北重350MW超临界汽机主机设计说明书 1.docx
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北重350MW超临界汽机主机设计说明书1
一、机组概述.........................................................................…2
二、高中压模块……………………………………………….4
三、低压模块…………………………………………………23
四、阀门模块…………………………………………………38
五、进汽管路模块……………………………………………51
六、轴承箱模块………………………………………………55
一、机组概述
NC350-24.2/0.4/566/566型汽轮机是北京北重汽轮电机有限责任公司在引进ALSTOM公司330MW亚临界凝汽式汽轮机基础上，结合目前国内对超临界汽轮机的要求设计开发的机型。
机组设计采用先进的通流技术，保证具有较高的经济性；在结构设计上充分采用成熟可靠的技术，确保机组的安全可靠性，以及快速启、停及变负荷的能力。
主要的技术特点有：
●通流部分采用先进的全三维设计技术；
●运用有限元手段对结构的强度及刚度进行全面分析；
●高效的叶片型线，保证机组的通流效率及变工况性能；
●叶顶汽封采用可退让汽封，在确保安全的前提下减小叶顶间隙，除高温段外，轴封处采用蜂窝汽封，降低漏汽量，提高效率；
●高中压内缸中分面螺栓设计有螺栓法兰自流冷却/加热，外缸设置法兰加热装置；
●新型高、中压主汽、调节联合汽阀，压损小，结构简单；
机型为：
一次中间再热、单轴、双缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机。
整机共设有25级，其中高压为1+7级、中压为7级、低压为2×5级。
机组采用3高加＋1除氧＋4低加、汽动给水泵的通用回热系统。
本机型充分考虑了国内电力市场对300MW等级机组供热的要求，在最大限度满足采暖抽汽的基础上，还可满足部分非调0.98Mpa.a等级工业抽汽的要求。
本设计说明书主要介绍该机组的总体设计和本体结构，有关控制及保护、汽封、疏水、润滑油系统、盘车装置、主润滑油泵的设计请参阅下列技术文件：
1．控制及保护系统设计说明书
2．汽封系统设计说明书
3．疏水系统设计说明书
4．润滑油系统说明书
5．盘车装置说明书
6．主润滑油泵特性说明书
本文件中热力系统的压力一律采用绝对压力，真空度和负压用文字注明，本说明书采用法定计量单位，它与工程制计量单位的换算关系如下：
力1kgf=9.80665N
压力1kgf/cm2=0.0980665MPa
热量1kcal=4.1868kJ
注：
左、右定义为：
从汽轮机朝发电机方向看去，左手侧为左，右手侧为右。
前后定义为：
靠近汽机为前，靠近发电机为后。
机组主要技术参数列表如下：
编号
项目
单位
数据
1
机组型式
一次中间再热、单轴、双缸双排汽
抽汽凝汽式汽轮机
2
汽轮机型号
NC350-24.2/0.4/566/566
3
启动方式
高、中压联合启动
或中压缸启动
4
铭牌功率
MW
350
5
额定主蒸汽压力
MPa（a）
24.2
6
额定主蒸汽温度
℃
566
7
额定再热蒸汽进口温度
℃
566
8
额定排汽压力
kPa（a）
4.9
9
额定转速
r/min
3000
10
旋转方向
（从汽轮机向发电机看）
顺时针
11
调节控制系统形式
DEH控制
12
给水回热级数
（高加＋除氧＋低加）
3高加＋1除氧＋4低加
13
通流级数
（调节级+高压+中压+低压）
1＋7＋7＋2×5
轴系临界转速
r/min
高中压转子1733
低压转子1808
发电机转子1370
轴系各阶固有扭振频率
Hz
22.66/27.20/181.54/190.38/197.53
14
低压缸末级叶片长度
mm
1080
15
低压缸末级叶片环形面积
m2
2×9.36
16
机组外型尺寸（长、宽、高）
m
16.5×12.8×6.776
17
汽轮机中心距运行层标高
mm
1010
二、高中压模块
0.概述
0.1.高中压部分概述
-高中压部分由外缸、内缸、隔板套、隔板、转子……等组成。
每个汽缸及隔板套分成两半并由水平中分面的螺栓连接在一起。
-汽道构成了作功部分。
-隔板（静叶）装在内缸或隔板套里，并可自由膨胀。
-动叶（转动部分）装在转子上。
-蒸汽经由进汽短管进入汽缸中的通流部分。
0.1.1.汽封
-汽封装在汽缸的两端，可允许转子穿过汽缸的同时又不致造成蒸汽泄漏。
-这是通过汽封的设计和压力控制系统来实现的。
0.1.2.滑销系统
采用定位键和滑销以使得：
-各部件能在三个方向自由膨胀
-所有部件保持同心
-通流间隙保持在允许的机械和热力限值内
0.2.纵剖面图
（A）转子（F）叶片
（B）外缸（G）汽封
（C）内缸（H）内缸纵向导向键
（D）进汽短管（O）疏水
（E）隔板（P）隔板套
0.3.中分面视图
（A）外缸（C）结合面定位
（B）内缸（D）进汽短管
0.4.进汽室纵剖面图
（A）转子（E）装配用双头螺栓
（B）外缸（M）水平结合面
（C）内缸（N）喷觜室
（D）进汽短管
0.5.汽缸上下半连接
-内、外缸的上下半由耐高温的低合金钢螺栓来连接。
-螺栓通过热紧得到密封所需紧力，精确控制螺栓伸长以得到所需的紧力值，具体数值参见《350MW汽轮机质量控制检查卡》。
（A）上半内缸（B）下半内缸
（C）上半外缸（D）下半外缸
（E）装配用双头螺栓（F）螺母
（G）水平中分面
1.外缸
1.1.支撑
-外缸下半有四个支撑猫爪。
-外缸前猫爪可以在轴承箱中分面上滑动，后猫爪轴向固定。
-中分面支撑中分面滑动的结构可保证汽轮机各部套的收缩或膨胀保持同心。
-保证滑动接触面的绝对平行度，滑块表面进行硬化处理以减小摩擦系数。
（A）下半外缸前猫爪（D）反向垫块
（B）轴承座（E）轴承座滑动块
（C）下半汽缸前猫爪滑动块（F）调整垫片
1.2．一段回热抽汽口结构
一段回热抽汽口的密封结构详图如下，机组安装时，既可以先装好密封环再放内缸，也可以先将内缸就位后，将密封环从下往上依次装入，避免了对内缸插管对中性的要求。
在维修或更换密封环时，可以先拆除外缸法兰，再把密封环从下面取出，不用拆除内缸。
1.3．测温装置
本机组内缸共八处温度测点，包括：
高压内缸上法兰中壁温度（左侧）
高压内缸上法兰中壁温度（右侧）
调节级后温度（上半）
调节级后温度（下半）
中压内缸上法兰中壁温度（左侧）
中压内缸上法兰中壁温度（右侧）
中压进汽温度（上半）
中压进汽温度（下半）
允许不揭缸更换所有内缸热电偶，热电偶的固定结构形式如下：
2.内缸
-内外缸间定位装置保证内外缸中心一致和内外缸间的自由膨胀。
-内缸靠两侧的悬挂销固定在外缸，底部有纵向键。
-不同的支撑点使得热膨胀能自由进行，保证通流间隙和同心度。
-每个支撑点只能锁定一个方向，并在其它两个方向上自由膨胀。
2.1.水平中分面的定位
-内缸悬挂在（F）上
（A）下半外缸（B）上半外缸
（C）下半内缸（D）上半内缸
（E）水平中分面（F）内缸支撑
2.2.内外缸轴向定位
内外缸轴向相对死点位于高压和中压进汽口之间，内缸此处有一槽挡，与外缸上相应位置的凸缘配合，确定内外缸轴向位置，构成内缸相对于外缸的轴向膨胀死点。
2.3.底部导向键
底部导向键的定位面与转子轴线方向平行。
（A）下半外缸（B）下半内缸
（C）导向键
3.进汽短管
3.1.说明
-焊接到位于进汽阀和汽缸之间的进汽管上。
-进汽短管先后穿过外缸和内缸，直接把汽送入喷嘴室和中压第一级。
-进汽短管通过双头螺栓连接在外缸上，螺栓通过控制伸长来冷紧。
-与内缸之间的密封由密封环来保证，它能与内缸或喷嘴室内壁保持紧密接触。
（A）外缸（B）内缸
（C）喷嘴室（D）进汽短管
（E）外缸连接法兰
3.2.装配细节
（A）外缸（I）双头螺栓
（B）内缸或喷嘴室（J）垫圈
（C）密封环（K）螺帽
（E）进汽短管（L）热屏
（H）外缸装配法兰
4.通流部分
4.1.设计
-通流部分由安装在转子上的动叶和安装在内缸或隔板套上的隔板组成。
-蒸汽流经叶根和叶顶之间的连续通道（圆柱或圆锥形）。
-为使各部件能够自由膨胀，需要留有轴向间隙，因此会带来一定的蒸汽泄漏，为了减少泄漏量，在转子轮盘和隔板体之间装有汽封齿。
（A）隔板（D）转子
（B）喷嘴组（E）内缸
（C）叶片（F）喷嘴室
5.隔板
5.1.设计
-隔板上装有静叶，在隔板体根部和动叶顶部装有汽封，能够有效地减少蒸汽的泄漏损失。
-隔板通过底键装在内缸或隔板套上，这样能保证隔板在三个方向上自由膨胀时，与转子保持同心。
（A）隔板（D）内缸或隔板套
（B）动叶（E）叶顶汽封
（C）转子（F）隔板汽封
6.动叶片
6.1.组成
动叶片由三个主要部分组成：
叶根、叶身和围带
6.1.1.叶根
-它的作用是把叶片固定在转子的叶轮上。
6.1.2.叶身
-设计叶身型线把蒸汽热能转化成机械能，机械能通过转子传给发电机。
6.1.3.围带
-它引导蒸汽在围带以内流动。
-它能减少叶片振动应力，将叶片频率调整在允许范围内。
-它与隔板之间采用径向汽封，减少蒸汽泄漏。
（A）隔板（D）叶根
（B）内缸或隔板套（E）叶身
（C）转子（F）围带
（G）销子
6.2.图例
（叶片装配后加工围带）
7.转子
7.1.材料
高中压转子的材料是低合金钢整锻转子，在高温下有较高的强度。
7.1.1.说明
（A）联轴器（B）轴径
（C）汽封凸台（D）叶轮
（E）动平衡槽（F）动平衡块
7.1.2.动平衡
通过在转子上加动平衡块（F）来达到动平衡。
7.2.联轴器
7.2.1.用途
联轴器用于各转子之间的刚性联接，将机械能传递给发电机。
7.2.2.设计
联轴器为刚性连接。
通过拧紧联轴器螺栓来传递扭矩。
7.2.3.说明
（A）转子（F）锥形开口套筒
（B）圆柱销（G）挡板
（C）中间垫块（H）标识孔
（D）螺栓（I）套筒
（E）螺母
8.汽封
8.1.目的和作用
防止蒸汽从汽缸泄漏到大气中，或者从大气泄漏入汽缸。
8.1.1.实施
通过汽封环及压力控制系统来实现。
8.1.2.说明
（A）外缸（C）转子
（B）内缸（D）汽封
8.2.在汽缸中的定位
-轴向定位由把汽封体安装在汽缸上来完成。
-垂直方向定位靠悬挂销来实现。
-横向定位靠底键来实现。
-整套定位结构可以保证汽封体能围绕着定位点向四周自由膨胀。
（A）汽封（B）轴向定位
（C）垂直定位（D）横向定位
（E）汽缸
8.3.与汽缸间的密封
-静止时，通过弹簧的压缩量压紧G1面。
-运行时，腔室一、二、三压力依次递减，在高压侧压力的作用下，汽体进入密封环上的槽，压紧密封面G2。
（E）汽缸（I）保证G2面压力的腔室
（F）密封环（J）腔室二
（G）密封面（T）腔室三
（H）通向高压侧腔室的槽（U）腔室一
8.4.与转子间的密封
-轴封由两部分联合而成：
转子上的凸台及安装有弹簧的高低齿汽封环
（A）汽封体（K）装有弹簧的汽封环
（L）槽（M）腔室
（N）凸台（O）高低齿
（P）可调间隙
8.5.装有弹簧的汽封环
-在运行过程中，汽封环各弧段构成整圈
-它们的位置取决于：
-静止时：
受弹簧作用力决定
-运行时：
受腔室（M）的压力决定
-转子发生意外摩擦情况下，汽封环由于间隙（P）后退，这样能把转子过热而导致的严重事件减到最小。
（K）装有弹簧的汽封环
（M）压力腔室
（P）退让间隙
9.中压冷却及排放装置
本系统的目的一方面在于中压缸启动时，防止汽体从中压蹿入高压缸，同时还可以疏出过桥汽封低点处的水，另一方面在正常运行过程中冷却中压第一级叶轮。
对中压第一级叶轮设计了冷却结构，其冷却蒸汽来源于高压调节级后漏汽与高压第四级后蒸汽，这两股蒸汽在过桥汽封中后段混合后再通过剩余汽封等焓降温后形成冷却汽源，在中压第一级叶片中间体上开冷却孔，其结构详见下图：
外围管道布置见下图：
本系统低点处设有BDV阀，四级后抽汽的管道上设置一个关断阀，在停机时，应先关闭关断阀，再打开BDV阀，以免高压第四级隔板后压力下降过快，影响隔板强度。
10.汽缸法兰及螺栓加热系统
为加速机组的启动，减少汽缸壁与法兰、法兰与螺栓的温差及动静两部分的相对胀差，本机设置汽缸法兰加热系统及法兰螺栓加热系统，其对应的系统图见NC100.00.13-1。
法兰螺栓加热示意图
法兰加热装置图
11.内外缸夹层加热系统
本机设置内外缸夹层加热系统，从外缸下半左右两侧送入加热蒸汽，蒸汽经夹层加热装置的弯管上小孔喷入夹层，最终流入高排，其对应的系统图见NC100.00.22-1。
高压部分采用上述结构，使得高压内外各区域保持合理的温度和压力分布，热应力和压差引起的应力都限制在较低水平。
三、低压模块
0.概述
0.1.低压模块的组成
-低压缸为双层缸结构，内部装有隔板和隔板套。
-低压缸在中分面处用螺栓和螺母连接
-低压通流包括：
.装于低压缸内的隔板（静叶片）。
.装于低压转子上的动叶片（运动部分）。
-伸缩节
伸缩节防止内、外缸之间的蒸汽泄漏，它将中压排汽引入低压缸。
0.1.1.汽封
-在低压缸的两端有汽封体，可允许转子穿过汽缸又不致造成蒸汽泄漏。
-这是通过汽封的设计和压力控制系统来实现的。
0.1.2.滑销系统
采用定位键和滑销以使得：
-各部件能在三个方向自由膨胀
-所有部件保持同心
-通流间隙保持在允许的机械和热力限值内
0.1.3.安全装置
-当异常升温时有喷水装置冷却低压缸
-当压力忽然升高时，排大气阀可以保护低压部套
0.1.4.蒸汽冷却
-内缸装有“遮热罩”，用来限制低排和抽汽汽体与内缸的蒸汽之间的热交换，减小内缸壁的温差。
0.1.5.汽轮机的停机检查
-内缸设有检查口，用来检查缸内情况
0.2.纵剖面图
A低压外缸G轴承
B低压内缸H轴封
C进汽管I前立键
D转子J抽汽口
E排大气阀K内缸检查窗
F喷水装置
0.3.中分面图
A低压外缸L低压缸死点
B低压内缸O八段抽汽
D转子P七段抽汽
H轴承Q六段抽汽
G轴封
0.4.横剖面图
A低压外缸J抽汽管
B低压内缸K内缸检查窗口
C进汽管M伸缩节
E排大气阀N低压缸台板
1.低压外缸
1.1.喷水装置
1.2.排大气阀
A低压外缸F法兰盘
E安全膜G网格窗口
2.低压内缸
2.1.组成
见第四节同一部套
3.低压进汽管
A联通管C伸缩节
B低压内缸D低压内、外缸连接装置
F进汽管（连接内缸与联通管）
4.通流
4.1.说明
-通流部分由装于转子上的动叶和装于内缸上的隔板组成。
-蒸汽流经叶根和叶顶之间的连续通道（圆柱或圆锥形）。
-为使各部件能够自由膨胀，需要留有轴向间隙，因此会带来一定的蒸汽泄漏，为了减少泄漏量，在转子和叶片围带上有汽封装置。
（最后两级叶轮除外）
-隔板的说明见章节5。
-叶片的说明见章节6。
A隔板D分流环
B叶片E转子
5.隔板
5.1.说明
-隔板上装有静叶。
为减小由于蒸汽泄漏而降低效率，在隔板内、外环上装有汽封装置。
-隔板通过一系列键定位于内缸中，保证在三个方向上发生热膨胀时，隔板中心与转子中心保持一致。
6.叶片
6.1.叶片说明
-中间三级叶片由叶根、汽道、围带组成，末级和次末级叶片没有围带
6.1.1.叶根
-它用来将叶片装在转子上。
6.1.2.汽道
-它将蒸汽的热能转变成机械能，再通过转子将机械能传给发电机。
6.1.3.围带
-起导流作用。
-起减震作用，使叶片的频率在允许范围之内。
-起密封作用，减少蒸汽泄漏。
6.2.叶片详细说明
6.2.1.自带围带叶片（正反向第一级）
（将叶片装在转子上之后，再加工围带）
6.2.2.自带围带叶片（正反向第二、三级）
（将叶片装在转子上之后，再加工围带）
6.2.3.枞树形叶根叶片（第四级）
6.2.4.带鳍片的叶片（第五级）
6.3.叶片汽封详图
A围带D汽封片
B围带凸台E嵌缝压条
C隔板
6.4.用销子定位的叶片
它适用于第1-3列叶片
K叶根M固定销
L转子叶轮N骑缝固定销
6.5.枞树形叶片的定位
7.转子
7.1.设计
-整锻转子
-采用低合金钢
7.1.1.说明
A前部联轴器法兰D轴封段
B后部联轴器法兰E装叶片用叶轮
C轴颈F平衡槽
7.2.低压联轴器（汽—电侧）
7.2.1.目的和用途
-与发电机刚性连接，将机械能传递给发电机。
7.2.2.设计
-联轴器用带锥度螺栓连接。
-螺栓紧力通过螺栓伸长量来决定。
7.2.3.说明
（A）转子（F）锥形开口套筒
（B）圆柱销（G）挡板
（C）中间垫块（H）标识孔
（D）螺栓（I）套筒
（E）螺母
8.轴封
8.1.目的和用途
-防止蒸汽从低压缸内泄漏出去。
-防止空气进入低压缸内。
8.1.1.设计
-通过下述办法来密封：
.转子上的汽封凸台
.压力控制系统
A低压外缸C前汽封
B转子D后汽封
8.2.结构
8.2.1.在低压缸上的定位
-汽封体用螺栓固定在低压外缸上。
-汽封体先用顶起螺栓定位，然后打销子，拧紧螺栓。
A低压外缸D顶起螺栓
B汽封体E定位销
C紧固螺栓
8.3.轴封装置
-通过用弹簧顶起的汽封环来获得密封。
A低压外缸I斜汽封齿
F装有弹簧的汽封环G汽封环的压板槽
H汽封槽B汽封体
J间隙N送汽腔室
O排汽腔室
8.4.装弹簧的汽封环
-在运行过程中，汽封环各弧段构成整圈
-它们的位置取决于：
-静止时：
受弹簧作用力决定
-运行时：
蒸汽压力
-转子发生意外摩擦情况下，汽封环由于间隙（J）后退，这样能把转子过热而导致的严重事件减到最小。
F汽封环弧段K汽封环上半
H压力腔室L汽封环下半
J间隙M弹簧
四、阀门模块
0.总则
0.1.设计规范
0.1.1.作用：
0.1.1.1.高压主汽阀
保安系统使主汽阀全开或全关。
在事故情况下，切断供给汽轮机的蒸汽。
它同时给高压调节阀供汽。
A阀体B承压套筒
C主汽阀碟D阀座
E预启阀碟M阀盖
Q滤网体S销子
W螺栓Z保护套
0.1.1.2.高压调节阀
一个高压主汽阀与两个高压调节阀构成一个高压主汽调节阀，每一个调节阀与一组喷嘴相对应，每组喷嘴通过控制对应调节阀的开度来控制进汽量，以调节汽轮机的转速和功率。
A阀体B承压套筒
C阀碟D阀座
E热屏F阀杆抽汽
G阀杆抽汽M阀盖
0.1.1.3.中压主汽阀
作用与高压主汽阀大致相同，中压主汽阀供给中压调节阀蒸汽。
0.1.1.4.中压调节阀
中压主汽阀与中压调节阀组成中压主汽调节阀，作用与高压调节阀大致相同，同时调节中压缸启动时的转速，包括未带负荷运行和甩负荷时带厂用电运行。
0.1.2.设计
0.1.2.1.阀体
阀体（高压主汽/调节阀-中压主汽/调节阀）的加工包括：
-用于装配承压套筒、阀座、阀盖的加工面
-主汽阀的进汽短管和调节阀的排汽短管
-用于连接测温元件的加工面
0.1.2.2.承压套筒
根据其尺寸和蒸汽压力，有两种设计方案：
0.1.2.2.1.带密封垫片的承压套筒（高压阀承压套筒）
考虑高压和较大的尺寸，承压套筒不可能采用螺栓连接方式。
这种设计方案，通过蒸汽压力使用垫片来保证密封。
在阀体内有一个开档，用来安装六段定位环，使承压套筒的定位紧力作用在阀体上。
0.1.2.2.2.螺栓连接的承压套筒（中压阀阀盖）
承压套筒的机械加工面有以下3个作用：
-安装阀杆等移动部分和它们的支撑导向套
-安装带有油动机的连接座
-密封
0.1.2.2.3.调节阀杆和导向套筒
司太立合金套筒安装在阀杆的所有承受磨擦的部位（导向套和调节阀的移动密封环）
0.1.2.2.4.套筒
每一个调节阀杆由两个导向套筒定位，一个位于阀碟端，另一个位于阀盖处，移动部分由具有良好抗拉、抗磨擦性能的导向套导向。
0.1.2.2.5.阀碟和阀座
除高压调节阀阀杆、阀碟和中压调节阀的阀杆、阀碟外，高、中压主汽阀的阀碟、阀座接触面采用司太立合金。
-为保证汽流和压降的可靠性，阀碟、阀座和阀体的型线经过详细的计算。
-在蒸汽流动过程中，由以下几点保证机械可靠性：
.可靠的气动型线
.预启阀碟采用渐缩的型线，悬臂式安装。
.精确的通流截面
.承压套筒内的套筒保护阀杆
0.1.2.2.6.安装与维护
移动部分（阀杆、阀碟、套筒、密封装置）安放于承压套筒内，使安装和维护更方便。
通过密封连接或螺栓连接使承压套筒置于阀体之中
螺栓紧力通过加热螺栓伸长而获得
螺栓采用高性能材料，螺体伸长量受到控制
采用螺栓连接形式的承压套筒和阀体接合面保证加工精度，以保证金属加工面的面与面接触的严密性。
0.1.2.2.7.移动部分的密封
-蒸汽泄漏
在过盈和间隙配合位置，蒸汽的泄漏通过承压套筒内的导向套进入轴封系统，有三种方式防止蒸汽泄漏至外部：
汽封系统
高压调节阀共有两档蒸汽泄漏，其中远离大气侧一挡蒸汽泄漏被导向与低压密封管路连接的腔室，汽压稍高于大气压力。
靠近大气侧泄漏被被导向汽封冷却器，汽压稍低于大气压。
高压主汽阀阀杆漏汽与低压密封管路相连
中压主汽阀、调节阀漏汽与汽封冷却器相连。
导向套筒
阀杆和导向套筒的间隙起节流作用，限制蒸汽泄漏。
高压调节阀还有一系列浮动密封环安装于阀杆上，以限制蒸汽泄漏。
密封
遮热屏的密封圈压盖接触起密封作用。
0.2.油动机的连接
0.2.1.阀盖
油动机装在与进汽阀承压套筒相连的阀盖上
0.2.2.遮热屏
遮热屏与承压套筒相连，以限制阀体与油动机的热交换
0.3.进汽阀在汽轮机周围的布置
-沿汽轮机轴线对称布置，阀体离汽缸进汽口尽可能的近。
-与汽轮机轴线高度一致，以方便安装和维护
0.4.进汽阀的支撑
A螺钉B螺钉
C下部转动接头D支杆
K上部弹簧座J下部弹簧座
E螺母G弹簧
H套管
0.4.1.作用
下部转动接头通过底板与基础相连，由螺栓限定水平位置。
下部转动接头（C）上的支杆（D）通过以下方式与阀门支座相接：
-用螺母E调整下部弹簧座J
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