超超临界660MW汽轮机本体.ppt

超超临界660MW汽轮机本体 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机本体 CompanyLogo 超超临界技术的发展 何为超超临界参数 Pc 22 115MPa Tc 374 15 超超临界参数是商业性的称谓 CompanyLogo 超超临界技术的发展 CompanyLogo 超超临界技术的发展 1957 1960 1990 2008 世界超超临界技术的发展 超超临界参数1957年美国Philo电厂125MW蒸汽参数 31MPa 621 566 566 超临界参数 24 1MPa 538 温度参数 538 566 600 压力参数 24 1MPa 24 5MPa 25MPa 26MPa 26 5MPa 29MPa 31MPa 美国德国 美国欧洲日本 德国日本 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机的技术特点 基本技术特点HMN模块化设计单轴 四缸四排汽无中心孔整锻转子3DV叶片变反动度设计单轴承支撑无台板 轴承座整体灌浆凝汽器与外缸刚性连接无导汽管 单联通管可靠性高 大修时间长 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机的技术特点 从进口至出口逐段高效 低损失结构对比 相同叶片气动技术条件下 热耗至少要低150kJ kWh 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机的技术特点 1 蒸汽参数遥遥领先 26 25MPa 14kJ kWh27MPa 22kJ kWh28MPa 33kJ kWh 现有圆筒型高压缸释放的设计压力为28MPa 其他机型25MPa为极限 按1MPa 0 15 热耗计算 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机的技术特点 调节级双流程 叶高小 端损大幅增加 效率至少5 此外还有180度大回转的1 附加压力损失 2 独特的单流程小直径高压缸 传统结构超超大于700MW采用双流调节级 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机的技术特点 3 只有两个调门侧向进汽 全周进汽 无蒸汽室 通道简捷损失少1 全周进汽比75 进汽效率高2 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 CompanyLogo 超超临界660MW汽轮机的技术特点 对流量余量很大机组 全周进汽配套的标准设计相当于主汽门后的第三个 高负荷调节阀 4 独特的补汽阀技术 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 CompanyLogo 5 全周进汽的定 滑 定运行模式 补汽阀相当于第3个调节阀 使额定工况主汽压力达到额定值 但又保持了全周进汽高可靠性的特点 额定负荷 传统机型调节级强度限制 660MW机组最小进汽度必须大于75 75 进汽度与带旁通补汽阀全周进汽相比 已不存在滑压压力高 热循环效率高的优点相同的负荷 定滑定压力特性 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 6 斜置静叶级 流道简捷 无径向漏汽损失 端损小 效率高 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 7 所有叶片级都采用弯扭 马刀 型全马刀使级效率提高2 采用变反动度技术 使缸效率再提高1 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 8 通流部分的独特结构 小直径 多级数各级转子均有汽封除低压端外 全部采用 T 型叶根 漏汽损失小 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 9 IP进汽段 再热主调门直接与汽缸相连 无蒸汽管道损失 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 10 单个大口径排汽及单联通管 压力损失系数仅0 6 其他2 以上 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 11 低压末级叶片采用914 4长叶片 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW等级汽轮机末级动叶片采用914 4mm叶片 轴向排汽面积7 66m2 叶片材料为X10CrNiMoV 12 2 2 5 根径为1630mm 叶片为自由叶片 叶片进汽边采用激光硬化 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 12 LP马刀型空心静叶片 提高根部反动度 防水蚀空心静叶 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 13 最佳的热力系统配置 末两级低加进入外置疏水冷却器 布置在底部 6低加采用疏水泵 结构设计体现明显的高效率 低损失优势 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 独特结构的高效率技术结汇总 1 更高的蒸汽压力 2 单流程高压叶片通道 3 只有两个调门的全周进汽 4 旁通过载补汽技术 5 无导汽管 阀门直接与汽缸相连 6 第一级斜置静叶 7 全马刀型叶片 8 通流部分独特结构 小直径 T型叶根 新型汽封 9 两个再热门直接与汽缸连接 10 双流斜置静叶级 11 单个大口径连通管 压损仅0 6 12 660MW等级完整的长叶片系列 13 低压马刀型静叶 14 疏水泵及外置式疏水冷却器 15 现场性能试验的验证 从蒸汽进口开始整个流程过程的每一段都具有明显低损失的特点 累计约2 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 圆筒外缸小尺寸无水平中分面 应力低 分前后缸 轴向力小 圆筒内缸有水平中分面 但无法兰外伸端 尺寸小 光滑圆形 应力低 内 外缸螺栓应力低 无高应力的高温蠕变问题 快速启动 12年大修 可采用更高的压力 耐更高的高压排汽温度 更高的旁路压力 FCB无时间限制 1 独特的圆筒型高压缸 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 第四级后蒸汽引入内外夹层中 内外缸分别承受部分压差 对内缸起到冷却作用 对转子冷却作用 冷却直径最大 应力最大的转子平衡活塞 2 独特的高压转子自冷及压力载荷分配结构 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 内缸轴向力对外缸起自紧密作用 减少螺栓应力后缸可不采用高温的9 10 钢 3 独特的前后圆筒高压外缸结构 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 4 防颗粒冲蚀设计技术 独特结构的高可靠性 高中压第一级为反动式叶片级 大幅度降低静叶出口速度及提高动叶进汽角 有效避免对动叶以及汽流反射对静叶出汽边的冲蚀 高中压第一级45度斜置的整体静叶 无径向漏汽损失 无汽封端的冲蚀 静动叶片的轴向距离大 减小颗粒的冲蚀能量 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 5 独特的细孔大面积永久性滤网 1 6mm细孔永久滤网 总面积为阀门的7倍 不需配临时性滤网 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 所有汽缸通过猫爪支撑在轴承座上 滑动面小 膨胀阻力小 滑动非常顺畅 可以快速启动所有轴承座全部落地固定 与其他轴承座膨胀以及低压轴承座缸式机型相比 轴系尺寸稳定 振动非常小 可靠性极高动静死点同在高中压之间 汽缸与转子同方向膨胀 差胀非常小 中压外缸与低压内缸 低压内缸之间推拉杆联动 即使3个低压缸 也能保持很小的差胀 6 独特的支撑及膨胀滑销系统 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 7 低压缸外缸支撑在凝汽器 低压外缸现场焊接 和凝汽器刚性连接 减少了基础载荷 凝汽器真空变化不影响内缸及转子变形 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 8 独特的中压切向旋涡冷却技术 利用涡流原理降低温度约15度 满足较高再热温度的要求 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 9 独特低的中压排汽压力 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 10 独特的轴系稳定特性设计 单轴承支撑 轴承数量少3个 轴系短8 10米 转子支撑落地 不受背压变化及汽缸变形影响 机组的轴系稳定 全周进汽无汽隙激振源 单轴承比压大 采用高粘度油 抗干扰稳定性好 高压转子刚性大 临界转速比其他高20 抗汽隙激振的稳定性好 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 11 预扭安装叶片 低动应力 叶片宽度小 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 12 独特的末级叶片激光硬化技术 硬度达到500HV以上 保持硬化区的韧性抗应力腐蚀能力不下降形成压应力提高抗疲劳能力 独特结构的高可靠性 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 独特高可靠性技术结构汇总 1 高压圆筒低应力结构 2 高压缸自冷结构 3 高压前后外缸自紧结构 4 独特的防硬质颗粒冲蚀结构 5 大面积细孔永久滤网 6 独特的支撑膨胀系统 7 低压内缸落地结构 8 外缸与凝汽器刚性 9 中压进口切向涡流冷却 10 独特的低中压缸排汽压力 11 独特的轴系稳定性 12 预扭叶片 13 独特的防水蚀结构 14 独特的末级激光硬化技术 超超临界660MW汽轮机的技术特点 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第一节概述石二二期660MW汽轮机是由上海汽轮机有限公司和德国西门子公司联合设计制造的超超临界 一次中间再热 单轴 四缸四排汽 双背压 八级回热抽汽 反动凝汽式汽轮机 型号 N660 25 600 600 设计额定主汽压力25MPa 主汽温度600 再热蒸汽温度600 末级叶片高度914 4mm 汽轮发电机组设计额定输出功率为660MW 保证热耗为7391kJ kWh TMCR功率为694 7MW VWO功率为717 7MW CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第二节汽缸与滑销石二二期二期两台660MW机组的汽轮机由一个单流筒型高压缸 一个双流型中压缸和两个双流型低压缸组成 其中高压缸通流级数为17级 中压缸通流级数为2x15级 低压缸通流级数为2x2x6级 高中压汽缸直径小 结构紧凑 应力低 整体装配发运的高中压缸也提高了机组的可靠性 石二二期高压缸设计效率为90 05 中压缸设计效率为92 96 低压缸设计效率为89 77 89 88 汽轮机总效率为90 65 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 汽轮机高压缸超超临界压力汽轮机的高压缸结构从图中可以看出 该高压缸采用单流 双层缸设计 其双层缸由静叶持环组成的内缸和筒形外缸组成 高压缸内不设隔板 反动式的静叶栅直接在内缸上 外缸为桶形设计 由垂直径向中分面分为进汽缸和排汽缸 内缸为垂直纵向平分面结构 采用这种设计 可以减小缸体重量 提供良好的热工况 另外 内 外缸都采用轴对称设计 因而避免了不利的材料集中 各部分温度可保持一致 也就能始终维持轴对称状态 且起停或变工况时的热应力也会很小 主蒸汽从两侧通过两只联合汽门 主汽门和调节汽门 进入高压缸 在高压缸的前端通过二根排汽支管向下排至冷再热管道 高压缸进汽连接部位如图所示 两只联合汽门装设在高压缸的侧面 高度与汽轮机轴线高度相同 通过螺纹连接到外缸上 采用扩散式进汽喷嘴 将压力损失降到最低 主蒸汽从两个进汽口进入静叶持环 然后由两根带半螺旋结构的导汽管送至具有全周进汽部分的第一级静叶片 半螺旋导管可以确保蒸汽的最佳分配 这是保证第一级叶片负荷均匀的前提条件 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 汽轮机高压缸部分属于底排汽型 排汽口位于汽轮机下方 通过焊接连接高压排汽管线 与冷再热管道连接 高压缸内设第一级抽汽口 供给1号高压加热器 2级回热抽汽采用高压缸排汽 供给2号高压加热器 为防止高压缸在空转或低负荷时由于鼓风作用而产生过热 在高压缸排汽管道上设置了到凝汽器的泄放阀 当高压缸排汽温度达到最高允许温度时 将开启此泄放阀 以降低高压缸的排汽温度 排气通风阀的作用有二 其一是用中压缸启动时 高压缸内应抽真空 目的是使高压缸内尽量少有蒸汽或空气以减少鼓风 否则高压转子工况恶化 超温 高中压缸涨差不好控制 其二汽机跳闸后 打开通风阀 快速的将高压缸的剩余蒸汽排向凝汽器 在汽机高转速低蒸汽流量的时候 将高压尾部长叶片产生的鼓风摩擦热带走 防止高排超温的一个措施 同时还可以作为防止超速的措施 三 汽轮机中压缸660MW超超临界压力汽轮机的中压缸结构 该机组中压缸采用双流程 双层缸设计 其双层缸由水平中分式内 外缸组成 水平中分面分成上下半 双流程内缸支撑在外缸内 再热蒸汽通过装在中压缸的左右两侧的两只联合汽门 再热截止阀和调节阀 进入中压缸内缸第一个膨胀区的叶片 在内缸的上 下部分均铸有抽汽腔室 在外缸的下缸铸有抽汽支管 蒸汽由这些抽汽支管抽出 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 由于内外缸温度不同 中压缸内缸采用中分面支承方式 使内缸可以从固定点开始 沿轴向及径向各个方向上自由膨胀 从而保持汽缸与转子同心 内缸上缸的四个搁脚在同一水平面上搁置在外缸的下缸接合面上的垫片上 使垂直方向上的热膨胀从中分面处开始发生 从而使内缸与转子在这一平面上保持同心 内缸的上 下缸均设有中心定位销 用以内缸横向上的中心定位 内缸搁脚通过装在外缸下缸上的配合键固定在推力轴承侧 这样 汽缸的轴向热膨胀便从这一固定点处开始 向发电机的方向伸展 与转子的膨胀方向相同 中压缸布置有3段抽汽 其抽汽口非对称排列 第3段抽汽向3号高压加热器供汽 第4段抽汽向除氧器和给泵小汽轮机供汽 第5段抽汽向5号低压加热器供汽 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 四 汽轮机低压缸汽轮机低压缸的进汽压力 温度均较低 但低压蒸汽容积流量大 因此相对高 中压缸 低压缸的体积很大 双流低压缸是两层缸体设计 焊接的外缸 和内缸均为水平对分 低压缸顶部有跨接管路 中压缸两个排汽口的排汽分别通过两根长度不同的连通管流入两只低压缸 跨接管路垂直穿过低压外缸 通过法兰与内缸的进汽喷嘴连接 为了实现最佳配汽 并减少初级导叶级处的蒸汽损失 通流部分配有转子导流板 来自中压缸的蒸汽通过布置在汽轮机上方的跨接管道流入低压叶片前面的内缸 在内缸中的几个点处抽汽 通过抽汽管进入给水加热器或者通过凝汽器颈壁流出 蒸汽管道中装有膨胀节 以防止缸体因蒸汽管道的热膨胀而发生变形 低压缸布置有3段抽汽 其抽汽口是非对称排列 第6段抽汽向6号低压加热器供汽 第7段抽汽位于双流低压缸LPB两侧 向7号低压加热器供汽 第8段抽汽位于双流低压缸LPA两侧 向8号低压加热器供汽 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 在低压缸的末几级中 由于蒸汽的湿度较高 对末几级叶片会产生水冲击 在这个过程中 夹杂在蒸汽中的水滴 直径约为50 400 m 以很高的相对速度冲击在动叶的进汽边上 对材料造成磨损 其中相当小的水滴是无害的 但直径大的水滴则被汽流雾化后在导叶上形成水膜 导致导叶后缘的侵蚀 如果不从结构上采取适当的措施 就会在汽轮机的低压段及凝汽器区产生水蚀 为避免水冲击可采取的措施有多种 级间疏水 即在汽轮机内部装设水分离装置 由离心力甩出的水滴收集在低压缸的缸壁上 通过级间疏水抽汽口排出 在汽缸及叶片结构方面采取预防措施 即采用细的叶片后缘 优化末级静叶外形 以防止有流动死区以及形成较大的水滴 静叶和动叶之间有足够大的轴向间隙 为大水滴的加速和雾化提供足够长的路径 加热末级静叶 加热末级静叶是防止水冲击的有效方法 通过加热末级静叶 使形成于静叶上的凝结水汽化 最后一级静叶是由金属薄板制成的中空导叶 为了改善质量流量分配 提高效率 末级静叶被设计成扭叶片 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 凝汽式汽轮机在空负荷运行时 由于鼓风作用 会引起低压缸排汽部分温度上升 但温度又不允许超过一定的限值 因此在低压缸的上缸缸壁上装有温度测量仪表 其作用是监视缸壁的温度 如果温度超过允许范围 则通过喷水的方式降低蒸汽温度 为此 在低压缸端壁上装设汽缸喷水 在低压缸的适当位置上装设有向空泄放安全膜 用作安全装置的后备 其作用是防止汽缸遭受超压损害 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 五 汽轮机滑销系统1 滑销系统的作用汽轮机各部件在启动加热和停机冷却过程中必然会产生膨胀或收缩 如果这些部件得不到自由膨胀或收缩 不仅会在这些部件内部产生很大的热应力 而且还会改变动 静部件之间的对中状态和轴向间隙 严重时还会引起动静部件碰磨 酿成更为严重的机组强烈振动 因此 汽轮机必须设置滑销系统 合理地组织各部件的膨胀方向 避免破坏正常的动 静对中状态和间隙 滑销系统设计的主要任务是 保证汽轮机在启动加热和停机冷却时 其动 静部件能沿着设定的方向顺畅地膨胀与收缩 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 2 汽缸膨胀及滑销系统石二二期660MW汽轮机组的滑销系统示意图 高压缸和中压缸滑销系统高压缸前后两个猫爪 猫爪 连接在汽轮机前后座上的承重部件 并留有一定的间隙 起支撑作用 可以保证气缸在横向的定向自由膨胀 同时随着气缸在轴向的膨胀和收缩 推动轴承座向前或向后移动 以保持转子与气缸的轴向相对位置 搁置于前轴承座的猫爪上 以汽轮机中线高度为基准 由此可确定汽缸的标高 热膨胀时 高压缸猫爪可在与定位键组装在一起的滑块上水平滑动 通过弓形梁将猫爪伸进前轴承座相应的凹槽中固定住 可防止汽缸抬升 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 中压外缸由前后两个猫爪支承在2 3 轴承座的支撑点上 支承面的高度与水平中分面的高度相同 中压缸受热膨胀时 从径向推力联合轴承上的支架处开始发生轴向位移 低压缸滑销系统低压外缸焊接并支撑在凝汽器上 其横向位移从中心导承处开始发生 中心导承位于汽机轴下方 凝汽器与台板之间 汽缸垂直方向上的膨胀从台板的支架处开始发生 向汽轮机中心线膨胀 低压内缸是单层缸结构 由四个整体铸造的猫爪支承 热膨胀时可在内缸上自由移动 这四个猫爪搭在前后两个轴承座上 支撑整个内缸 持环及静叶的重量 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 3 转子对汽缸的相对膨胀汽轮机启动加热或停机冷却以及负荷变化时 汽缸和转子都会产生热膨胀或冷却收缩 由于转子的受热表面积比汽缸大 且转子的质量比相对应的汽缸小 蒸汽对转子表面的放热系数较大 因此在相同的条件下 转子的温度变化比汽缸快 因此转子与汽缸之间存在膨胀差 而这差值是指转子相对于汽缸而言的 故称为相对膨胀差 简称胀差 汽缸与转子间的相对膨胀之差 在机组启动加热时 转子的膨胀大于汽缸 其相对膨胀差值被称为正胀差 而当汽轮机停机冷却时 转子冷却较快 其收缩亦比汽缸快 产生负胀差 负胀差也说明了机组有汽缸膨胀快 转子膨胀得慢的情况 该情况发生在有法兰加热装置而使用不当的汽轮机上 本机组推力轴承设在高压缸后轴承座内 汽轮机推力轴承的位置 就是转子相对于汽缸膨胀的死点 本机组死点设在2 轴承座内 高压缸转子从推力轴承处开始朝高压缸前轴承座方向膨胀 中压缸转子则从推力轴承处开始朝发电机方向膨胀 低压缸转子在轴系膨胀作用下 从推力轴承向发电机的方向偏移 本汽轮机汽缸与转子的膨胀图 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 高压缸和高压转子从推力轴承处开始朝高压缸前轴承座方向膨胀 高压转子和高压缸之间的胀差 是由从高压缸后轴承座开始的膨胀不同而产生的 因此在距推力轴承最远的一端 高压缸的差胀最大 高压转子的膨胀量比高压缸的膨胀量小 因此出现负胀差 对于中压缸和两个低压缸来讲 差胀情况比较复杂 因为这三个汽缸均采用了双流布置 中压缸和中压转子从推力轴承处开始朝发电机方向膨胀 中压缸转子和汽缸之间的差胀 也是由从高压缸后轴承座开始的膨胀不同而产生的 因此在距推力轴承最远的一端 中压缸的差胀最大 中压转子的膨胀量比中压缸的膨胀量大 因此出现正胀差 低压缸转子和汽缸之间的差胀 是由轴的膨胀与低压内缸的位移不同而造成的 低压内缸的位移由中压外缸和低压内缸膨胀产生 中压外缸和低压内缸之间用推力螺栓联接 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第三节汽轮机转子与叶片一 汽轮机转子转子是汽轮机转动部分的总称 它负责把从喷嘴叶栅出来的蒸汽动能转变为推动轴旋转的机械能 是汽轮机的重要部件 我们知道 汽轮机是高速旋转机械 转子在高温和高湿度环境中工作 除了在动叶通道中完成能量转换 主轴传递扭矩外 势必还要承受动叶和主轴部件在旋转中产生的离心力及各部分温差引起的热应力 以及由振动产生的动应力 因此 汽轮机的转子必须要用耐热性能优良 高强度 高韧性的金属材料制造 为了保证汽轮机通流部分有较高的效率 转子和静止部件之间所留的间隙很小 如果转子上存在缺陷 就会直接影响到汽轮机运行的安全性 所以转子是汽轮机设备极为重要的部件之一 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 按主轴与其它部件间的组合方式 汽轮机转子可分为套装转子 整锻转子 焊接转子和组合转子四大类 一台机组采用何种类型转子 由转子所处的温度条件和锻冶技术来确定 石二二期二期660MW机组汽轮机转子采用的是整锻转子 锻件进口 无中心孔 汽轮机设计允许不揭缸进行转子的动平衡 厂商承诺提供的转子可以保证汽轮机在所有稳定运行工况下 转速为额定值 运行时 在任何轴颈上所测得的双振幅 水平 垂直方向 相对振动值不大于0 05mm 轴承座振动限值不大于0 025mm 各转子轴系在通过临界转速时各轴颈双振幅相对振动允许值不大于0 15mm 轴承座的振动值不大于0 075mm 石二二期660MW机组汽轮机高压转子和中压转子锻件材料均为10CrMoWV钢 其FATT 50 为脆性 50 C 该材料的FATT值优于常规1CrMoV和12CrMoV钢 同时又具有良好的高温蠕变强度 低压转子锻件材料为3 5NiCrMoV钢 其FATT 50 为脆性 10 C 具有良好的低温抗脆断性能 高压转子 中压转子和低压转子的FATT试样取自轴颈部位 以避免在转鼓中心取样造成应力的增加 FATT 脆性转变温度 低碳钢和高强度合金钢在某些温度下有较高的冲击韧性 但随着温度的降低 其冲击韧性将有所下降 冲击韧性显著下降时的温度称低温脆性转变温度 FATT 金属的低温脆性转变温度就是脆性断口占50 时的温度 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 石二二期二期两台660MW超超临界压力汽轮机为反动式 汽轮机组的轴系由1个单流程反向高压转子 1个双流程中压转子和2个双流程低压转子组成 这4个汽轮机转子均为整锻式转子 由整锻主轴及一体锻造的联接法兰和插入式叶片组成 所有转子均无中心孔 各转子之间全部采用刚性联轴器连接 采用整锻转子的目的在于缩小转子的轴向尺寸 避免套装转子可能出现的松动等不足 提高机组的负荷适应性和运行灵活性 汽轮机的每根转子分别由两个轴承支承 轴系的推力盘 轴系相对死点 设在中压转子的前端 即位于中轴承座 箱 内 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 高 中转子通流部分的主要特点有 小直径 多级数 虽然增加了制造成本 但是也提高了轮周的效率 减小了转子的应力 各叶片级与静叶对应的转子上装有汽封 形成较大的漏气阻尼 有效的减少了漏气损失 动叶基本采用 T 叶根 与侧装式叶根相比 减少了轴向漏气损失 石二二期660MW超超临界汽轮机组各转子的临界转速 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 二 汽轮机叶片1 静叶汽轮机叶片按用途可分为动叶片和静叶片两种 静叶片安装在隔板或持环上 在静叶栅中 蒸汽的压力和温度降低 流速增加 将热力势能转换为动能 汽轮机的静叶是构成汽轮机级的主要部件之一 蒸汽在静叶组成的汽流通道中膨胀加速 将热能转变成动能 从静叶出来的高速汽流进入动叶作功 推动动叶从而使汽轮机转子驱动发电机发电 石二二期二期660MW超超临界机组高压缸和中压缸的第一级静叶叶片采用斜置静叶结构 全三维马刀形叶片 效率高 漏汽损失小 叶根均采用整体正交叶根 叶片上设有整体正交围带 高中压缸的第一级设计为低反动级 其中在静叶列中完成大部分能量转换 这样静叶列的下游蒸汽温度已降低 静叶的两端受到支持以防止叶尖漏汽 并且第一列静叶的流量通过遮挡环来提高 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 2 动叶动叶片安装在转子的转鼓上 承受喷嘴叶栅射出的高速气流产生的冲击力和蒸汽在其中膨胀产生的反作用力 推动转子旋转 把蒸汽的动能和热力势能转换为机械能 动叶片的型线设计和工作状态直接影响汽轮机的工作效率 也直接影响汽轮机的经济性 另一方面 动叶片在工作过程中 承受着复杂的动 静应力 而且有的还承受着高温 高压或湿蒸汽的冲刷 工作环境十分恶劣 因此 动叶片除了要保证高的工作效率外 还应保证具有足够的安全性 包括在动静应力作用下的强度 抗振性能和抗腐蚀性能 每一只动叶片通常由叶根部分 中间体 型线部分 围带 叶顶 四部分组成 动叶片由叶根牢固地固定在叶轮或转鼓上 中间体把叶根和叶片型线部分连接成一体 型线部分用于构成汽流通道 围带用来与同一级的其他动叶片相连接 以增强抗振性能 同时起着汽道径向密封和叶栅轴向密封的作用 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 高中压缸的第一级设计为低反动级 该汽轮机高压缸 中压缸和低压缸的第一级动叶叶片采用反动度为30 40 的马刀形反动式叶片 叶根均采用整体正交叶根 叶片上设有整体正交围带板 低压动叶的第一列叶片为马刀形叶片级 设计为倒T型叶根和整体围带 最后两列动叶具有枞树形叶根 插进汽轮机轴中的轴向槽内 并用嵌缝件固定 末级低压动叶为自由扭叶片 可以承受叶根和叶尖之间相当大的转速差 不设拉筋或围带 这些扭叶片采用冲锻 叶根为枞树形叶根 装配在转子上形状与之相似的叶根槽中 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 3 石二二期660MW汽轮机组叶片石二二期660MW汽轮机组叶片是采用先进的 成熟的技术 使叶片在允许的周波变化范围内不致产生共振 关于石二二期660MW汽轮机组叶片的具体说明 高 中压第一级 高中压第一级采用了斜置静叶 这种设计不仅效率高 而且非常成功的解决了大功率超超临界汽轮机调节级的强度及机组运行的可靠性问题 其特点 a 第一组为低反动度叶片级 约20 的反动度 降低进入转子动叶的温度 b 进汽的第一级斜置静叶结构 效率高 漏汽损失小 c 滑压运行方式 大幅度提高超临界机组部分负荷的经济性 d 100 的全周进汽 对动叶片无任何附加激振力 e 滑压及全周进汽根本上消除了喷嘴调节造成的汽隙激振问题 f 滑压及全周进汽使第一级动静叶片的最大载荷大幅度下降 根本解决了第一叶片级采用单流程的强度设计问题 高中低反动式全弯曲扭动静叶片级 a 所有的叶片级全采用马刀型 b 较低的反动度叶片级 根据最佳的气动设计 已不是50 反动度的纯反动度式叶片 级的反动度控制在30 50 的水平 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 c 变反动度的设计原则 即每一叶片级的反动度是不相等的 反动度与叶片的几何尺寸 焓降 进出角特性对应的 变反动度的设计是以最佳的气动特性决定各级的反动度 而不是按统一的反动度去牺牲某些气动的性能 不同的反动度叶片级的组合将提高整个缸的效率 d 整体自带围带结构 动应力小 抗高温蠕变性能好 e 小直径 多级数 制造成本会增加 但效率高 转子应力小 f 各叶片级与静叶对应的转子上叶装有多道汽封 形成较大的漏汽阻尼 g 动叶基本采用T叶型叶根 与侧装式相比 可减少轴向漏汽损失 低压末三级标准长叶片级 a 次末级及次次末级为自带围带叶片 b 末级为914 4mm叶片 静叶片为全三元的弯扭叶片 c 长叶片在允许的周波变化范围内不致产生共振 低压末级及次末级叶片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 卖方提供叶片抗水蚀措施 卖方提供机组热耗与背压的关系曲线 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第四节汽轮机轴封汽轮机在正常运行时 转子处于高速旋转状态 而静止部分如汽缸 隔板等固定不动 因此转子和固定部分见需要留有适当的间隙 以避免相互碰磨 然而当间隙两侧存在压差时就会导致漏汽 级内间隙漏汽会使做功的蒸汽量减少 降低汽轮机的内效率 轴端汽缸间隙漏汽则不仅降低效率 而且影响安全运行 为了阻止蒸汽漏出汽缸和空气漏入汽缸 汽轮机的轴封必须配置轴封系统 它由轴封供汽系统和轴封抽汽系统组成 轴封供汽系统向轴封通入高于大气压力的密封蒸汽 阻止空气漏入汽缸 轴封抽气系统在轴封内建立低于大气压力的汽室 抽出轴封漏汽 防止蒸汽漏出汽缸 大型汽轮机的轴封比较长 通常分为若干段 相邻两段之间有一环形腔室 可以布置引出或导入蒸汽的管道 石二二期两台660MW超超临界机组汽轮机本体轴封包括高压缸两端 中压缸和低压缸两端汽封 一 高压缸轴封汽轮机高压缸有两个轴封 它们将缸体内部汽封 使之与前后轴衬的空气隔绝 进汽侧轴封突起部分前后的压差用于抵消蒸汽作用力产生的轴向推力 汽封环的有效直径满足平衡轴向推力的要求 通过非接触汽封件的轴向传递 实现轴与汽缸间汽封 高压缸轴封设计成四段三室结构 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 二 中压缸轴封中压缸轴封设计成三段二室结构 汽轮机中压缸部分装有两个外轴封 其功能是汽封汽轮机缸体内部和排汽侧上的油部分 以防止轴衬套的空气进入 轴与缸体间通过非接触式汽封件轴向传递 来实现汽封 在推力联合轴承附近的较小差胀范围内 通过交替布置的汽封片实现带齿的迷宫汽封 汽封片分别嵌缝入轴和缸体中 悬挂在缸体中的环在热膨胀时可以自由移动 三 低压缸轴封汽轮机低压缸部分装有两个外轴封 轴承座与外缸膨胀节间轴向轴封的功能是汽封汽轮机低压缸的内部 隔离轴伸出缸体部分的空气 低压缸轴封设计成三段二室结构 利用与直迷宫式汽封相同设计的轴流非接触轴封 实现低压汽缸转动与静止部件间的密封 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第五节汽轮机轴承汽轮机采用的轴承有径向支持轴承和推力轴承两种 径向支持轴承用来承担转子的重量和旋转的不平衡力 并确定转子的径向位置 以保持转子旋转中心与汽缸中心一致 从而保证转子与汽缸 汽封 隔板等静止部分的径向间隙正确 推力轴承承受在转子上的轴向推力 并确定转子的轴向位置 以保证通流部分动静间正确的轴向间隙 所以推力轴承被看成转子的定位点 或称汽轮机转子对静子的相对死点 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 一 轴承工作原理汽轮机是高速旋转机械 转子的质量和轴向力都很大 轴承不仅起着转子的径向和轴向定位作用 而且还要承受转子的径向和轴向载荷 同时在转子与静子的承载面之间建立起润滑隔离油膜 防止动 静部件直接接触 并带走摩擦产生的热量 石二二期660MW汽轮机轴系由多个轴承支承 这些轴承的轴颈直径和载荷比各不相同 轴颈的线速度也各不相同 油膜内的液体摩擦所产生的热量也各不相同 所需的润滑油量也就各不相同 因此 各轴承的进油口应设置油量调整设施 使各轴承的进油量合理分配 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 二 汽轮机轴承的定位和参数1 汽轮机轴承的分布和定位在第三节中介绍的汽轮机转子是具有较大质量的弹性体 放置在两端径向支承轴承上的转子 在重力作用下产生挠曲弹性变形 酿成重大事故 因此 各转子支承点的轴心不应在同一水平线上 应根据各转子的静态挠度或靠背轮端面转角的大小 确定相邻支承点在垂直方向上的相对位置 以保证在静止状态下 各转子的轴线应连成一条平滑的曲线 汽轮机转子之间用整体法兰刚性联接在一起 转子的支承采用单支承系统 也就是说 轴系在两个汽缸之间的部分只有一个轴承 除高压转子由2个径向轴承支撑外 其它转子均为单轴承支撑 这种布置方式能最大程度地减小基础变形对作用在轴颈上的支承应力和弯曲应力以及对平稳运行影响 高压 中压转子的联轴器布置在 2轴承座内 中压 低压A转子的联轴器布置在 3轴承座内 低压A 低压B转子的联轴器布置在 4轴承座内 低压B 发电机转子的联轴器布置在 5轴承座内 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 2 石二二期660MW超超临界汽轮机轴承的参数石二二期660MW机组采用西门子技术 在提高轴系稳定性和对抗超超临界压力的汽隙激振方面 具有较为明显的技术优势 单流高压缸 转子跨度明显小于其他机型 因此转子的刚性 临界转速比其他机组要高20 30 全周进汽的运行方式彻底消除了一大汽隙激振源 单轴承使轴承比压高 采用高黏度的润滑油 稳定性好 小直径高压缸 多道汽封 包括各级叶片的转子部位也装有汽封 有利于减少汽隙激振 石二二期660MW汽轮机轴系 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 石二二期660MW汽轮机的轴承的主要技术参数标准如下 主轴承的型式确保不出现油膜振荡 各轴承的设计失稳转速充分考虑汽流激振力的影响 在额定转速的125 以上 具有良好的抗干扰能力 主轴承为水平中分面的 不需吊转子就能够在水平 垂直方向进行调整 同时是自对中心型的 在任何运行条件下 各轴承的回油温度不得超过75 该轴承回油管上有观察孔 采用探杆而不采用玻璃观察窗 防止漏油及可能发生的火灾 及温度计插座 在油温测点及油流监视装置之前 没有来自其他轴承的混合油流 运行中各轴承设计金属温度不超过105 但乌金材料允许在115 以下长期运行 报警115 停机130 推力轴承能持续承受在任何工况下所产生的双向最大推力 各支持轴承均设轴承金属温度测点 不小于两点 每点采用双支测温元件 轴承座上设置测量轴向位移的监测装置 机组每个轴承座上 都装设轴振测量装置 包括两只正交布置的探头 和瓦振测量装置 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 三 轴承座轴承座的主要任务是放置 固定轴承 它主要由轴承支座 壳体 进排油管道 滑销等部件组成 此外 轴承座还可能承担着支承汽缸 放置主油泵或盘车装置的任务 石二二期660MW汽轮机组共有4根转子 5个轴承座 即高压缸前轴承座 高 中压缸轴承座 中 低压缸轴承座 低 低压缸轴承座 低压缸后轴承座 为汽轮机组提供支撑 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第六节汽轮机盘车一 盘车装置的概述与作用在汽轮机启动冲转前和停机后 使转子以一定的转速连续地转动 以保证转子均匀受热和冷却的装置称为盘车装置 汽轮机启动时 为了迅速提高真空 常需在冲动转子以前向轴封供汽 这些蒸汽进入汽缸后大部分滞留在汽缸上部 造成汽缸与转子上下受热不均匀 如果转子静止不动 便会因自身上下温差而产生向上弯曲变形 弯曲后转子重心与旋转中心不相重合 机组冲转后势必产生更大的离心力 引起振动 甚至引起动静部分的摩擦 因此 在汽轮机冲转前要用盘车装置带动转子作低速转动 使转子受热均匀 以利于机组顺利启动 对于中间再热机组 为减少启动时的汽水损失 在锅炉点火后 蒸汽经旁路系统排入凝汽器 这样低压缸将产生受热不均匀现象 为此 在投入旁路系统前也应投入盘车装置 以保证机组顺利启动 启动前盘动转子 可以用来检查汽轮机是否具备运行条件 如动静部分是否存在摩擦 主轴弯曲度是否正常等 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 汽轮机停机后 汽缸和转子等部件由热态逐渐冷却 其下部冷却快 上部冷却慢 转子因上下温差而产生弯曲 弯曲程度随着停机后的时间而增加 对于大型汽轮机 这种热弯曲可以达到很大的数值 并且需要经过几十个小时才能逐渐消失 在热弯曲减小到规定数值以前 是不允许重新启动汽轮机的 因此 停机后应投入盘车装置 盘车可搅合汽缸内的汽流 以利于消除汽缸上 下温差 防止转子变形 有助于消除温度较高的轴颈对轴瓦的损伤 对盘车装置的要求是它既能盘动转子 又能在汽轮机转子转速高于盘车转速时自动脱扣 并使盘车装置停止转动 汽轮机盘车装置的结构多种多样 盘车装置的驱动方式至少要备有自动和手动两种手段 不同的机组 自动盘车装置也有不同 有电动盘车 液动盘车 气动盘车等方式 盘车转速也有高低之分 盘车转速的高低各有利弊 高速盘车能在径向轴承中较易建立动压油膜 可以减小轴颈与轴瓦之间的干摩擦或半干摩擦 达到保护轴颈轴瓦表面的目的 另一方面 高速盘车可以加速汽缸内部冷热汽 气 流的热交换 减小上下缸和转子内部的温差 保证机组能再次顺利的启动 但高速盘车需要较大的起动转矩 因此石二二期660MW汽轮机采用液压马达代替电动马达 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 二 液压马达盘车装置液压盘车装置位于汽轮机高压段前轴承底座的前侧 液压盘车装置的功能是在启动前及停机后以足够的速度旋转轴系统以避免汽轮机转子出现不正常的受热或冷却及相关的变形 汽轮机盘车装置主要由液力调速马达 超速离合器 中间轴和必要的轴承及紧固件组成 其液压系统的供油由液压顶升装置 顶轴油系统 提供 在液压顶升装置启动时 液压盘车装置也开启 盘车速度是由液压盘车马达供油管上一个可调节流阀来控制 当使用节流阀控制时 液压盘车装置的速度随汽轮机轴旋转所需的转矩上升而上升 这样可检测不对中或存在摩擦 液压盘车马达的泄油将通过泄油管道流到轴法兰的颈部润滑超速离合器 而滚珠轴承则由回油润滑 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 三 手动盘车装置除了液压盘车装置外 还配备有手动盘车装置 使组合轴系统可以手动旋转 它既可以用于启动汽轮发电机组旋转 又可以使轴系统旋转给定的角度 手动盘车装置布置在汽轮机低压缸前轴承座中 手动盘车装置由齿轮传动和制动杆组成 当操作杠杆上的杆时 制动杆啮合齿轮传动装置旋转轴系统 图中所示是制动杆处于未啮合状态 杠杆靠在止挡上 不使用时 杠杆被闩销锁定在此位置 端盖关闭 只有在轴承被高压顶轴油抬起后 才能进行盘车装置的手动操作 如果手动旋转轴困难 则可能是由于顶轴油系统调整不当或者轴出现摩擦 在此情况下 在蒸汽进入汽轮机之前必须采取适当的措施 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 四 石二二期660MW汽轮机组盘车装置特点 石二二期660MW汽轮机组盘车装置采用由顶轴油驱动的液压马达 同时提供手动盘车装置 盘车装置配备了超速离合器 在汽机转速降至零转速时 既能自动啮合进行盘车 也能手动盘车 盘车装置预留完善的DCS远方监视和控制接口 盘车装置是自动啮合型的 能使汽轮发电机组转子从静止状态转动起来 盘车转速约为60r min 盘车装置的设计能做到在汽轮机冲转达到一定转速后自动退出 并能在停机时自动投入 盘车装置与顶轴油系统 发电机密封油系统间设有联锁 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 卖方提供一套压力开关和压力联锁保护装置 防止在油压建立之前投入盘车 盘车装置正在运行而油压降低到不安全值时能发出报警 当供油中断或油压降低到不安全值时能自动停止运行 石二二期汽轮机的盘车控制装置由DEH对盘车进行启停控制 使运行人员在控制室对盘车进行控制和监视 同时在就地能手动启停盘车 盘车停止时允许的汽缸最高温度为150 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 五 盘车装置运行及故障处理1 盘车运行的开始和结束在投轴封汽之前 必须投用盘车 在汽轮机组停机后 必须投用盘车 直到汽缸温度降到100 以下 如果已满足以下条件 在盘车冷却到100 之前 盘车运行可能会暂时中断或终止 为延长检修时间而终止盘车运行 如果停机连续超过一个星期 可能应在更早阶段终止盘车运行 轴系的暂时停止 假如每隔15 30分钟用手动盘车装置将轴系转动180度 那么可以不管汽缸温度而终止盘车运行 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 2 盘车运行 盘动轴系 轴系由液压盘车马达驱动 手动盘车 必要时 可用手动盘车装置盘动轴系 布置在中 低压缸轴承座内 顶轴油系统 在盘车过程中顶轴油系统必须保持运行连续运行 可减少轴系盘动时的金属摩擦 3 盘车运行的控制 汽轮机组启动前的投用 汽轮机升速到额定转速时的停用 汽轮机组停机后的投用 汽轮机冷却后的停用 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 4 盘车运行中的故障 静压轴承顶起转动轴系困难 通常是由于轴承特定顶轴油压失调或顶轴油泵出口顶轴油压不足造成的 轴摩擦在间隙完全消失后 动静部分会发生摩擦 轴系统卡涩或只能用手动盘车装置盘动 动静间隙的丢失 通常由上下缸体的温差引起的缸体变形所致 如果轴系难以盘动 必须测定上下缸体的温差 当温度均匀后再尝试盘动转子 如果由于缸体变形而使转子卡涩 可以认为转子已弯曲到了使轴系根本不能转动的程度 在这种情况下 试图重新手动转动轴系之前 必须用足够的时间冷却汽轮机以减少汽缸变形和转子弯曲 需要注意的是 此时如果强制转动轴系 加长手动盘车杠杆 或不止一人转动手动盘车 或者以汽轮机房行车转动轴系 都可能损坏叶片和轴的密封条 是不允许的 在这种情况下 禁止将蒸汽送入汽轮机以转动轴系 这样会对汽轮机造成严重损坏 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 5 轴系静止后采取的措施每次机组停机后 在随后的启动过程中 必须仔细监视轴和轴承的振动水平 如果振动水平比正常水平高出很多 那么转子仍然是弯曲的 建议继续低速预热运行直到温度均匀为止 6 无顶轴油的情况下轴系惰走要采取的措施为保护轴承 顶轴油系统应保持运行 直到停用盘车后轴系停止为止 作为一种少见的情况 如果在没有顶轴油的情况下轴系惰走 在轴系惰走期间和随后重新启动过程中必须仔细监视轴承温度的变化 如果在惰走期间记录了异常高的轴承温度 并且升高的温度也在运行过程中发生 必须检查轴承 7 手动停用盘车即使顶轴油泵处于运行中时 也会发生要求盘车停止或保持离线的运行情况 在这种情况下 可以中断液压盘车马达的顶轴油供给 CompanyLogo 石二二期660MW汽轮机本体结构 第七节汽轮机进汽阀门一 概述汽轮机进气阀门是汽轮机调节系统中最终控制进汽的重要部件 分为高压主汽门及调节汽门和中压 再热 主汽门及调节汽门 汽轮机的启动 停机和功率的变化 是通过改变汽门的开度 调节进入汽轮机的蒸汽量或蒸汽参数实现的 这种调节蒸汽量或蒸汽参数的汽门称为调门 机组在运行中遇紧急情况 需停机时 除了关闭调门外 还必须设置能快速切断汽源的汽门 即使在调门出现泄漏的情况下 也能保证汽轮机停机降速 这种具有安全保护功能的汽门称为主汽门 对于一次中间再热机组 在高压缸与中压缸 再热器及冷 热段再热蒸汽管之间存在巨大的容积空间 储存着大量的具有一定压力和温度的蒸汽 若机组发生紧急停机 这部分蒸汽也足以使汽轮机发生超速 为此 在中压缸进口处必须设置中压主汽门来紧急切断来自再热器及管道的蒸汽 另一方面在机组低负荷时为了维持锅炉再热