jí)后抽氣管結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8　中壓第6級(jí)后抽汽管結(jié)構(gòu)示意圖

3.5　低壓模塊

低壓模塊分為A、B 2個(gè)低壓缸，均為雙分流結(jié)構(gòu)，汽缸內(nèi)電機(jī)側(cè)、汽機(jī)側(cè)的動(dòng)靜葉均對(duì)稱(chēng)布置。兩個(gè)低壓外缸結(jié)構(gòu)基本一致，低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)不同。低壓模塊采用非對(duì)稱(chēng)抽汽結(jié)構(gòu)，其中A低壓缸第一級(jí)、第三級(jí)后設(shè)置抽汽口，分別通往6#、8#低壓加熱器；B低壓缸第二級(jí)、第四級(jí)后設(shè)置抽汽口，分別通往7#、9#低壓加熱器。

低壓汽缸采用兩層缸結(jié)構(gòu)，分別為低壓外缸與低壓內(nèi)缸。低壓外缸采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，為了增加擴(kuò)壓段軸向長(zhǎng)度而將排汽蝸殼設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)。低壓外缸下半四周的支撐臺(tái)板放在基架上，以承受整個(gè)低壓模塊的重量。為了方便運(yùn)輸，低壓外缸沿軸向從進(jìn)汽中心線處平均分成兩段，分塊運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)整體組裝，垂直法蘭處采用螺栓連接并現(xiàn)場(chǎng)密封焊接。

低壓內(nèi)缸采用整體斜置式結(jié)構(gòu)，將低壓進(jìn)汽室與內(nèi)缸缸體整體設(shè)計(jì)，消除配合處的蒸汽泄漏；內(nèi)缸上的持環(huán)采用錐體結(jié)構(gòu)，整體鑄造后與內(nèi)缸缸壁焊接在一起。低壓內(nèi)缸三維模型及強(qiáng)度分布如圖9所示，計(jì)算結(jié)果表明新低壓內(nèi)缸整體剛性增強(qiáng)，中分面氣密性滿足設(shè)計(jì)要求。低壓內(nèi)缸下半水平中分面四角上各設(shè)置一個(gè)貓爪并搭在外缸上，水平法蘭中部設(shè)置側(cè)健作為內(nèi)外缸相對(duì)死點(diǎn)。內(nèi)缸兩端裝有經(jīng)過(guò)優(yōu)化的導(dǎo)流環(huán)，與外缸組成擴(kuò)壓段以減少低壓排汽損失。

圖9　低壓內(nèi)缸強(qiáng)度三維模型及強(qiáng)度分析

新機(jī)組末級(jí)葉片采用東方獨(dú)立研發(fā)并有運(yùn)行業(yè)績(jī)的1200 mm低壓末級(jí)葉片（見(jiàn)圖10），采用具有較大阻尼的自帶圍帶結(jié)構(gòu)型式，通過(guò)在額定轉(zhuǎn)速下葉頂?shù)呐まD(zhuǎn)恢復(fù)實(shí)現(xiàn)了葉片與葉片之間的制約機(jī)制，形成整圈聯(lián)接結(jié)構(gòu)，增加了機(jī)械阻尼，大大降低了動(dòng)應(yīng)力；通過(guò)全三維計(jì)算結(jié)果分析表明，末級(jí)動(dòng)靜葉流道內(nèi)氣流均勻加速，無(wú)流動(dòng)分離，尾跡較薄，沿葉高具有良好的攻角特性，氣動(dòng)特性優(yōu)良，各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，保證了機(jī)組效率。

圖10　東方1200 mm末級(jí)葉片實(shí)物圖

3.6　高中壓閥門(mén)

3.6.1高壓閥門(mén)

東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組高壓閥門(mén)包括高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)閥以及高壓補(bǔ)汽閥，補(bǔ)汽閥位于主汽閥與調(diào)節(jié)閥之間，各個(gè)閥門(mén)單獨(dú)鑄造后再焊接在一起。整個(gè)機(jī)組包括兩組高壓閥門(mén)，分別位于汽缸兩側(cè)的運(yùn)行平臺(tái)上。為了便于安裝及檢修，在基礎(chǔ)上相應(yīng)位置進(jìn)行開(kāi)槽，高壓閥門(mén)布置情況如圖11所示。高壓調(diào)節(jié)閥出口與高壓外缸通過(guò)螺栓連接，調(diào)節(jié)閥閥座直接伸入高壓內(nèi)缸中，閥座端部與高壓內(nèi)缸之間采用密封環(huán)密封結(jié)構(gòu)。

高壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥以及補(bǔ)汽閥均有獨(dú)立的油動(dòng)機(jī)、操縱座等機(jī)構(gòu)并將其把在閥殼端部，并能夠根據(jù)不同的指令信號(hào)以實(shí)現(xiàn)其不同功能。高壓主汽閥、調(diào)節(jié)閥采用臥式閥門(mén)結(jié)構(gòu)；從汽機(jī)側(cè)向電機(jī)側(cè)看，左側(cè)高壓補(bǔ)汽閥采用豎直布置方式，右側(cè)高壓補(bǔ)汽閥采用倒裝結(jié)構(gòu)，補(bǔ)汽閥出口與高壓外缸之間采用補(bǔ)汽管連接。

針對(duì)臥式閥門(mén)與補(bǔ)汽閥相結(jié)合的全新結(jié)構(gòu)，東方第三代高壓閥門(mén)全新設(shè)計(jì)，閥殼腔室采用球形結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式與有限元相結(jié)合的方法對(duì)閥殼強(qiáng)度進(jìn)行校核，降低閥殼熱應(yīng)力，同時(shí)保證閥門(mén)安全性。為了提高閥門(mén)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少流動(dòng)損失，閥門(mén)型線全新設(shè)計(jì)。此外，東方與某高校合作對(duì)新閥門(mén)進(jìn)行性能試驗(yàn)，以準(zhǔn)確掌握該閥門(mén)相關(guān)性能參數(shù)，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證該閥門(mén)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，閥門(mén)試驗(yàn)實(shí)物圖如圖12所示。

圖11　高壓閥門(mén)布置圖　

圖12　高壓閥門(mén)試驗(yàn)實(shí)物圖

為了支撐閥門(mén)重量，在主汽閥進(jìn)口處、調(diào)節(jié)閥閥殼腔室處各設(shè)置一個(gè)支點(diǎn)，另外將閥門(mén)與外缸螺栓連接處作為一個(gè)點(diǎn)，共3點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)穩(wěn)定支撐。根據(jù)高壓閥門(mén)荷載大、天地方向位移小的特點(diǎn)，高壓閥門(mén)采用碟簧浮動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)，確保在各個(gè)狀態(tài)下閥門(mén)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.6.2中壓閥門(mén)

中壓閥門(mén)包括兩組中壓聯(lián)合汽閥，分別位于汽缸兩側(cè)的基礎(chǔ)上，閥門(mén)出口與中壓進(jìn)汽法蘭通過(guò)螺栓連接。中壓聯(lián)合汽閥采用東方成熟的閥門(mén)型線，閥殼內(nèi)部中壓主汽閥與調(diào)節(jié)閥共用一個(gè)閥座，但是各自有獨(dú)立的液壓操作裝置以實(shí)現(xiàn)其不同的功能，正常運(yùn)行時(shí)兩閥門(mén)均處于全開(kāi)狀態(tài)。

中壓閥門(mén)設(shè)置兩個(gè)支撐點(diǎn)，均位于閥門(mén)出口的反方向，沿出汽中心線對(duì)稱(chēng)布置。閥門(mén)支架采用碟簧結(jié)構(gòu)，以維持閥門(mén)處于平衡狀態(tài)。為了確保左右兩側(cè)閥門(mén)支架結(jié)構(gòu)主體上一致，同時(shí)降低支桿長(zhǎng)度，提高支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，右側(cè)閥門(mén)支架與基礎(chǔ)之間設(shè)支撐鋼架結(jié)構(gòu)，左側(cè)閥門(mén)支架直接焊接在經(jīng)過(guò)開(kāi)槽后的基礎(chǔ)預(yù)埋件上，中壓閥門(mén)布置情況如圖13所示。

圖13　中壓閥門(mén)三維布置圖

3.7　配汽方式

傳統(tǒng)的超超臨界1000 MW機(jī)組采用節(jié)流配汽時(shí)，由于汽輪機(jī)的主蒸汽壓力與主蒸汽流量成正比，即機(jī)組僅在最大流量工況下主蒸汽壓力才能達(dá)到設(shè)計(jì)值。因此，從熱力循環(huán)系統(tǒng)以及發(fā)揮機(jī)組設(shè)備潛力的角度來(lái)講，部分負(fù)荷時(shí)全周進(jìn)汽的滑壓運(yùn)行方式并沒(méi)有完全利用蒸汽壓力的能力。此外，為了使機(jī)組具有調(diào)頻能力，全周進(jìn)汽又必須采用節(jié)流方式，這給主蒸汽帶來(lái)一定的壓力損失，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

為了解決上述的問(wèn)題，東方第三代超超臨界1000 MW機(jī)組采用全周進(jìn)汽與補(bǔ)汽閥調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式，一方面可以使得滑壓運(yùn)行機(jī)組在額定負(fù)荷下，主蒸汽壓力達(dá)到額定值，提高機(jī)組效率，另一方面利用補(bǔ)汽閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得機(jī)組不必通過(guò)高壓調(diào)節(jié)閥的節(jié)流就具備調(diào)頻功能，避免調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，減少鍋爐的壓力波動(dòng)。

根據(jù)補(bǔ)汽閥調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，一般情況下當(dāng)機(jī)組最大負(fù)荷與額定負(fù)荷相差較大時(shí)才采用該技術(shù)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟補(bǔ)汽閥來(lái)增加機(jī)組進(jìn)汽量，此時(shí)經(jīng)過(guò)補(bǔ)汽閥的蒸汽通過(guò)節(jié)流作用旁路了高壓補(bǔ)汽點(diǎn)前的通流級(jí)，導(dǎo)致高壓缸效率下降，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有所降低。而機(jī)組負(fù)荷在額定負(fù)荷以及部分負(fù)荷時(shí)，機(jī)組采用滑壓運(yùn)行方式，補(bǔ)汽閥關(guān)閉而調(diào)節(jié)閥全部打開(kāi)，與節(jié)流配汽相比高壓缸效率以及機(jī)組循環(huán)效率提高，經(jīng)濟(jì)性好。

3.8　汽封配置

東方新三代超超臨界1000 MW機(jī)組采用的汽封圈主要包括DAS汽封、防旋汽封以及接觸式汽封，各種汽封結(jié)構(gòu)示意圖如圖14所示。DAS汽封是東方具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的的汽封圈，將常規(guī)汽封圈中兩列長(zhǎng)尖齒更改為寬齒作為DAS齒，同時(shí)保證DAS齒與轉(zhuǎn)子之間間隙略小于尖齒與轉(zhuǎn)子之間間隙，從而使該汽封圈達(dá)到既對(duì)轉(zhuǎn)子磨損小又不容易被轉(zhuǎn)子磨損的效果，保證密封性，主要應(yīng)用于中低壓葉頂汽封以及隔板汽封。

圖14　三種汽封結(jié)構(gòu)示意圖

防旋汽封是DAS汽封進(jìn)汽側(cè)增加一圈均勻分布的防旋齒，該齒與進(jìn)汽方向成一定夾角并且與汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，降低激振力。

接觸式汽封是在DAS汽封中部位置處設(shè)置一圈接觸齒，接觸齒采用非金屬多元復(fù)合材料，具有耐高溫、耐磨、長(zhǎng)期運(yùn)行不變形、不卡澀等特點(diǎn)，始終保持與轉(zhuǎn)子近似于接觸狀態(tài)而穩(wěn)定運(yùn)行，中低壓軸封均采用該汽封結(jié)構(gòu)。

3.9　氣密式油擋

氣密封式油擋（見(jiàn)圖15）采用汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)密封原理，在兩段油擋中間開(kāi)設(shè)有通氣孔，通過(guò)管路往油擋本體內(nèi)引入干燥的壓縮空氣，經(jīng)過(guò)油擋后壓縮空氣分別流入軸承箱和外部，使油擋軸向位置中部形成正壓區(qū)，這樣不僅可以達(dá)到油擋密封效果，同時(shí)還可以阻止軸封漏汽和灰塵雜質(zhì)進(jìn)入，避免了油中進(jìn)水和油中帶雜質(zhì)等情況出現(xiàn)。東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)采用該油擋結(jié)構(gòu)，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

圖15　氣密封式油擋結(jié)構(gòu)示意圖

3.1　0 滑銷(xiāo)系統(tǒng)

東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)采用東方成熟的四缸四排汽機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)見(jiàn)圖16，整個(gè)機(jī)組共設(shè)置三個(gè)絕對(duì)死點(diǎn)，分別位于中壓低壓軸承箱下以及A、B低壓進(jìn)汽中心線附近，絕對(duì)死點(diǎn)處設(shè)置橫向鍵以限制汽缸的橫向移動(dòng)。機(jī)組的推力盤(pán)位于高、中壓缸之間的軸承箱內(nèi)，以減少機(jī)組高中壓通流的軸向相對(duì)間隙。高壓缸與前軸承箱、高中壓軸承箱之間，以及中壓缸與高中壓軸承箱、中低壓軸承箱之間，均設(shè)有四個(gè)貓爪，前軸承箱、高中壓軸承箱與基架之間均設(shè)有自潤(rùn)滑滑塊，能夠減少軸承箱滑動(dòng)摩擦力，使得機(jī)組在運(yùn)行工況下軸承箱可沿軸向自由滑動(dòng)，防止卡澀。此外，在機(jī)組的前軸承箱、高中壓間軸承箱以及A、B低壓汽缸的縱向中心線設(shè)有縱向鍵，能夠引導(dǎo)汽缸沿軸向自由膨脹而防止橫向跑偏。

圖16　滑銷(xiāo)系統(tǒng)圖

3.1　1 軸系設(shè)計(jì)

本機(jī)組軸系由汽輪機(jī)部分的高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、A低壓轉(zhuǎn)子、B低壓轉(zhuǎn)子以及電機(jī)部分的電機(jī)轉(zhuǎn)子共五根轉(zhuǎn)子組成：

（1）采用東方成熟可靠的并經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；

（2）軸承選用穩(wěn)定性好的可傾瓦軸承與橢圓軸承，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3；

（3）采用雙支撐結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子跨度小，剛性高，工作轉(zhuǎn)速完全避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速；

（4）軸承工作比壓小，安全可靠。

表3　軸承基本參數(shù)

4　結(jié)論

東方第三代超超臨界1000 MW汽輪機(jī)繼承了成熟的高溫材料體系、末級(jí)葉片、滑銷(xiāo)系統(tǒng)、軸系等，選用了東方第三代葉型型線及高壓閥門(mén)型線，同時(shí)采用高壓臥式閥門(mén)布置方式、高中壓水平切向進(jìn)汽模式、氣密式汽封油擋、低壓整體斜置內(nèi)缸結(jié)構(gòu)等新結(jié)構(gòu)，并且對(duì)熱力系統(tǒng)、配汽方式等方面進(jìn)行了優(yōu)化，確保了新機(jī)組能夠安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。

[1]張徐東.低碳背景下電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)模式及決策方法研究[D].北京:華北電力大學(xué),2013.

[2]王為民,潘家成,方宇,等.東方1000 MW超超臨界汽輪機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及運(yùn)行業(yè)績(jī)[J].東方電氣評(píng)論,2009,23(1):1-11.

[3]劉雄,袁永強(qiáng),黃果,等.東方新超超臨界1000 MW汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].東方汽輪機(jī),2015,(2):7-12.

[4]劉東旗,黃果,張曉東,等.大功率汽輪機(jī)筒形內(nèi)缸的強(qiáng)度和汽密性分析[J].東方電氣評(píng)論,2015,29(2):24-28.