100MWProposal2023年汽轮机通流改造说明书

100MW汽轮机通流改造说明书100MW汽轮机通流改造说明书龙威发电技术效劳File龙威发电技术效劳FileName:M:\Marketing\100MWProposal.docs10of19100MW汽轮机通流改造说明书中国北京目录1100MW机组状况分析2改造措施及方案3高压缸通流改造的技术特点4低压通流改造的技术特点5经济性比较100MW机组状况分析国内运行的国产100MW汽轮机的现状国产的100MW机组分为两种类型，一种是哈尔滨汽轮机厂五、六十年月生产的05#(BK-100-2)型机组，此种机型共生产了7台，与后来设计生产的100MW机组6级回热〔低压局部只有一级抽汽〕，低压第2、3级隔板直接安装在汽缸上。的100MW机组哈汽是43#型，共生产了51台，北重是N07型共生产了73台。老100MW机组均承受双列调整级。高压共14个压力级，低压2×5个压力级。承受7级回热系统，低压2级抽汽，分别在第1级和第3级后，低压局部承受了与国产三排汽200MW机组低压局部完全一样的构造。机组的设计热耗是2210Kcal/Kw.h，而实际热耗都在2230-2300Kcal/Kw.h之间。100MW汽轮机热耗高和效率低的缘由汽轮机受当时设计与制造水平的限制，其性能已经远落后于当代汽轮机的水平。效率低的主要缘由有以下几个方面：双列调整级效率低国产100MW汽轮机均承受双列调整级构造。双列调整级焓降约为49.1kcal，占高23%。调整级喷嘴展弦比小，二次流损失是调整级效率低的主要缘由。100MW机组在设计时还没有成熟的削减二次流的有效措施。叶型陈旧，叶型损失大机组叶片所承受的叶型是前苏联四十至五十年月开发的，与当代叶型相比气动性能差，叶型损失大，效率低。通流流道子午面不光顺冲击，加大了通流损失。动静之间和级间不匹配考虑相邻级间的相互影响，导致整体通流参数偏离最正确值，降低了通流效率。拉筋多，围带少，增加了流淌损失汽轮机所用长叶片普遍承受了拉筋构造并且无围带，这些构造增加了叶顶漏汽和绕流损失，低压缸蒸汽湿度大也是影响效率的缘由100MW汽轮机现代化改造的必要性依据调查，目前100MW汽轮机运行年数在30年以上的有9台，运行年数在20年以上的有60台左右，运行年数在15年以上的有近百台。这些机组除效率低外，大局部机组其运行寿命己超过或接近设计使用寿命，由于机组老化大大降低了安全牢靠性和启停灵敏性，同时也降低了机组的效率。尤其是低压局部，因其长期工作在湿蒸汽区，锈蚀，水蚀，冲蚀更为严峻。据一些电厂反响，100MW机组的低压隔板由于长期水蚀，静叶的叶根叶顶已经暴露，严峻威逼机组的安全运行。这些机组实施全面的现代化改造对于其运行的安全牢靠性，启停灵敏性和提高电厂的经济性，是格外必要的。改造措施及方案改造原则改造；改造后的汽轮机进、排汽参数不变；疏水泵、分散水泵出力的要求；高、低压转子长度及轴承跨距不变；比压听从原推力轴承和支持轴承的要求。连通管的要求；改造设备与改造范围外各设备的接口〔含根底台板〕保持不变。高压缸改造的部件高压缸缸体；调整级喷嘴；高压隔板套；2-16级高压隔板及隔板汽封圈；高压整锻转子；2.2.61-16级动叶片；低压缸改造的部件2.3.117-26级动叶片；2.3.217-26级叶轮；低压缸隔板套；低压缸隔板及汽封圈；分流环；去水环；高、低压转子联轴器；改造后机组的主要技术指标和性能汽轮机级数及末叶片有关数据个压力级〕2×5级665mm4.178m2(单排)汽轮机总长：13.86m冷凝器冷却面积：6815m2性能值〔额定负荷〕〔1〕汽轮机热耗为：8841.7kJ/kW.h(2111.8kcal/kW.h)〔2〕各缸效率：88.7%82.8%承受的主要技术措施2.51通流局部全三维气动热力设计概念与方法七十年月以来特别是近十年来，叶轮机械气动热力学和汽轮机通流局部设计概念与手段快速进展、更。目前，以一维/准三维/全三维气动热力分析片为代表的第三代通流设计已进入工业化有用阶段，其效率比其次代汽轮机〕提高约1.5%。目前，世界上几乎全部大型汽轮机制造厂家如三菱、ABB、GE、日立、东芝、西门子、GEC-ALSTHOM等都在乐观研制弯扭叶片的一代汽轮机，有的已有产品投入市场。在100MW机组通流局部现代化改造设计中承受中国科学院工程热物理争论/全三维气动热力设计体系，使通流局部设计到达当代先进水平。图1为该设计体系的构造框图。1D子午面

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造型叶型开发强度体系治理软件数据治理图1.多级汽轮机通流局部设计体系构造图这一先进设计体系主要特征是：对每一排静、动叶片不同截面叶型的流淌性能进展具体的一维/准三维计算分析与设计优化对每一排静、动叶栅内部流淌进展全三维计算分析与设计优化维流场计算与设计优化上述大量的计算分析与设计优化都是首先在现代电子计算机上由先进、CAD软件在电子计算机上进展全三维造型。然后，还对设计方案进展了大量的试验争论，在验证了其性能的先进性之后，再由制造厂承受先进的工艺加工制造出来的。实践已证明，一维/准三维/全三维气动热力设计方法比传统的设计方法更先进、更牢靠，也更加快捷。从而保证了100MW机组通流局部现代化改造设计的高水平和高质量。主要技术100MW汽轮机通流局部现代化改造中，老机组的全部静、动叶片都将被更换，在的隔板、转子中承受了以下具有当代先进水平的技术。一代“后加载”高效静叶型这是八十年月后期国外开头研制的一代高效率透平叶型，其突出特点是：叶片外表最大气动负荷在叶栅流道的后部〔传统叶片则在前部〕吸力面、压力面均由高阶连续光滑曲线〔不是圆弧〕构成〔攻角〕大范围变化时仍保持叶栅低损失特性叶片尾缘小圆半径较小，削减尾缘损失叶型最大厚度较大增加了叶片刚性理论分析和试验验证均说明“后加载”系列叶型的效率大大高于老23是、老叶型以及其外表速度30到+3020，这就使得设计的通流局部在负荷〔即流量〕变化范围很大时仍有较高的效率，这对机组参与调峰运行格外有利。图2.〔左〕老〔右〕叶型比较图3.前加载叶型和后加载叶型典型的马赫数分布图弯扭联合全三维成型静叶栅弯扭联合全三维成型静叶栅〔俗称马刀型叶栅〕，是第三代汽轮机先进级的效率提高1.5~2%。弯扭叶片在100MW机组通流局部广泛承受。图4是适用于高压缸的两端弯曲加扭转的叶片，图5是适用于低压局部的根部弯曲、顶部〔或少许弯曲〕、变截面扭转叶片。计算和试验证明弯扭叶栅总损失比传统直〔扭〕叶栅下降1/4甚至更多。图4.高压缸通流局部弯扭静叶片图5.低压缸末级、次末级弯扭静叶片高压隔板分流静叶栅在双列调整级改单列调整级方案中，由于高压前几级压力比原双列调整2~3级承受了叶型的分流叶栅构造〔图6〕，来代替传统高压通流的窄叶片加强筋构造。这种分流叶栅比窄叶片加强筋构造损失小。高压级承受分流叶栅可使缸效率提高2.5%以上。图6.加强筋叶栅〔左〕与设计分流叶栅〔右〕调整级子午面收缩静叶栅子午面收缩汽道可有效降低静叶栅二次流损失，一般可使调整级效率提高1.52%。子午面收缩是一种全三维设计概念，其主要优点是降低静叶栅通道前段的负荷，削减叶栅的二次流损失。对于调整级静叶栅，由于其相对叶高很短〔一般l/b≤0.4〕，二次流损失占叶栅总损失比例很大，因此承受子午面收缩的收益相当可观，这对提高高压缸效率格外重要。设计的100MW高压缸调整级(双列改单列)中承受了子午面收缩静叶1.7%。图7是子午面收缩静叶栅示意图。C=H1/H2RH1H1H2静叶动叶图7.调整级子午面收缩静叶栅示意图通流局部构造设计特点为提高机组改造后的安全牢靠性，进一步削减流淌损失提高机组效率，并改善机组的调峰性能，在100MW机组通流局部现代化改造设计中也广泛承受广泛承受，并证明是行之有效的，这些技术主要有：利于机组快速起停的高窄法兰汽缸国产双缸双排汽100MW机组原设计高压内外缸都为宽法兰构造，为把握压外缸和高压内缸法兰都将按引进技术改为高窄法兰构造〔见图8〕，取消法兰加热装臵。图8高窄法兰构造示意图动叶自带围带整圈联接传统动叶片顶部的围带是承受铆接方式，而设计的动叶顶部围带则与构造使动叶片形成整圈联接〔见图9〕。这种构造的动叶片振动应力小、不存在铆接造成的应力集中，运行格外安全牢靠。图9.动叶铆接围带〔左〕与自带围带〔右〕比照示意图通流子午面光顺动叶片的自带围带内侧通常按流道外形设计成圆锥面，相应地，动叶片根部及相邻静叶片根部与顶部也设计成圆锥面，于是通流局部子午面格外光有更高的流淌效率。增加汽封齿数凹凸外形构成高、低汽封〔参见图9〕，从而大大削减了漏汽损失。取消拉金由于自带围带整圈联接动叶片具有优良的抗振强度特性，使传统动叶片常取消一条拉金可使级效率提高1%。合理增加动静局部间隙100MW老机组是按根本负荷机组设计的，受当时条件限制，在机组运行现两班制运行，还必需全面考虑上述各方面因素。高压缸通流改造的技术特点图10给出了高压缸改造前后的通流图，高压通流局部有如下设计特点：〔改造后双列调整级〕图10高压缸改造前后的比较型“后加栽”静叶叶型100MW机组，其高压局部全部压力级隔板静叶片均承受“后加载”叶型。弯扭静叶片单列调整级100MW机组的高压缸9~16级共8个压力级的静叶全部承受弯扭联合成型叶片。弯扭静叶承受周密铸造工艺和专用数控机床加工，加工精度高。图11是承受弯扭叶片的100MW机组高压缸隔板成品的照片。ss14of19龙威发电技术效劳FileName:M:\Marketing\100MWProposal.doc100MW100MW汽轮机通流改造说明书图11.承受弯扭静叶片的高压隔板型动叶片型线改善了速度分布，减小了动叶损失。自带冠动叶片接，安全牢靠，通流子午面光顺损失减小。多齿汽封全部各级动叶顶部汽封均由原设计的两片增加为四片，可削减漏汽损失。高窄法兰汽缸改造后的高压缸法兰都将按引进技术改为高窄法兰构造〔参见图8〕，取消法兰螺栓加热装臵，这样有利于机组快速起停，增加调峰力气。100MW汽轮机通流改造说明书100MW汽轮机通流改造说明书ss15of19龙威发电技术效劳FileName:M:\Marketing\100MWProposal.doc低压通流改造的技术特点12，低压通流局部气动热力与构造设计特点如下：12低压缸改造前后的通流构造比较型“后加栽”静叶叶型低压1~51~5级静叶均承受气动性能更好的型“后加载”叶型。弯扭静叶片为了提凹凸压缸效率，低压1~510相像。低压末级与次末级焓降约占低压缸总焓降的一半，其内部流淌存在超音速区，承受弯扭叶片可大幅度降低流淌损失。由于叶片顶部存在大的扩张角，末级与次末级静叶弯扭叶片具有特别的“J”造型〔见图5〕，图13是承受这种弯扭叶片的隔板成品照片〔已经成功地用于200MW和100MW低压缸〕。图13低压缸末级弯扭静叶隔板型动叶叶型1~5级动叶承受高效叶型代替前苏联老叶型。末叶根部高反动度设计通过均承受弯扭静叶片、型动叶片、子午面根部反凹造型、静动叶全三维匹25%以上，这就使得末级气动性能大为改善，特别是防止了在低负荷时末级根部通常简洁消灭的脱流和倒流以及由此带来的动叶根部出汽边水蚀现象，大大提高了低压缸运行安全牢靠性，增加了机组调峰运行力气。自带围带低压1~5级动叶顶部均为自带围带、内斜外平构造，动叶片形成整圈连接，安全牢靠，通流子午面光顺损失减小。铸铁隔板改为焊接隔板低压1~5级隔板原设计均为铸铁构造，设计全部改为焊接钢隔板。焊接钢隔隔板使用寿命。多齿汽封低压1~4级动叶顶部汽封均由原设计的两片增加为四片，末级增加三片汽封齿，这样可削减漏汽损失。增大前三级根径低压1~3级原设计速比偏小，影响级的热力性能。设计将1~3级根径适当提高，使速比接近冲动式汽轮机的最正确值，提高了级效率，流道亦趋于光滑。经济性比较龙威发电技术效劳利用北京全三维动力工程的先进技术对国产100MW汽轮机组的改造具备2种方案：1个是保存原有的高压缸、高压转子、承受双列调整级的方案。此方案可以减小制造方面的工作量，降低改造本钱。不利的是高压缸效率和整机热耗的改善相对小一些。而且老的高压缸对于机组的调峰力气也2个方案是换掉原有的高压缸、高压转子、承受单列调整级的方案。此方案会增加制造方面的工作量，改造本钱较高。对于高压缸效率和整机热耗改善大，的高压缸也可以较好的改善机组的调峰力气。另外，按每台机组改造后热耗降低105Kcal/KWH、功率110MW、年运行小时x元/吨计算，每台机组电厂可多收益：〔105Kcal/K