孫明哲

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機(jī)設(shè)計(jì)簡述

孫明哲

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

為適應(yīng)國內(nèi)火電機(jī)組向高參數(shù)發(fā)展的需求，研發(fā)31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW超超臨界汽輪機(jī)是充分必要。汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)科學(xué)的選型是保證整個(gè)機(jī)組效率及安全性的首要條件。通過對(duì)進(jìn)汽參數(shù)合理的分析，保證技術(shù)的成熟可靠，最終確定超高壓、高壓、中壓、低壓模塊，并且對(duì)整個(gè)機(jī)組軸系、滑銷系統(tǒng)等充分考慮，保證了機(jī)組各方面的成熟可行性，并為后續(xù)更高參數(shù)機(jī)組開發(fā)提供了有效的理論支撐。

二次再熱；反動(dòng)式；單支點(diǎn)；切向進(jìn)汽；單分流

21世紀(jì)以來，世界經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)——能源工業(yè)的發(fā)展面臨著地球有限資源和環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，能源安全、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)增長已成為當(dāng)今世界發(fā)展公認(rèn)的基本準(zhǔn)則。開發(fā)更高效率的產(chǎn)品是汽輪機(jī)設(shè)備制造業(yè)不可推卸的歷史使命。

大容量、高參數(shù)是提高火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)最為有效的措施［1］。為適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)電力市場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展需求，哈汽開發(fā)適應(yīng)滿足31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機(jī)勢(shì)在必行。該機(jī)組需具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過科學(xué)的分析，選擇合理的結(jié)構(gòu)，充分保證機(jī)組安全性，經(jīng)濟(jì)性，確保產(chǎn)品具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭能力，并且為后續(xù)更高參數(shù)機(jī)組的開發(fā)提供有效的技術(shù)支撐。

1　總體介紹

1 000 MW二次再熱超超臨界機(jī)組典型熱力參數(shù)如下：

主蒸汽進(jìn)汽壓力：31 MPa，主蒸汽進(jìn)汽溫度：600℃.

一次再熱蒸汽進(jìn)汽壓力：9.9 MPa，一次再熱蒸汽進(jìn)汽溫度：620℃.

二次再熱蒸汽進(jìn)汽壓力：3.2 MPa，二次再熱蒸汽進(jìn)汽溫度：620℃.

主蒸汽流量約為：2 532 t/h.

一般而言，進(jìn)汽參數(shù)越高，電站的熱經(jīng)濟(jì)性越高，相應(yīng)的制造成本也越大［2］。為保證經(jīng)濟(jì)性及安全可靠性，機(jī)組采用模塊化設(shè)計(jì)理念。最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為：一個(gè)單流程的超高壓缸、一個(gè)單流程高壓缸、一個(gè)雙分流中壓缸和兩個(gè)相同的雙分流低壓缸組成，各汽缸串列布置。超高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥和高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥分別對(duì)稱布置在超高壓缸和高壓缸兩側(cè)，與汽缸上下半剛性連接，并采用彈性支架浮動(dòng)支撐；再熱主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥對(duì)稱布置在中壓缸兩側(cè)，與中壓缸剛性焊接，在中壓閥門與基礎(chǔ)之間采用彈簧支撐承擔(dān)閥門重量的一部分。對(duì)于汽缸設(shè)計(jì)來說，降低缸體熱應(yīng)力集中與中分面螺栓的密封載荷是設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)［3］。五個(gè)汽缸均采用了內(nèi)、外雙層缸結(jié)構(gòu)，超高、高、中壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)可以改善汽缸的應(yīng)力分布，提高機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性。汽輪機(jī)各汽缸均設(shè)計(jì)為水平中分面結(jié)構(gòu)，超高壓、高、中壓外缸用雙頭螺栓將汽缸上下半連接起來，并通過外缸下半伸出的貓爪支撐在軸承箱的支座上，兩個(gè)低壓缸利用外缸下半的“裙板”坐落在基礎(chǔ)臺(tái)板上。整個(gè)機(jī)組以多級(jí)、高效、小焓降反動(dòng)式設(shè)計(jì)為主要理念，采用十級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)，進(jìn)汽形式采用全周進(jìn)汽，機(jī)組保證較高效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

整個(gè)機(jī)組采用N+1軸承支撐形式，有效控制機(jī)組整體長度，使其控制在40 m以內(nèi)。并且采用多死點(diǎn)滑銷系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子膨脹死點(diǎn)設(shè)定在超高壓缸與高壓缸之間的軸承箱上，轉(zhuǎn)子以此為基點(diǎn)，分別向兩側(cè)膨脹。機(jī)組汽缸死點(diǎn)位于低壓缸I和低壓缸II中心附近及3#軸承箱底部橫向定位鍵與縱向?qū)蜴I的交點(diǎn)處，每個(gè)低壓缸分別以本身的死點(diǎn)向電、調(diào)端自由膨脹；超高壓、高壓連同前軸承箱、2#軸承箱一起向機(jī)頭方向膨脹；中壓缸連同4#軸承箱向電機(jī)方向膨脹。最終機(jī)組結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1　縱剖圖

2　主要本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）超高壓模塊

超高壓模塊進(jìn)汽參數(shù)為31 MPa、600℃，進(jìn)汽量為2 532 t/h.相對(duì)百萬一次再熱28 MPa、600℃在壓力上有了提升，進(jìn)汽量基本相當(dāng)。為了保證31 MPa超高壓的有效密封，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式是保證安全可靠的必要手段。通過分析采用紅套環(huán)結(jié)構(gòu)密封是最為合理的，因?yàn)槠湎鄬?duì)螺栓密封受力接觸面積放大很多，材料強(qiáng)度更易滿足，并且此種技術(shù)在阿爾斯通及ABB汽輪機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，效果非常明顯。超高壓模塊解決密封后，便在保證高效上進(jìn)行結(jié)構(gòu)匹配，以百萬一次再熱高壓模塊為模型，單分流反動(dòng)式設(shè)計(jì)，保證同流效率；2×180°切向蝸殼全周進(jìn)汽，配備第1級(jí)橫置靜葉，提高整體氣動(dòng)性能；超高壓缸模塊充分滿足了參數(shù)提高的要求，并且具有較高效率。

（2）高壓模塊

高壓模塊再熱蒸汽達(dá)到620℃，壓力接近10 MPa，高壓模塊為二次再熱機(jī)組與其他機(jī)組最為不同之處。目前一次再熱高效汽輪機(jī)，再熱蒸汽溫度為620℃，但壓力均在5 MPa左右。二次再熱機(jī)組一次再熱（高壓）壓力提高至10 MPa，蒸汽比容較小，如果采用雙分流葉片高度相對(duì)較低，單只葉片效率較低，單分流相對(duì)比雙分流效率相當(dāng)，并且可以有效縮短跨距。所以選擇了與超高壓模塊基本相同結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)具有較高的效率，并且密封由于采用紅套環(huán)結(jié)構(gòu)，所有因蒸汽壓力參數(shù)的提高，帶來的密封問題解決較為簡單，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅需考慮材料溫度的匹配和壁厚強(qiáng)度的考核。通過材料對(duì)比分析，內(nèi)缸、轉(zhuǎn)子選用了適應(yīng)620℃以上的新12%Cr鋼（對(duì)比分析見圖2），可以完全滿足以上參數(shù)。高壓模塊同樣具有著高效性和可靠性，對(duì)整個(gè)機(jī)組的可行性提供了充分的保障。

圖2　材料對(duì)比圖

（3）中壓模塊

由于二次再熱機(jī)組二次再熱（中壓）參數(shù)與一次再熱機(jī)組中壓參數(shù)對(duì)比溫度相同，壓力降低，所以一次再熱中壓模塊完全可以滿足二次再熱中壓模塊的需求，僅需對(duì)同流熱力參數(shù)匹配即可。經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性上均可以充分保障。

（4）低壓模塊

二次再熱低壓模塊主要需考慮低壓轉(zhuǎn)子向電機(jī)端傳導(dǎo)膨脹量較大情況，合理的動(dòng)靜間隙，將保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行及較高的效率。整個(gè)低壓模塊設(shè)計(jì)采用了單獨(dú)落地思想，基本結(jié)構(gòu)與一次再熱機(jī)組低壓模塊相同，可保證模塊的合理性和穩(wěn)定性。

3　結(jié)束語

百萬二次再熱設(shè)計(jì)主要在整機(jī)與進(jìn)汽參數(shù)的合理匹配，保證機(jī)組的高效、安全性。其設(shè)計(jì)難度在于需從壓力、溫度、流量、軸系等多方面考慮，選擇合理的模塊。最終通過科學(xué)的分析，選擇合理的模塊，充分考慮溫度、強(qiáng)度、軸系、支撐、滑動(dòng)等多方面因素，設(shè)計(jì)完成了滿足 31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW二次再熱機(jī)組。并且為后續(xù)35 MPa/615℃/630℃/630℃的1 000 MW等級(jí)機(jī)組的研制打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

［1］黃甌，陽虹，彭澤英.我國超超臨界汽輪機(jī)的發(fā)展方向［J］.熱力透平，2004，（1）:1-7.

［2］中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)主編.火力發(fā)電設(shè)備手冊(cè).第二卷.汽輪機(jī)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998：12.

［3］蔣浦寧.超超臨界汽輪機(jī)高溫部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.熱力透平，2008，（1）：16-21.

1000 MW Reheat Two Ultra-Supercritical Steam Turbine Design Brief

SUN Ming-zhe
（Harbin Turbine Company Limited，Heilongjiang Harbin 150046，China）

In order to meet the needs of domestic thermal power units to develop to high parameter，the research and development of/620℃/620℃ 31 Mpa/600℃ 1000MW ultra supercritical steam turbine is necessary and sufficient.The type selection of turbine structure is the first condition to ensure the efficiency and safety of the whole unit.Through the steam parameters and reasonable analysis，to ensure that the technology is mature and reliable，and ultimately determine the ultra high-voltage，high-voltage，medium voltage and low voltage module，and the entire unit shaft，a sliding pin system fully considered，ensure the unit the mature feasibility，and for the following high parameter unit development provides effective theoretical support

secondary reheat；the reactionary type；single fulcrum；tangential inlet steam；a single tap

TK262

A

1672-545X（2016）07-0093-02

2016-04-05

孫明哲（1986-），男，黑龍江尚志人，本科，工程師，研究方向?yàn)槠啓C(jī)本體結(jié)構(gòu)。