600mw亚临界直接空冷汽轮机设计方案.docx

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600mw亚临界直接空冷汽轮机设计方案

600MW亚临界直接空冷汽轮机设计方案

1概述

本机组为亚临界参数、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽反动式直接空冷汽轮机。

高中压合缸，低压由两个双分流的低压缸组成。

汽轮机通流采用全三维设计技术。

三缸亚临界600MW汽轮机纵剖面

2结构设计

2.1蒸汽流程

新蒸汽从下部进入置于机组两侧的两个高压主汽调节联合阀，由两侧各两个调节阀流出，经过4根高压导汽管进入高压缸喷嘴室，通过4组喷嘴组进入调节级及9级高压反动级后，由高压缸下部两侧排出进入再热器。

再热后的蒸汽从机组两侧两个中压主汽调节阀及四根中压导汽管由中部进入中压缸，经过6级反动级后，从中压缸上部排汽口排出，经连通管，分别进入1号、2号低压缸。

低压缸为双分流结构，蒸汽从中部流入，经过正反向7级反动级后，向下排入两个凝汽器。

2.2高中压缸积木块

高中压缸采用双层缸结构，由内缸和外缸组成。

每层缸壁所承受的压差及温差较低，机组在运行中汽缸壁的热应力小。

汽缸水平中分面螺栓靠近缸壁中心线，法兰厚度与缸壁厚度差别较小。

螺栓较长，螺纹外径采用3/1000倒锥形结构，应力分布均匀，不易咬扣。

上下半缸结构基本对称，重量接近，热容量差别小。

高中压进汽采用弹性密封环的连接结构，这种连接结构可使每个部件能自由地热膨胀和收缩，密封性及对中性好，应力小，热负荷适应性好。

高中压缸结构的这些特点可以保证机组具有很好的变负荷适应性，启动快，增减负荷快和较强的调峰能力。

高压内缸与高、中压隔板套均由水平中分面分开，形成上下半结构。

具有合理的支撑，导向及定位结构，在运行过程中与外缸保持同心，并可自由膨胀与收缩。

中压设计有隔热罩结构，使高温蒸汽与汽缸隔离。

高中压转子为半鼓形耐热合金钢整锻转子。

转子直径和轴承跨度的选择，使汽轮机具有合适的临界转速。

精心设计的转子表面几何结构，使转子在运行中具有较小的热应力。

转子前、中、后部各设有一个动平衡面，可以实现制造厂内高速动平衡和电厂不揭缸动平衡。

转子轴向尺寸短、加工制造方便、内孔应力小、刚性好、负荷适应性强。

调节级喷嘴采用子午面型线汽道，电脉冲加工。

动叶片采用电脉冲加工成三只为一组并带有整体围带和三叉叶根的三联叶片。

以上结构特点，保证调节级叶片高强度，变工况适应性好。

高中压静叶片全部为弯扭叶片，每只静叶自带菱型头形内外环，整圈组焊后，在中分面处割开，成为上下半结构，直接固定在隔板套中。

高、中压动叶全部为扭曲自带冠叶片，枞树型叶根。

高中压缸积木块

高中压通流设计特点

长城式动叶顶部汽封

2.3低压缸积木块

机组有两个双分流对称结构的低压缸。

采用三层缸结构，每层缸的温差较小，缸的绝对膨胀量小。

上下半各有三部分组成，调端、电端和中部，各部分之间通过垂直法兰面由螺栓作永久性连接而成为一个整体，可以整体起吊。

低压缸下半通过与缸体连成一体的整圈撑脚座落在基架上，使得低压缸的重量均匀分布在基架上。

外缸与轴承箱分离，各自落地。

这种结构可保证轴承标高不受外缸热膨胀、真空负荷、外缸变形等的影响。

轴承箱落地，必须保证与基础间有足够接触面积，以避免轴承箱出现悬臂，使轴承在运行中下沉，影响轴系稳定。

因此，机组为了实现轴承箱完全落地，将轴承箱伸入低压缸喇叭口区域，并将低压缸后部下半开一豁口，为基础凸出部分留出空间。

低压排汽导流环与低压内缸之间采用了间隙及止口接配方式，间隙保证动叶出口的疏水，止口接配保证运行中导流环不变形。

低压转子为双分流合金钢整锻转子，在低压转子的中部和前后各有一个动平衡面，可以实现制造厂高速动平衡和电厂不揭缸动平衡。

低压缸两端的汽缸上装有两个大气阀，其用途是当低压缸的内压超过其最大设计安全压力时，自动进行危急排汽。

大气阀的动作压力为0.034～0.048Mpa（表压）。

第1级静叶采用弯叶片，第2-6级静叶采用弯扭叶片。

第1-4级隔板为自带菱形叶冠的导叶片装配结构，整圈组焊后，在中分面处割开，成为上下半结构，直接固定在隔板套或内缸中。

第5、6级隔板为导叶片直接焊在内外环上，中分面处分开，固定在内缸中。

低压第1-6级动叶采用扭叶片，第1-4级动叶自带围带并采用具有应力集中小的加强型枞树型直叶根，第5级动叶自带围带并采用具有应力集中小的加强型枞树型斜叶根。

第6级叶片高度620mm，叶片型线是在我公司1000mm叶片基础上模化得到，叶根采用1000mm叶片的圆弧叶根，自带围带、一道整圈松拉筋结构。

第5级动叶表面进行喷丸处理；第6级动叶顶部进汽边上，焊长260mm的司太立合金片，根部出汽边采用复合镀膜，复合镀膜的范围为300mm×25mm，动叶顶部设去湿槽来防止腐蚀。

空冷机组是一种典型的变工况运行机组，相对于同量级的湿冷机组而言，空冷机组的背压高且背压变化范围大。

特别在高背压和小容积流量下，末级叶片的工作条件十分恶劣。

所以必须通过精心地设计才能得到满意的结果。

620mm叶片是我公司新开发的适用于600MW直接空冷机组的高负荷、高强度、气动、振动性能优良的末级叶片，它是利用我公司600MW冷凝机组末级1000mm叶片的成功经验，模化派生得到的，是一只适用于大功率空冷机组的末级长叶片。

它具有以下优点：

✓采用圆弧枞树型叶根，强度好，应力小；

✓叶片具有较高的强度和刚度，小容积流量动应力仍很小。

✓自带围带整圈连接加强型结构，其静、动应力水平低。

强度、振动性能安全可靠。

✓该叶片设计有较高的根部的反动度，能推迟小容积流量工况下根部倒流的出现；

✓焊有整片司太立合金片，防止腐蚀。

低压汽封

低压积木块

改进排汽导流环

低压通流设计

2.5阀门

2.5.1高压阀门

高压主汽调节联合阀安装尺寸小，结构紧凑。

主汽阀水平布置，调节阀垂直布置。

每只阀门配有单独油动机由DEH系统完成控制，能够灵活完成单阀和顺序阀调节。

主汽阀具有预启阀，可减少打开主阀所需要的力。

全开时无阀杆漏汽，经济性好。

阀门前端为固定支承，后部由挠性板支承，可吸收热位移。

调节阀型线优化设计，振动小，并带有扩散管，流动压损小。

2.5.2再热阀门

再热调节联合阀安装尺寸小，结构紧凑。

进汽侧刚性支承、出汽侧挠性支承，阀门膨胀性能好。

主汽阀是不平衡的开关型摇板阀。

主汽阀做为调节阀的备用保险设备，汽轮机跳闸时，再热主汽阀与再热调节阀同时快速关闭。

万一调节阀失灵，则再热主汽阀关闭起备用保险作用。

为保证阀门在试验情况下能打开，设计了外旁通节流孔，减少打开主阀的力。

调节阀为双座阀，每只阀门配有单独油动机由DEH系统完成控制。

调节阀带有预启阀，调节阀用于甩负荷时限制去中低压缸的流量，并可在启动时参与调节。

2.6轴承

三缸600MW汽轮机共有7个轴承，6个支持轴承和1个推力轴承。

6个支持轴承全部选用了4瓦块可倾瓦轴承。

这种轴承稳定性好，有自动对中能力，润滑性能好。

2.6.1推力轴承

推力轴承位于高压缸前端的前轴承箱内。

采用自位式推力轴承，推力盘两侧的支承环内各安装8块可滑动的推力瓦块，推力瓦块由背面的调整块支承，通过调整块的摇摆运动，使同侧的各瓦块承载均匀，从而不受轴承与推力盘的偏心和轴承巴氏合金厚度不均的影响。

2.6.24瓦块可倾瓦轴承

轴承合金瓦块通过瓦背面的球面销及垫片支承在轴承套中，瓦块可以摆动，是自对中式轴承，具有优良的稳定性。

上部的两个瓦块背面分别装有弹簧，压迫瓦块，人为地建立油楔。

润滑油从瓦块间隙进入轴承，从轴承两端油封环的开孔排出，具有良好的润滑性能。

2.7盘车装置

采用链条、蜗轮蜗杆、齿轮复合减速、摆轮啮合的低速盘车装置。

当汽轮发电机组冲转时能自动脱开，装在低压缸下半，在拆卸轴承盖或联轴器盖时无需拆卸盘车装置。

在装上或拆去轴承盖的情况下，均可盘动汽轮发电机转子。

即能自动投盘车，又可手动投入盘车。

为降低盘车负荷，低压缸每个轴承均配有高压油顶起装置。

2.8汽轮机滑销系统

机组膨胀的绝对死点有3个，分别位于2号轴承箱中部及1号、2号低压缸的中心。

机组膨胀的是由预埋在基础中的两块横向定位键和两块轴向定位键限制静子部分的中心移动而形成的。

高中压缸由四只“猫爪”支托，汽缸猫爪为下猫爪、中分面支撑。

“猫爪”搭在轴承箱上，“猫爪”与轴承箱之间通过键配合，“猫爪”在键上可以自由滑动。

高中压缸与1、2号轴承箱之间在水平中分面以下用定位中心梁连接。

当高中压缸膨胀时，2号轴承箱两块横向定位键和两块轴向定位键的交叉点（绝对死点）保持不变，它通过定中心粱推动高中压缸和1号轴承箱沿机组轴向向调速器端膨胀。

1、2号低压缸与相邻轴承箱间由于垂直方向膨胀量差异较大，两者间不设推拉机构，轴承箱相对基础不动，各低压缸以横向和轴向锚固板确定死点向轴向两侧膨胀，低压缸与轴承箱的横向对中通过埋在基础中的横向锚固板实现，在低压缸与轴承箱间的锚固板采用组合结构，垂直板与轴承箱相连，水平板与低压缸相连。

低压缸与横向锚固板相配的键槽板焊接在低压缸外部中心肋板上,并以两辅助肋板与低压缸焊接,以保证键槽板垂直刚度,在中心肋板靠近键槽板处两侧加横向支撑管,与低压缸侧壁相连,低压缸外壁装焊T型钢，与裙板连接，以保证键槽板具有足够的横向刚度。

低压外缸裙板间加装联系螺栓，以防止低压外缸在排汽管的作用下上翘和跳动。

为不防碍低压缸水平方向膨胀，螺栓头与裙板间留有0.1～0.2的间隙。

转子之间都是采用法兰式刚性联轴器联接，形成了轴系。

轴系轴向位置是靠机组高压转子前端的推力盘来定位的。

推力盘包围在推力轴承中，由此构成了机组动静之间的死点。

当机组静子部件在膨胀与收缩时，推力轴承所在的前轴承箱也相应地轴向移动，因而推力轴承或者说轴系的定位点也随之移动，因此，称机组动静之间的死点为机组的“相对死点”。

3汽水系统

3.1汽轮机本体疏水系统

汽轮机疏水系统的目的是在机组启动、带负荷、甩负荷或停机时，防止水进入汽轮机部件或积聚在汽轮机内。

当机组升负荷时保持打开状态，当负荷带到额定负荷的20％时，关闭疏水阀。

当机组降负荷时，负荷降到额定负荷的20％时，打开疏水阀。

3.2汽轮机汽封系统

汽封系统为自密封系统。

额定工况下高中压汽封漏汽除向低压汽封供汽外，多余的蒸汽通过溢流调节阀进冷凝器。

系统设置了3个供汽调节站，可满足启动对不同汽源的要求，同时可维持正常运行时汽封供汽压力。

低压汽封减温喷水调节站，控制低压汽封蒸汽温度，有效的防止因供汽温度不匹配而产生汽封变形。

3.3后汽缸喷水系统

每个低压缸配一套喷水系统。

后汽缸喷水系统设计成在机组转速达到600rpm直至带15％负荷时及机组正常运行出现低压缸排汽温度大于70℃时投入运行；控制器控制给各喷水嘴提供均匀的水量，经喷嘴加速后形成雾化，有效达到降温目的。