唐清舟-超超临界空冷1000MW技术特点(温州)

(Sheet-1)东方汽轮机有限公司

向参加全国超（超）临界发电机组技术交流2010年会的各位领导和专家致意！

东方超超临界空冷

1000MW汽轮机技术特点2010年11月东方汽轮机有限公司(Sheet-3)目录一、超超临界汽轮机的业绩及项目情况二、汽轮机的来源、技术规范及设计特点三、主机结构介绍四、汽轮机的材料及防固体颗粒侵蚀的方法五、汽轮机的可靠性(Sheet-4)一、东汽超临界、超超临界汽轮机的业绩及项目情况(Sheet-5)D1000A-2tD1000A-1t制造厂编号600℃/600℃25.0MPaTC4F-431000山东邹县四期#8600℃/600℃25.0MPaTC4F-431000山东邹县四期#7项目执行情况主/再热蒸汽温度主蒸汽压力

东汽已投运百万机组出力MWe电厂机组D1000A-3t600℃/600℃25.0MPa1000广东海门一期#1TC4F-43D1000A-4t600℃/600℃25.0MPa1000广东海门一期#2TC4F-43D1000A-5t600℃/600℃1000D1000A-6t600℃/600℃25.0MPa1000TC4F-43辽宁绥中二期#325.0MPaTC4F-43已投运已投运已投运已投运已投运已投运辽宁绥中二期#4(Sheet-6)东汽超超临界空冷1000MW机组业绩(Sheet-7)二、汽轮机的来源、技术规范及设计特点(Sheet-8)

1）全部高、中、低压三个模块均采用经过运行考验的成熟结构。2）高中压采用邹县1000MW；3）低压采用宁夏大坝两排汽空冷低压模块。机组功率（型式）电厂（投运时间）取用的部套（转速）参数备注1000MW（CC4F-41）山东邹县7#（2006.11）取高压缸、中压缸3000r/min25MPa600℃/600℃Haramachi2#机的改进型600MW（TC4F-34）宁夏大坝(2007.6)只取低压缸进行串联3000r/min16.7MPa538℃/538℃背压16kPa单轴、双轴空冷百万千瓦的低压模块1、汽轮机的来源(Sheet-9)邹县7#、8#HP,IPcrosssection机组邹县#7、#8宁夏大坝额定出力1000MW600MW型式TC4F-43"

TC2F-34"

蒸汽参数25MPa

16.7MPa

600/600℃538/538℃1、单轴机型(Sheet-10)1、双轴机型功率395627KW功率604387KW(Sheet-11)

型式：超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽直接空冷式。型号： NZK1000-25/600/600（TC4F-34）额定功率： 1000MW最大连续功率： 1099MW阀门全开功率： 1126.7MW额定新汽压力： 25MPa额定新汽温度： 600℃额定再热温度： 600℃额定背压： 15kPa（单背压）2、主要技术规范(Sheet-12)

额定新汽流量： 2897.6t/h（THA工况）铭牌流量： 3240.5t/h（TRL、TMCR工况）阀门全开流量： 3337.7（VWO工况）额定转速： 3000r/min转向： 逆时针（从机头朝发电机方向看）通流级数： 高压2×I（双流调节级）+8压力级 中压2×6压力级 低压4×5压力级 （总热力级20级，总结构级42级）2、主要技术规范(Sheet-13)

末级叶片高度： 770mm（30″）末级叶片根径： 1905mm（75″）总轴向排汽面积： 2×6.7m2回热级数： 7级（3高加+1除氧+3低加）最终给水温度： 297.1℃（THA）给水泵驱动方式： 2×50%汽动泵+1×40%电动泵（作启动及备用）汽封系统： 自密封系统润滑油系统：主轴驱动的主油泵—油涡轮系统2、主要技术规范(Sheet-14)

●采用冲动式汽轮机▲冲动式汽轮机经济性好，稳定性高。▲冲动式汽轮机的大部分压降存在于静叶喷嘴，动叶的压降较小，动叶顶的漏汽量小。

▲冲动式汽轮机隔板处转子根径小，所以级间的漏汽区域相对较小。●效率高：

▲采用多项先进通流技术，保证高经济性。

▲末级叶片先进：采用自带冠结构，漏汽量小，效率高；针对空冷机组特点，采用30´´末叶。

▲配汽方式先进:可实现节流及噴嘴配汽，全年综合经济性好。3、主要设计特点(Sheet-15)(Sheet-16)

●可靠性高：▲高、中、低压全部采用经运行考验的成熟结构；▲对轴系稳定性进行了慎密校核；▲高温部件的材料经过运行考验；▲高温部件结构及冷却经精心设计；●启动方式灵活，调峰及变负荷性能好；●机组安装方便、检修性能好。3、主要设计特点(Sheet-17)三、主机结构介绍单轴1000MW汽轮发电机组立体图(Sheet-18)1、总体结构及布置：▲采用一个高压缸（逆流）、一个双流程中压缸和两个双流低压缸串联组成。或一个高压缸（逆流）、一个双流程中压缸带一个电机；两个双流低压缸串联带一个电机▲汽流的流程：主蒸汽经四根导汽管进入四个高压主汽阀、四个调节阀，从高压外缸4个进汽口进入调节级，通过高压缸2+8级作功后，去锅炉再热器。再热汽经两根再热管进入中压联合汽阀，经2个导汽管进入中压缸中部下半，通过2X5级作功后的蒸汽经一根异径连通管分别进入两个双流5级的低压缸（A、B），作功后排入排汽装置。(Sheet-19)2、机组的死点和滑销系统●转子的相对死点在2#轴承处。●机组静子共设有三个绝对死点，分别位于中压缸和A低压缸之间的轴承箱下及低压缸（A）和低压缸（B）的中心线附近。●死点处的横键限制汽缸的轴向位移，同时，在前轴承箱及两个低

压缸的纵向中心线前后设有纵向键和立键，它引导汽缸沿轴向自由膨胀而限制横向跑偏。●滑动面设计采用GE、西屋、三菱、俄罗斯等世界著名大公司的成熟设计，同时1#、2#轴承箱下采用自润滑滑块后，摩擦系数可降低到0.1以下。(Sheet-20)

3、阀门的布置：

▲高压阀布置在机组的机头侧，采用浮动支承。

▲高压主汽阀与调节阀焊为一体，四个高压主汽阀腔室间有管子连通，便于主汽阀作全行程活动试验。(Sheet-21)

▲中压阀为联合汽阀，布置在中压缸中部的两侧，也采用浮动支承。(Sheet-22)4、轴系及轴承▲HP转子跨距5750mm,双流IP转子跨距5490mm,两个双流LP转子跨距6930mm。▲1#～4#轴承采用落地式轴承,5#、6#和7#、8#轴承分别支承在落地轴承箱上，落地轴承。

(Sheet-23)▲转子及轴承数据如下表轴承号1#2#3#4#5#6#7#8#转子HP转子IP转子ALP转子BLP转子转子重量24200Kg28800kg78500kg78800kg轴瓦型式可倾瓦可倾瓦椭圆瓦椭圆瓦转子轴径φ406φ508φ533φ533φ558φ558φ558φ584(Sheet-24)推力轴承

(面积2682.5cm²)

(Sheet-25)六瓦块式可倾瓦轴承

(Sheet-26)椭圆轴承

(Sheet-27)5、高压模块结构介绍(Sheet-28)5.高压模块结构介绍

▲共I（双流）+8个热力通流级。

▲高压缸双层缸结构，均有水

平中分面。

▲内缸配有四个喷嘴室。

▲喷嘴室、内外缸之间活动

连接。

▲进汽管与外缸连接部位采用

特殊的冷却结构，

▲高压外缸材料Cr-Mo-V铸钢。

进汽弯头、进汽短管均采

用9Cr-1Mo锻钢，喷嘴室采

用12Cr铸钢，内缸采用

12Cr铸钢。

▲高压转子采用整锻结构，

选用改良12Cr锻钢。

(Sheet-29)高压模块(Sheet-30)高压模块(Sheet-31)高压外缸冷却结构图(Sheet-32)

高压外缸高压内缸冷却蒸汽入口(No.1Ext.Steam)冷却蒸汽入口(No.1Ext.Steam)冷却蒸汽出口冷却蒸汽出口螺栓孔横截面螺栓孔冷却蒸汽螺栓冷却系统(Sheet-33)高压模块(Sheet-34)6.中压模块介绍(Sheet-35)中压模块

▲共2X6个热力通流级。

▲中压缸双层结构，均有水

平中分面。

▲中压转子高温部位采用

特殊的冷却结构.

▲中压外缸进汽口处采用

特殊的冷却结构.

▲中压外缸材料Cr-Mo-V铸钢。

进汽弯头、进汽短管均采

用9Cr-1Mo锻钢，内缸采用

12Cr铸钢。

▲中压转子采用整锻结构，

选用改良12Cr锻钢。

(Sheet-36)中压转子冷却结构(Sheet-37)中压外缸冷却结构图●对空冷机组来讲，低压模块的开发设计是重点，也是难点，因为空冷机组与湿冷机组相比，它的低压模块承受着更为恶劣的工作条件：●设计背压高，背压变化范围大，且变化频繁。与背压变化相对应，排汽温度也是变化范围大，变化频繁。●对于直接空冷机组，由于机组排汽需经管道联接至空冷塔，因此，低压外缸的受力比冷凝机组要复杂得多。●低压末级叶片在最恶劣的小汽量、高背压下的鼓风将产生大量的热量，必须有可靠的喷水系统来降低压缸的温度。(Sheet-38)低压模块(Sheet-39)7.低压模块

▲共2X5个热力通流级。

▲低压缸为三层结构.

▲低压转子采用整锻结构，

选用超纯净Ni-Cr-Mo-V

锻钢。

▲低压外缸与排汽管采用柔性连接方式(Sheet-40)低压模块低压落地轴承低压非落地轴承落地轴承可以消除排汽温度对标高的温影，避免了标高大范围变化对轴承负荷及轴系稳定性的影响。(Sheet-41)低压模块(Sheet-42)8.动叶片：

调节级：叶根菌形，自带冠，双层围带。

压力级：除中压1、2级叶根为枞树型、末级、次末级为斜齿枞树型叶根外，其余为菌形，自带冠。末级：高度为30″、根径为75″（1905mm），轴向排汽面积为6.7m2，叶根８叉，自带冠，高频淬火防水蚀。(Sheet-43)9.盘车装置

▲安装在汽轮机和发电

机之间。

▲由电动机和齿轮系组成，

齿轮系由电动机通过一个

无声链驱动。

▲盘车转速为～2转/分。

▲盘车电机功率20千瓦。

(Sheet-44)10、汽封结构特点：高、中、低压隔板汽封、动叶顶部汽封、端汽封均采用专利技术的DAS汽封。11、汽机的启动方式特点和对旁路的要求高压缸启动：只设高压旁路，旁路容量30%B-MCR。日立在1000MW机组中采用高压缸启动有很成熟的经验。

(Sheet-45)12、汽机的启动系统：▲包括旁路系统、预暖系统、防高压缸过热通风系统。▲预暖系统：由高排送蒸汽对高压缸进行倒暖。▲通风系统：为防止启动时高压缸过热，在4#高压导汽管处设有通风阀。

(Sheet-46)四、汽轮机的材料及防固体颗粒侵蚀的方法(Sheet-47)１、汽轮机主要部件的材料部件材料高中压转子改良型12Cr锻钢

(HR1100)低压转子高纯度NiCrMoV锻钢高、中压内缸12Cr铸钢高、中压外缸Cr-Mo-V铸钢喷嘴室12Cr铸钢阀门9Cr铸钢高、中压第1级动叶改良型12Cr锻钢

(HB1100)末级动叶1Cr12Ni3Mo2VN(Sheet-48)转子主轴材料的性能HR1200(FutureMaterial)HR1100(Cur.Material)Conventional12CrCrMoV(Sheet-49)叶片材料的性能HB1200(FutureMaterial)HB1100(Cur.Material)Conventional12Cr(Sheet-50)汽缸材料的性能New12Cr(FutureMater.)Mod.12CrMod.9CrCrMoV(Sheet-51)堆焊层堆焊层堆焊层堆焊层堆焊层材料

:Cr-Mo转子材料

:

HR11001)堆焊层厚度:10mm2)堆焊后的热处理:660℃×20hr.退火以消除应力3)质量控制方法:a)超声波检查b)磁粉检查c)渗透检查d)硬度测量e)残余应力测量2、转子轴颈堆焊层材料(Sheet-52)高温汽轮机HR1100转子锻件的应用-Ingotweight:~24t-Size:f1200mm×L3500mm(Sheet-53)3、防止固体微粒腐蚀（SPE）的措施针对SPE侵蚀的机理，采用了以下技术措施：●调节级喷嘴采用新的斜面喷嘴型线（SPE叶型）技术；●优化再热第1级动、静叶间的轴向间隙，使动叶反射的SPE不能打在静叶背弧上，切断SPE多重反射的途径；●对喷嘴、调节级和再热第1级动静叶采用耐冲蚀性能良好的含铌钢；●对高压喷嘴室、调节级喷嘴、再热第1级喷嘴进行Cr-C处理；●在阀门上安装滤网，防止大颗粒固粒进入通流部分。(Sheet-54)对高压第1级喷嘴进行Cr-C处理防止固体微粒腐蚀的技术对高压喷嘴室进行

Cr-C处理调节级斜面喷嘴型线技术普通型改进型(Sheet-55)汽流

压力面Cr-C

层吸力面中压第1级喷嘴防止固体微粒腐蚀的技术(Sheet-56)五、轴系稳定性分析

1空冷1000MW汽轮发电机组轴系概况：轴系由五根转子组成，各转子之间采用刚性联轴器联接，每根转子各有两个支持轴承，共10个轴承。1#～4#支持轴承为瓦轴承，5#～10#支持轴承为椭圆轴承。

轴系特点：每根转子两个支持轴承，安装、检修方便；联轴器螺栓受力小，特殊工况轴系可靠性高。

(Sheet-57)转子基本参数表

高压转子中压转子A低压转子B低压转子发电机转子转子长度mm7864.2884095881014416006转子质量kg24699296007293472425104748支承内跨距mm575054906930693011805转动惯量kg*m221903719271712708418957

(Sheet-58)2、轴系稳定性分析2.1轴承稳定性▲轴承基本参数及计算结果见表。▲日立采用轴承最低稳定比压的办法来评价轴承

的稳定性。▲轴承最低稳定比压定义为该比压下轴承失稳转速为3000rpm。▲从表中可看出,对1#～4#轴承不失稳，5#～8#轴承比压0.32MPa失稳转速为3000RPM，设计比压要高5倍，故轴承不失稳。

(Sheet-59)

轴承基本参数轴承号1#2#3#4#5#6#7#8#轴颈Dmm406508533533558558558584轴承宽度

L/D254254279305381381381381轴承比压MPa0.960.701.260.871.631.601.711.59稳定的最小比压MPaNNNN0.320.320.320.32轴承型式可倾瓦椭圆瓦(Sheet-60)2.2轴系临界转速较核结果如下表单位:rpm从表中可看出，轴系临界转速满足避开工作转速±10％的要求。阶数123456789转速8501680172019602040239036803830＞4500转子GNALPBLPHPIPGNALPBLPHP(Sheet-61)2.3

强迫挠度（Forceddeflection）：

Forcedd

此系数用来评判由于叶轮偏心所引起的汽流激振力对轴系的影响。

转子强迫挠度的定义如下：计算结果如下表

强迫挠度=转子静挠度×转子输出力矩转子质量×动叶平均半径(Sheet-62)转子强迫挠度允许值高压转子1.4小于2.3中压转子0.9A低压转子0.2B低压转子0.2

(Sheet-63)2.4汽流激振指数（Steamexcitingindex）Steamexcitin其计算方法及判定准则来源于GE，用于考核汽封力对轴系影响的评价，要求小于1。

S:SteamExitingIndexK1:14.04W:RotorweightNc:Criticalspeedi:Eachpacking空冷1000MW汽轮发电机组汽流激振指数计算值：0.6，小于允许值1.0，合格。

(Sheet-64)2.5Q因子计算值（Qfactor）：日立采用峰值响应敏感性系数Q（或称品质因子）,按ISO10814-96对轴系不平衡响应的敏感性进行评判，计算结果如下：阶数 1 2 3 4 5 6