張東梅，陸斌杰，申慶超

（上海電氣電站設(shè)備有限公司汽輪機(jī)廠，上海 200240）

在水資源相對(duì)緊缺，而人口卻又最多的中國(guó)，為了應(yīng)對(duì)水資源危機(jī)和污染，搞好海水淡化、加快海水淡化配套設(shè)施的建設(shè)對(duì)我國(guó)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家有著重大的戰(zhàn)略意義。去年河北國(guó)華滄東電廠黃驊三期2.5萬(wàn)t／d海水淡化主設(shè)備蒸發(fā)器在臨港開工制造，這是目前國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)開發(fā)的單機(jī)產(chǎn)水量最大的海水淡化項(xiàng)目，它對(duì)提升自主海水淡化關(guān)鍵技術(shù)、推動(dòng)電站集團(tuán)海水淡化新產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。而黃驊電廠用于海水淡化項(xiàng)目的可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠亞臨界600MW 系列汽輪機(jī)中的一個(gè)新機(jī)型，按設(shè)計(jì)用于海水淡化的抽汽量為50～400t／h，抽汽壓力為0.75±0.2MPa，日制水能力可達(dá)10 000t。機(jī)型為單軸、四缸四排汽中間再熱抽汽凝汽式汽輪機(jī)。它是根據(jù)市場(chǎng)需求，在亞臨界600MW 凝汽式汽輪機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。本文結(jié)合黃驊600MW 抽汽機(jī)組介紹了我廠的大功率600MW亞臨界可調(diào)整抽汽汽輪機(jī)的特點(diǎn)。

1 與母型汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別

該汽輪機(jī)的母型機(jī)是具有良好運(yùn)行業(yè)績(jī)的亞臨界600MW 凝汽式汽輪機(jī)，并且該汽輪機(jī)采用了與母型機(jī)完全相同的積木塊：?jiǎn)瘟鞲邏焊譈B034、雙流中壓缸BB051 及兩個(gè)雙流低壓缸2×BB074。本文著重介紹為滿足調(diào)整抽汽而具有的一些設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

該汽輪機(jī)除了繼承傳統(tǒng)四缸四排汽中間再熱凝汽式600MW 機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)外，與母型機(jī)結(jié)構(gòu)上的最大不同是為了保證供汽壓力，在中低壓連通管上設(shè)置調(diào)節(jié)蝶閥，便于對(duì)進(jìn)入低壓缸的蒸汽量進(jìn)行節(jié)流，以此來(lái)滿足抽汽壓力為0.75±0.2 MPa的要求：關(guān)小閥門，減少進(jìn)入低壓缸的汽量，提高閥前抽汽壓力；開大閥門，增大進(jìn)入低壓缸的汽量，降低閥前抽汽壓力。不抽汽時(shí)該閥門全開或者用接管取代，以減少壓損，提高效率。考慮到現(xiàn)場(chǎng)更換方便，調(diào)節(jié)蝶閥和接管都采用法蘭連接。另外還在相應(yīng)的抽汽管路上設(shè)置了快關(guān)調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)整抽汽量。通過(guò)這樣的雙閥調(diào)節(jié)，對(duì)進(jìn)入抽汽管道的抽汽量和抽汽壓力進(jìn)行控制。控制由DEH 完成。關(guān)于這種雙閥調(diào)節(jié)的方式，我們已積累了不少的成功經(jīng)驗(yàn)。

該機(jī)組除增加了調(diào)整抽汽功能，蒸汽流量、中壓排汽壓力略有變化外，其他設(shè)計(jì)與母型機(jī)完全相同，因此設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在如何滿足調(diào)整抽汽的要求上。

2 滿足調(diào)整抽汽要求的新設(shè)計(jì)

2.1 抽汽方式的確定

汽輪機(jī)對(duì)外提供蒸汽常用兩種方式：一種為非調(diào)整抽汽，這種方式抽汽壓力將隨工況而變化。當(dāng)抽汽口壓力過(guò)高時(shí)，過(guò)高的壓力由抽汽管道上的節(jié)流調(diào)節(jié)閥節(jié)流掉，而當(dāng)抽汽口壓力偏低時(shí)，就必須引入壓力較高的蒸汽來(lái)滿足用汽設(shè)備的需要。因此，該種抽汽方式適用于用汽設(shè)備壓力變化范圍不大、用汽量變化不大、工況較穩(wěn)定的電廠，這種方式的抽汽系統(tǒng)和設(shè)備布置都較為簡(jiǎn)單方便。另一種為可調(diào)整抽汽，其抽汽量和壓力都可以調(diào)整，因而提供蒸汽的壓力不隨工況變化，但可隨用汽設(shè)備的需要而變化，所以對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況的要求比非調(diào)整抽汽模式寬松。但是抽汽量較小時(shí)，將對(duì)抽汽帶來(lái)較大的節(jié)流損失。常規(guī)抽汽方式的選擇將主要考慮用戶對(duì)蒸汽量以及蒸汽品質(zhì)的要求，并與汽輪機(jī)組特點(diǎn)相結(jié)合考慮。

黃驊電廠已有4臺(tái)600MW 汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行，同時(shí)正在建設(shè)日產(chǎn)量達(dá)10萬(wàn)t的海水淡化裝置，需要利用汽輪機(jī)四段抽汽生產(chǎn)淡水，并且抽汽需求變化很大（每臺(tái)機(jī)組的抽汽量變化范圍為50～400t／h，壓力變化范圍為0.75±0.2MPa）。因此從機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、工程的便利性等角度出發(fā)，經(jīng)過(guò)論證后決定采用調(diào)整抽汽。

2.2 調(diào)整抽汽的實(shí)現(xiàn)與有關(guān)閥門的配置

為確保本抽汽機(jī)組的安全穩(wěn)定性，并保證在所有的工況下均能提供符合制水抽汽壓力要求的蒸汽，本機(jī)組采用與我廠已投運(yùn)的天津楊柳青機(jī)組一致的雙閥調(diào)節(jié)模式，即中壓缸排汽一部分經(jīng)過(guò)設(shè)置在連通管上的調(diào)節(jié)閥進(jìn)入低壓缸；另一部分經(jīng)過(guò)抽汽管上的快關(guān)調(diào)節(jié)閥和串聯(lián)的抽汽逆止閥后進(jìn)入抽汽系統(tǒng)，該機(jī)組的可調(diào)整抽汽口布置在中壓排汽口下方（即中壓4號(hào)抽汽口）。母型機(jī)在該處采用“先并管后布閥門”的管路布置：先將2根DN500管子并成1根DN700管子，再串聯(lián)布置2只DN700的抽汽逆止閥。因制水抽汽的要求，B157的4號(hào)抽汽口擴(kuò)大為配2根DN700管子。若采用母型機(jī)“先并管后布閥門”的管路布置，先將2根DN700管子并成1根DN1000管子，再布置2只DN1000的抽汽逆止閥，這將帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：第一，DN1000 管子將引起很大的推力；第二，2只DN1000的抽汽逆止閥將增加采購(gòu)成本。因此B157機(jī)組采用“先分管后布閥門”的管路布置：將一路DN700 的管路分成一路DN700和另一路DN450，再分別布置DN700 和DN450的抽汽逆止閥（見圖1）。這不但降低了管道推力，而且減少了采購(gòu)成本。

2.3 調(diào)整抽汽口的設(shè)置

由于調(diào)整抽汽壓力與吳涇600MW 機(jī)組的4號(hào)抽汽壓力接近，因此本機(jī)組在有成功投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)的吳涇600MW 純凝汽輪機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)計(jì)算論證，決定在本體上僅把原來(lái)的4號(hào)抽汽口按最大抽汽量的需要擴(kuò)大為調(diào)整抽汽口，其余一切不變，這樣就能可靠地保證原來(lái)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)的良好特性，而且設(shè)計(jì)工作量也大大減少。

2.4 抽汽蝶閥支架設(shè)計(jì)

該機(jī)中壓缸為雙分流兩排汽，共有4個(gè)中壓排汽口，通過(guò)2根中低壓連通管將中壓排汽引入低壓缸。而且在中低壓連通管上的抽汽調(diào)節(jié)蝶閥很重，因此閥門布置必須與支撐方式一起考慮。曾經(jīng)考慮過(guò)采用坐中缸式，但這種方式閥門太多（需4只閥門），布置也困難；又考慮過(guò)采用坐低缸式布置，但這種方式既會(huì)增加低壓缸的負(fù)荷，也會(huì)遇到空間布置的困難。最后根據(jù)黃驊電廠所配汽輪機(jī)的特點(diǎn)，決定采用“直接走管的連通管布置、門框形落地剛性架配彈簧支座的閥門支撐方式”［2］，見圖2。這個(gè)方案僅有2根連通管和2只壓力調(diào)節(jié)閥，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置方便。該方案獲得國(guó)家實(shí)用新型專利，專利號(hào)為ZL2004200816596。

圖1 調(diào)整抽汽系統(tǒng)閥門布置圖

3 有關(guān)強(qiáng)度的考慮和計(jì)算

雖然此型汽輪機(jī)與母型機(jī)相比，在結(jié)構(gòu)上僅有的2個(gè)4號(hào)抽汽口從Φ509／Φ490（外徑／內(nèi)徑）擴(kuò)大為Φ713／Φ683（以使抽汽流速符合設(shè)計(jì)規(guī)范，保證抽汽量滿足用戶要求），而通流部分完全一樣，但畢竟有純凝與抽汽的區(qū)別，其工況條件不一樣，所以我們對(duì)有關(guān)部件的強(qiáng)度等進(jìn)行了考慮和計(jì)算，以保證機(jī)組的安全可靠性。

3.1 中壓末級(jí)、次末級(jí)葉片的動(dòng)強(qiáng)度核算

因機(jī)組的改型設(shè)計(jì)需要根據(jù)調(diào)整抽汽方案進(jìn)行，所以機(jī)組在大抽汽量、低調(diào)整抽汽壓力工況下，中壓的最后2級(jí)運(yùn)行條件最惡劣，需對(duì)其進(jìn)行考核。母型機(jī)的中壓動(dòng)葉為我廠成熟的自帶整體圍帶－碰撞阻尼的結(jié)構(gòu)形式，其葉根采用高強(qiáng)度的葉根型線。這種結(jié)構(gòu)形式的葉片廣泛運(yùn)用于國(guó)內(nèi)外100MW 等級(jí)以上機(jī)組的中長(zhǎng)葉片中，至今已有近1000例成功運(yùn)行的業(yè)績(jī)，從未發(fā)生一起事故，充分說(shuō)明了這種形式葉片的安全可靠性和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的成熟性、先進(jìn)性。經(jīng)過(guò)計(jì)算，我們所采用的同類中壓動(dòng)葉完全滿足有關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求，其載荷遠(yuǎn)低于我廠設(shè)計(jì)的、已經(jīng)成功運(yùn)行多年的楊柳青抽汽300MW 機(jī)組。

3.2 中壓缸的強(qiáng)度、剛度和運(yùn)行穩(wěn)定性

對(duì)中壓缸來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度和剛度都是很重要的，而新設(shè)計(jì)的中壓缸因4號(hào)抽汽口很大，導(dǎo)致中壓缸下半在排汽端出現(xiàn)1個(gè)很大的孔，對(duì)汽缸的強(qiáng)度和剛度帶來(lái)一定影響。因此，我們用有限元法按國(guó)際準(zhǔn)則對(duì)新設(shè)計(jì)的中壓缸進(jìn)行計(jì)算，確保中壓外缸的剛度及強(qiáng)度都在安全范圍內(nèi)。另外，根據(jù)母型機(jī)的運(yùn)行情況，對(duì)用戶管道在4號(hào)抽汽口處的推力和力矩的允許值做了規(guī)定，保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)汽缸的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

本文對(duì)新型大容量抽汽汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容作了介紹。綜上所述，該型汽輪機(jī)是我廠設(shè)計(jì)的一款新型的亞臨界600MW 大功率可調(diào)整抽汽凝汽式汽輪機(jī)（在設(shè)計(jì)時(shí)也是國(guó)內(nèi)容量最大的抽凝機(jī)組）。由于設(shè)計(jì)人員以成熟的、具有世界先進(jìn)水平的亞臨界600MW 純凝汽輪機(jī)作為該型汽輪機(jī)的母型，結(jié)合了我廠長(zhǎng)期以來(lái)的抽凝機(jī)組的成功經(jīng)驗(yàn)，因此該汽輪機(jī)具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行靈活等特點(diǎn)。2013年，用戶對(duì)海水淡化進(jìn)行了試生產(chǎn)，我廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)運(yùn)行情況良好；預(yù)計(jì)不久之后，海水淡化的生產(chǎn)規(guī)模就會(huì)擴(kuò)大。隨著海水淡化應(yīng)用的不斷增多和節(jié)能減排要求的不斷提高，技術(shù)先進(jìn)的抽汽汽輪機(jī)的市場(chǎng)將會(huì)非常廣闊。

［1］蔡頤年.蒸汽輪機(jī)［M］.西安：西安交通大學(xué)，2007.

［2］張東梅.600MW 抽汽機(jī)組連通管上調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蝶閥的支架設(shè)計(jì)［J］.熱力透平，2005（2）：101－103，112.