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第39卷第4期2010年12月热力透平THERMALTURBINEVO139NO4DEC2010300MW汽轮机的通流部分改造张东梅,张岚上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂,上海200240摘要主要介绍了望亭电厂11号300MW汽轮机的通流部分改造,通过对高中压缸汽封等进行改进、改型,表明漏汽量大大减少,汽缸效率提高,热耗、煤耗降低,从而达到降低发电成本的目的。本文改造事例证明,该项目在技术上首次综合应用迷宫式蜂窝汽封和布莱登汽封,并在喷嘴组下半水平结合面增加密封键,已取得显著效果。为后续通流改造项目提供了成功的经验。关键词300MW汽轮机;通流部分;改造;效率提高中图分类号TK267文献标识码A文章编号16725549201004025503FLOWPATHRETROFITTINGOFA300MWSTEAMTURBINEZHANGDONGMEI,ZHANGLANSHANGHAIELECTRICPOWERGENERATIONEQUIPMENTCO,LTDSHANGHAITURBINEPLANT,SHANGHAI200240,CHINAABSTRACTTHEFLOWPATHRETROFITTINGOFTHE300MWSTEAMTURBINEINWANGTINGPOWERPLANTNO11UNITISMAINLYINTRODUCEDTHEIMPROVEMENTANDRETROFITTINGHAVEBEENCARRIEDOUTFORHPIPSEALINGETCTHERESULTSSHOWTHATTHESTEAMLEAKAGEISGREATLYIMPROVEDANDTHECYLINDEREFFICIENCYALSOINCREASEDSOTHATTHETARGETOFCOSTEFFECTIVENESSHASBEENACHIEVEDTHERETROFITTINGCASEINDICATESTHATSIGNIFICANTEFFECTHASBEENOBTAINEDSINCEHONEYCOMBLABYRINTHSEALANDBRANDONGLANDSEALWEREFIRSTAPPLIEDANDSEALKEYWASPROVIDEDATTHELOWERHORIZONTMJOINTOFTHENOZZLEBLOCKALSO,THISSUCCESSFULEXPERIENCECANBECONSIDEREDASREFERENCEFORFOLLOWUPFLOWRETROFITTINGPROJECTKEYWORDS300MWSTEAMTURBINE;FLOWPATH;RETROFITTING;EFFICIENCYIMPROVEMENT1机组介绍望亭电厂11号机组是上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂制造的国产引进型300MW亚临界汽轮机,该机组于1997年6月正式投入商业运行。长期运行后,机组受动、静汽封磨损,通流部分结垢等因素影响,整个机组的运行性能水平较差,高、中压缸效率远低于设计值,2008年的实际运行供电煤耗比设计值高9以上。根据电厂提高效率,降低热耗煤耗的要求,在尽可能使现有机组缸体结构保持不变的基础上,2009年8月,我们对本机组通流部分进行了改造,并取得预期效果。本文以望亭电厂11号300MW汽轮机为改造事例,叙述了本改造项目的成功案例,其改造措施可供同类机组参考。2改造内容21高中压缸汽封改进、改型缸效率降低、热耗增加的原因之一是汽封间隙及漏汽量偏大,为此,我们对高中压缸汽封作了如下改进、改型1迷宫式蜂窝汽封的应用改造中压2号静叶持环汽封时,在不改变原装配方式和定位的情况下采用了高低齿迷宫式蜂窝汽封,如图1所示。主要设计思想是在原迷宫结构中,保留高齿,在低齿地方用蜂窝带填满。高低齿迷宫式蜂窝汽封是蜂窝技术和迷宫汽封的结合,其密封效果是迷宫效应和蜂窝效应的综合组成。该结构有以下优点1汽封的密封原理是通过多级节流膨胀以收稿日期20100701修订日期20100810,作者简介张东梅1978一,女,毕业于哈尔滨工程大学热力涡轮机专业,学士,工程师,从事大型火电汽轮机设计开发工作。张岚1979一,女,毕业于合肥工业大学热力动能专业,学士,工程师,从事汽轮机设计开发工作。III囫第4期300MW汽轮机的通流部分改造汽流万同图1蜂窝汽封结构示意图消耗汽流能量而产生阻尼效果,从而达到减少蒸汽沿轴向问隙泄漏之目的。传统迷宫式汽封由于齿问为环形腔室,环向流动大大减少了涡流降速效果,其阻汽效果较差,泄露量较大,无法达到理想的密封效果;而迷宫式蜂窝汽封由于无数个蜂巢棱状的正六边形小孔芯格的综合阻滞作用,致使进入密封腔室内的汽流能量迅速耗散,并在蜂窝孔端部与轴径表面的缝隙问由轴高速旋转产生一层汽膜直接阻止了汽流的轴向流动,以上两种阻尼相叠加产生了较强的阻尼,使湍流阻尼作用更强,汽流速度降低更大,从而达到良好的密封效果,如图2所示。在同样的压力和间隙条件下,迷宫式蜂窝汽封与传统迷宫式汽封相比,可减少约3050的泄漏损失。图2蜂窝汽封密封原理不意图2蜂窝带边缘很薄,如果直接受汽流冲刷容易损坏,所以在高压侧,在最外边保留了高齿起到保护作用,有效地防止了工质对蜂窝带边缘的冲刷伤害。3在安装过程中,高齿高度大于蜂窝带,因此可以有效地避免蜂窝带被异物撞击损坏。4由于没有改变原汽封环的装配方式和定位方式,而改造后又采用可调整式,因此现场可以方便快捷地进行调整安装,大大缩短了改造工期。2布莱登汽封的运用改造中,高压进汽平衡活塞、高压排汽平衡活L圈囊塞和中压进汽平衡活塞处采用了布莱登汽封。布莱登汽封取消了传统汽封背部的板弹簧,取而代之的是在每圈汽封固定弧段端面处加装了4只螺旋弹簧,被称作布莱登弹簧,如图3所示。布莱登弹簧和弹簧孑L深将根据每级汽封所受压力的特性来精确计算。自由状态下,在弹簧弹力的作用下汽封弧块处于张开状态而远离转子;机组启机时,随着蒸汽流量的增加,作用在每圈汽封弧块背部的蒸汽压力逐步增大,当这一压力足以克服弹簧应力、摩擦阻力等时,汽封弧块开始逐级关闭,直至全部汽封处于工作状态,始终保持与转子的最小间隙值运行;停机时,随着蒸汽流量的减小,在弹簧力的作用下,汽封弧块远离转子,使汽封与转子的径向间隙达到最大值。由于机组超过临界转速时振动最大,因此汽封最大的磨损发生在机组启停机时,尤其是在冷态的启动过程中。布莱登汽封通过机组在启动停机过程中蒸汽参数的变化,自动调整汽封与转子的工作间隙,在机组启停机过程中间隙较大,从而有效地避免转子与汽封的摩擦,在机组正常运行时间隙较小,减少了蒸汽的泄漏。工作时汽封辨汽侧视图图3布莱登汽封3高压隔板汽封的更换高压隔板汽封磨损使隔板汽封与转子之间的间隙变大,漏汽量增加,改造时,对该部分汽封进行了全部更换,使汽封径向间隙恢复到设计值,这对提高高压缸效率起到了积极作用。4高压喷嘴组改进望亭电厂LI号机组原喷嘴型号为21951,本次喷嘴改造只改喷嘴,不改动叶,主要考虑到最新型的动叶叶根是三叉三销结构,无法安装在现300MW汽轮机的通流部分改造热力透平高压转子上,而只能安装在现高压转子上的动叶,相对于现动叶,其效率提高仅有03。所以此次改造只改喷嘴。喷嘴组优化的主要内容是1在喷嘴顶部增加了3圈汽封环,并将汽封径向间隙从25RAM减小至12RAM,大大减少了漏汽;2适当调整喷嘴通流面积,尽量使机组在满负荷时除一个调门关闭外其余调门处于全开位置,减少调门节流损失;3喷嘴材料升级,将原材料1CR12MO改为2CRL2NIMOLW1V,增强了叶片对蒸汽中颗粒的抗冲刷能力;4在喷嘴组下半水平结合面增加了密封键,使漏汽减少。此次望亭改造是首次在喷嘴组中采用密封键,并取得良好效果,完全可以直接推广到后续改造项目中。22高压进汽插管结构改进高压进汽插管在钟罩式密封环外侧增加了两道压力密封环,密封环有缺口的那个端面朝着漏汽汽流的方向,使密封环没有缺口的那个端面在蒸汽压力的作用下紧贴密封环槽的端面以形成有效密封,防止蒸汽外漏,如图4和图5所示。图4改造前高压进汽插管23中低压连通管改型在早期的300MW机组中,中低压连通管仍然采用老式弹性补偿板结构,此次改造是更换为新型虾米弯设计和带波纹管膨胀节形式的连通管。通过在每个斜接的弯管中装入一组导流叶片环使汽流平稳地改变方向。在低压进汽口前后部图5改造后高压进汽插管位,连通管上有两个波纹管组件,用大拉杆拉住,形成压力平衡膨胀节。由波纹管组件来吸收热胀变形,而由拉杆来承受汽压产生的力D压力平衡膨胀节通过冷拉,减小了在汽轮机运行期间连通管的应力和汽缸的作用力。所以该新型中低压连通管具有压损小、热应力小的特点。而冷拉在制造厂内就可以进行,无须在现场冷拉,这使得安装时间减少,改造工期缩短。图6所示为中低压连通管改造前后对比图。萨改造前改造后图6中低压连通管改造前后对比图3改造后效果通过以上内容的改造,机组漏汽量大大减少,高压缸效率提高了151,中压缸效率提高了334,热耗降低了182KJKWH,使发电煤耗下降了61GKWH左右,若按年发电量17亿KWH计算,每年可节约标煤10370吨左右,CO2排放量约减少27000吨、SO排放量约减少169吨、NOX排放量约减少73吨。改造后效果表明,设备运行更加安全可靠,经济效益和社会效益明显4对后续通流改造项目的意义该项目成功完成了对望亭电厂11号汽轮机组通流部分的改造,使通流部分径向下转第273IY甏蠢L团变转速500MM叶片的强度振动有限元分析热力透平自锁叶片考核的重点。为了准确获得工作转速下围带、凸台的接触状态,本文用有限元方法对围带、凸台的紧度进行了分析。表2列出了几个接近锁紧的转速下围带和凸台的接触应力。表2主要转速下围带和凸台的最大接触应力内弧侧围带背弧侧围带内弧侧凸台背弧侧凸台转速RMIN最大接触最大接触最大接触最大接触应力MPA应力MPA应力MPA应力MPA由表2数据以及专用程序的计算结果均得到了如下一致的结论按500MM叶片的设计间隙,凸台上的接触应力大于围带的接触应力;凸台比围带先锁紧。如何判断叶片已处于整圈锁紧状态,工程上有各种经验准则,例如根据不同叶片动振动试验的转速和频率特性数据,可将接触应力达到11MPA以上作为判断相邻围带、凸台之间已经锁紧的准则。从表2可见,按此准则,2400RMIN时围带和凸台已经锁紧,满足该变转速叶片最低工作转速为2800RMIN的设计要求。锁紧状态分析表明,叶片围带和凸台的间隙设计是合理的。上接第257页间隙减小,漏汽量大大减少,降低了热耗、煤耗,同时提高了汽缸效率,达到了低发电成本的目的。尤其是迷宫式蜂窝汽封和布莱登汽封的综合应用,以及在喷嘴组下半水平结合面增加了密封键,成为了此次改造的关键技术,在我厂尚属首创。根据经济持续发展的要求,“节能减排”已成为电力企业的一项重要工作内容。在这种形势下,我国建设比较早的大批300MW机组由于运行时间长,系统及通流部分由于动、静汽封磨损严重等原因,致使运行热耗和煤耗指标明显上升,这已成为电力企业关注的重点。本改造项目的成功提供了一个行之有效的解决案例,所采用的改造4结论1应用ABAQUS程序,采用八节点减缩积分单元以及相邻围带、凸台接触面之问干摩擦力作用的边界设置对超超临界1000MW机组给水泵汽轮机的末级500MM叶片进行了振动特性计算。频率特性与专用设计程序的结果基本一致。2接触应力计算表明在2800RMIN转速,500RAM叶片已为整圈连接。给水泵汽轮机设定的工作转速范围28006000RMIN是合适的。3计算结果表明在3800RMIN、4600RMIN及6000RMIN附近将分别出现1阶6、5、4节径,3个三重点共振点。按变转速运行的特点,500MM叶片不可避免地在这3个三重点共振转速下运行,从安全性角度,下一步有必要采用ABAQUS程序进行动力响应的分析计算。参考文献1程凯,彭泽瑛复杂阻尼结构对91OMM整圈自锁叶片振动特性的影响J热力透平,2007,3631581632褚玉喜,陆伟整圈自锁叶片的设计及其动静频试验J上海汽轮机,20023L5203刘展ABAQUS66基础教程与实例详解M

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