性设计 (参见表 1) 。由于补汽阀相当于第 3 个调 节阀 ,其控制及功能均与主调门一样 ,实际运行中 可随时调整开启点 (参见表 2) ,当然这时经济性 将可能达不到最佳 。
表 1 外高桥三期与玉环补汽匹配原则比较1)
玉环
外高桥三期
运行工况 功率 流量 进汽压力 补汽 功率 流量 进汽压力 补汽 / MW / t ·h - 1 / MPa / % / MW / t ·h - 1 / MPa / %
西门子 的 膨 胀 系 统 设 计 具 有 独 特 的 技 术 风 格:
(1) 轴承座为落地式设计 ,直接落在基础上 , 为无垫铁 、无台板结构形式 。
(2) 所有高中压汽缸和低压的内缸均通过轴 承座直接支撑在基础上 ,汽缸不承受转子的重量 , 变形小 ,低压的内缸并以推拉装置与中压外缸相 连 ,易保持动静间隙的稳定 。
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2005 年第 4 期
上海电力
工程与技术
比较紧凑 ,主要还可减少基础变形对于轴承荷载 和轴系对中的影响 ,使得汽机转子能平稳运行。 这样转子之间容易对中 ,不仅安装维护简单 ,而且 轴向长度可大幅度减少 。与其他投标商的四缸四 排汽机型相比 ,西门子汽轮机的轴向总长要短 8 ～10 m ,轴系特性简单 ,厂房投资可下降 。
2 号轴承座位于高压缸和中压缸之间 ,是整 台机组滑销系统的死点 。在 2 号轴承座内装有径 向推力联合轴承 。因此 ,整个轴系是以此为死点 向两头膨胀 ;而高压缸和中压缸的猫爪在 2 号轴 承座处也是固定的 。因此 ,高压外缸受热后也是
图 3 汽缸膨胀传递方式示意图
1. 4 低压外缸与凝汽器刚性连接 由于低压内缸膨胀方式的特殊处理 ,使得低
工 况
THA TMCR TRL VWO 80 %THA 50 %THA
玉环 (从 THA 开始补汽)
7 314 7 346 7 584 7 363 7 384 7 651
外高桥三期(从 TMCR 开始补汽) 7 320 7 311 7 549 7 331 7 391 7 658
西门子的补汽阀设计原则和技术将提高机组
开启前所有工况的经济性 ,但是一旦开始补汽 ,机 组的经济性将随补汽量增加而下降 。然阀门全开 (V WO) 工况主蒸汽量增加 8. 24 % ,但是出力仅 增加 5. 22 % ,这是补汽阀的不足之处 ,为此我们 决定补汽阀开启点为汽机最大连续出力 ( TMCR) 工况后 (进汽压力滑压至 27 M Pa) ,以保证机组经 济性 (见表 2) 和避免补汽阀频繁开启 。 1. 6 末级 1 146 mm 长叶片
德国西门子公司大容量燃煤火电机组汽轮机 的设计理念 ,与日本 (多为双轴机组) 、美国相比有 着很大的差别 ,目前走在了国际上的前沿 。下面 以上海外高桥电厂三期 2 ×1 000 MW 超超临界 汽轮发电机组为例 ,介绍西门子公司 1 000 MW 超超临界汽轮机的设计和安装技术特点 。
1 设计技术特点
工程与技术
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2005 年第 4 期
西门子 1 000 MW 超超临界汽轮机的技术特点
华 洪
(上海外高桥第三发电有限责任公司 ,上海 200137)
摘 要 :德国西门子公司的大容量燃煤火电机组汽轮机的设计理念与其他制造厂相比 ,有其特点 。文章以上 海外高桥电厂三期 2 ×1 000 MW 超超临界汽轮发电机组为例 ,介绍了西门子 1 000 MW 超超临界汽轮机的 汽缸积木块设计 、汽缸间单轴承支撑设计 、膨胀系统设计 、低压外缸与凝汽器刚性连接 、全周进汽滑压运行与 补汽阀调频技术 ,以及末级 1 146 mm 长叶片的设计技术特点 ,并对其安装技术特点进行了分析 ,可供今后同 类型机组安装调试及技术引进工作参考 。 关键词 :1 000 MW ;超超临界机组 ;汽轮机 ;膨胀系统 ;补汽阀 中图分类号 : T K263 文献标识码 :B
为保证汽轮机有较长的寿命 ,低压末级及次 末级叶片必须具有必要的抗应力腐蚀及抗水蚀措 施 ,汽轮机设有足够的除湿用的疏水口 。超超临 界机组由于压力的原因 ,其低压缸的排汽湿度比 同样进汽温度的亚临界机组要大 ,从安全性 、经济 性的角度 ,更应注重抗水蚀和抗腐蚀技术的应用 , 西门子公司末级叶片抗水蚀方式为 :
VWO 1 049. 8 2 953 26. 25 8. 05 1 059. 974 2 954. 9 27. 000 3
注 1 : 外高桥三期与玉环项目相比 ,各工况流量基本相 等 ,之差仅为 0. 06 %～0. 17 % (1. 9 t/ h～4. 9 t/ h) 。
表 2 玉环与外高桥三期不同补汽热耗汇总 kJ / (kW ·h)
虽然世界上各公司长叶片的技术贮备已很充
分 ,但真正有运行业绩的长叶片并不多 。西门子 公司在目前外高桥二期项目应用的低压缸 N30 积木块的末级叶片长度为 1 146 mm 。作为四缸 超超临界汽轮机的技术支撑 ,低压缸 1 146 mm 末级长叶片乃是一大技术设计亮点 。该叶片是目
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前世界上已定型并批量生产的最长的全速汽轮机 叶片 。该型叶片最早于 1997 年安装丹麦发电厂 , 至今已有 7 年多的安全运行记录 。
由于所有的轴承座均直接支撑在基础上 ,因 此低压外缸可与凝汽器刚性连接 ,低压缸真空的 变化将不会影响动静间隙 。 1. 5 全周进汽滑压运行与补汽阀调频技术
全周进汽不存在其他机型调节级强度和进汽 不均诱发汽隙激振的问题 ,西门子公司采用了补 汽调节阀技术 :在主汽门后配置第 3 个补汽调节 阀 (见图 4) ,大于额定流量时 ,由该调节阀补汽进 入高压第 5 级后 ,补汽阀技术可使额定及低负荷 同时处在最佳的状态 ,而且还使滑压运行机组能 在无节流状态下具有调峰功能 。全周进汽的滑压 运行 + 补汽阀的模式解决了保持额定负荷及低负 荷的高效率 、在非节流状态下的调峰功能 、第一级 叶片安全可靠性及避免进汽不均对转子的附加汽 隙激振等四大技术问题 。采用补汽阀技术最大的 优点是不需主调门节流调频 ,不会因 5 %节流调 频 ,丧失 5 %的通流能力 ,从而提高了机组实际运 行的最大出力余量 。
THA
1 000. 0 2 733 26. 25 0. 0 1 000. 000 2 738. 0 25. 863 0
TRL (夏季) 1 000. 0 2 864 26. 25 4. 8 1 007. 878 2 868. 9 27. 000 0
TMCR 1 000. 0 2 733 26. 25 0. 0 1 040. 586 2 868. 9 27. 000 0
采用单轴四缸方案 ,在技术上有其优势 。作
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为 1 000 MW 容量的单轴 50 Hz 主频机组 ,世界 上尚无已投产的同等容量单轴汽轮发电机组的先 例 。四缸与单轴五缸方案相比 ,轴系明显缩短 ,作 为特大容量的机组 ,这有利于轴系的稳定 。
图 1 西门子汽缸积木块机组布置
西门子积木块化设计机型中 ,无论是单轴 、四 缸的总体布置 、轴系特性 ,还是超超临界高压缸及 中压缸的参数 、材料 、结构形式 、低压缸 1 146 mm 长叶片等技术 ,均有成功的应用业绩 ,所有的技术 既是先进的 ,又是成熟可靠的 ,通过这些技术的最 优组合 ,使西门子机型的总体性能达到世界一流 的先进水平 。 1. 2 汽缸之间的单轴承支撑设计
(1) 低压长叶片采用抗腐蚀性能更好的 172 4 P H 材料 。
(2) 结构上有足够的疏水槽 。 (3) 有相当大的轴向间隙 ,这是公认十分有 效的防冲蚀措施 。 (4) 末级静叶采取空心叶片结构 ,有抽吸槽 将水分抽出 。 (5) 末级动叶片采用新型的激光表面硬化技 术 。激光硬化的最大优点在于 ,它与其他技术不 同 ,在表面形成压应力不但不会降低 ,反而有利于 提高材料的抗疲劳强度和抗应力腐蚀能力 (其他 技术一般下降 20 %～50 %) 。
压外缸与凝汽器的连接 ,不同于传统的刚性 (凝汽 器) 基础加柔性连接或弹簧基础加刚性连接方式 。 它采用了刚性基础 、刚性连接的特殊方式 。由于 在运行时 ,低压外缸相对于轴承 、中心导杆 、推力 螺栓等存在着三维的膨胀 ,且此膨胀量和膨胀方 式与转子和内缸又完全不同 ,故西门子配置了一 系列的柔性波纹管解决相对膨胀 (包括内 、外缸之 间 ,轴封处 ,导汽管 、中心导杆和推力螺栓等) 的吸 收和密封问题 。
以 2 号轴承座为死点只向机头方向膨胀 。而中压 外缸与中压转子的温差远远小于低压外缸与低压 转子的温差 。因此 ,这样的滑销系统在运行中通 流部分动静之间的差胀比较小 ,有利于机组快速 启动 。汽缸膨胀传递方式如图 3 所示 。
图 2 西门子机组轴系示意图
采用单支点轴系 ,还带来其他一系列好处 ,如 轴承负荷稳定 ,不受膨胀变化影响 ;能避免油膜振 荡 ;补偿基础变形能力强 ;临界转速易于设计计 算 ;轴系中心易于校正 ;轴承磨擦损失和润滑油量 小等 。 1. 3 独特的膨胀系统设计
西门子四缸机型采用一只高压缸 、一只中压 缸和二只低压缸串联布置 (见图 1) 。汽轮机 4 根 转子分别由 5 只径向轴承来支承 ,除高压转子由 2 个径向轴承支承外 ,其余 3 根转子 ,即中压转子 和 2 根低压转子均只有一只径向轴承支承 ,整台 机组包括发电机和励磁机在内共 8 道轴承 (见图 2) 。对于单轴特大型机组来说 ,为确保轴系的稳 定性 ,应最大限度地缩短轴系长度 。从这点出发 , 单支点轴系是最优选择 ,这种支承方式不仅结构
1. 1 汽缸积木块设计 西门子公司百万等级超超临界汽轮机设计都
为单轴 、四缸四排汽机型或单轴 、五缸六排汽机 型 。根据西门子汽缸的积木块设计体系 ,机组总 体型式为 HMN 积 木块 组合 : 一 个单流 圆筒 型 H30 高压缸 ,一个双流 M30 中压缸 ,根据排汽容 积流量的大小 (背压及功率) 可选配 2 个或 3 个 N30 双流低压缸 。西门子公司以末级叶片长度达 1 146 mm 作为技术支撑的单轴四缸方案 (见图 1) ,比其他投标商的双轴机组或单轴五缸等方案 在价格上更具有竞争力 。