1000MW超超临界汽轮机总体详细介绍

STC-SIEMENS联合设计制造单轴四缸四排汽1000MW超超临界汽轮机技术介绍介绍内容一。百万等级超超临界汽轮机的技术来源二。总体结构三。本体结构部分四。汽、水、油系统部分五。启动方式及对旁路容量的要求六。小结

一。百万等级超超临界汽轮机的技术来源SEC-STC超超临界1000MW汽轮机中国第一个900MW机组-外高桥Ⅱ期-2X900MW超临界2003/2004投运(24.95/538/566)中国第一个超超临界项目-玉环4X1000MW-2003年11月签定合同。(26.25/600/600)中国最高参数的超超临界百万千瓦机组-外高桥三期2X1000MW机组-2005年2月签定合同。(27/600/600)引进西门子单轴1000MW等级,世界上最成熟、最高参数,最高效率的50Hz机组技术转让及合作设计制造

1999年-2003年外高桥2X900MW-四年实践为基础2003年12月4X1000MW合作设计制造合同开始启动，西门子进行汽轮机本体的设计，提供全套设计制造资料，从2003年12月起分2个月、5个月、7个月、11个月完成全部设计制造及资料图纸。2003年12月与西门子签定百万千瓦技术转让合同-设计技术、制造、质保、安装、服务技术。正在执行合同6台,与西门子合作设计制造合同H30高压单流积木块M30中压双流积木块N30低压双流积木块

产品核心设计技术转让计算机程序系统转让图纸及制造、安装、维护、质保技术资料1000MW等级超超临界汽轮机技术转让

合作制造外高桥

2X900MW超临界

合作设计及制造玉环、外高桥6台1000MW超超临界超超临界1000MW汽轮机与西门子的合作产品及积木块的转让内容主要项目技术支持内容1单流高压缸H30，双流中压缸M30-100，双流低压缸N30-12.5三个积木块2002年用于日本ISOGO的N600-25/600/610及玉环N1000-26.25/600/600机组的全套图纸资料2设计手册、运行、安全及维护全套产品对应的资料3外购件采购规范、备件清单全套产品对应的资料4COE设计技术计算机程序及手册、报告5制造工艺、检验、材料、标准件全套产品对应的资料6设计制造培训STC具备独立的COE设计能力主要项目技术支持1按产品要求的出力、参数、抽汽及回热系统定义程序、手册、报告、图纸、设计规范、工程报告、接口清单、采购规范等2按流量及参数，在模块范围内设计HP、IP、LP叶片通流部分（级数、叶型及尺寸）3HP、IP、LP逐级热力性能计算4HP、IP、LP逐级强度计算5轴系设计：推力、转子动力特性6DEH系统设计技术：调节阀流量升程，控制逻辑、输入与输出、热应力计算；辅助系统设计及采购技术规范

西门子“HMN”机型同时在超超临界汽轮机发展的三大技术领域处于明显的领先地位西门子600°C超超临界汽轮机技术储备（1）600°C高温参数（材料、结构及产品应用）（2）更高压力参数技术储备（3）单轴、百万千瓦容量西门子机型适应更高参数的结构优势西门子、三菱、东芝600°C/610°C。

日立600°C/600°C；ALSTOM550°C/580°C

西门子独特的结构、高压设计模块压力30MPa.

外高桥三期27MPa为百万千瓦世界最高压力。传统的结构形式,日本1990年后全部25MPa以下。世界运行的单轴8台50Hz机组全为欧洲，西门子为6台，最大1025MW。西门子在单轴、发电机、材料、高参数结构四方面均处于世界领先地位西门子是世界上唯一有50HZ单轴超超临界1000MW产品业绩（领先10年以上）的公司

高温材料在大功率机组的应用业绩高温材料的应用业绩

9Cr-10Cr铁素体高温材料-10多年的应用业绩,形成标准采购规范从1993年起产品压力及温度不断提高的成功业绩百万千瓦高压缸“H”及中压缸“M”模块最高投运温度600°C及

610°C–2002年西门子同时实现超超临界三大技术的突破

高温材料-铁素体马氏体钢适应更高温度的结构型式高压圆筒型外缸，紧凑的结构-热应力小西门子“600°C超超临界技术”储备中压进口切向涡流冷却适应更高压力的独特结构型式西门子同时实现超超临界三大技术的突破30MPa压力积木块的技术储备独特的圆筒型高压缸结构压力不断升高的产品应用业绩传统结构风格难以承受更高的压力西门子专门针对超临界压力的一系列独特结构型式周波60Hz50Hz地区日本日本欧洲双轴高中全速，低压半速6台：东芝-1台三菱-5台3台：东芝-1台日立-2台单轴2台：东芝-2台（注）8台：西门子-6台

ALSTOM-2台注（1）日立第一台单轴、百万千瓦机型将安装在邹县注（2）东芝第一台单轴、50Hz、百万千瓦机型将安装在泰州（3）西门子机型在玉环及外高桥另有6台百万千瓦汽轮机运行业绩（至2004年）日本电厂超超临界业绩

1990年后压力不大于25MPa

温度普遍达到600/600，三菱、东芝、西门子达到600/610700MW以下单轴50HZ,900MW无单轴，全为双轴欧洲电厂超超临界业绩(西门子为主)注：欧洲铭牌按VWO出力全部单轴全速,压力逐渐升高全部50Hz2x874MW德国黑泵电厂-1997投运25.3MPa,544°C/560°C-5kPa,

工业调整抽汽最大800t/h,0.45MPa2级热网抽汽最大120MW1个H30-1001个M30-100-配抽汽口2个N30-10-1个H30高压缸1个M30中压缸3个N30-10低压缸908MWBoxberg,Germany-1999年投运-25.8MPa/541°C/580°C

2.91/3.68kPa

1025MWNiederaussem,Germany-2002年投运26.5MPa,576°C/600°C

2.91/3.68kPa;-1个H30高压缸1个M30中压缸3个N30-12.5低压缸STC国内单轴百万千瓦机组业绩

2003年11月签定华能玉环4X1000MW-26.25MPa/600°C/600°C

2003-2004投运,外高桥II-2X900MW-25.MPa/538°C/566°C

2005年2月签定外高桥Ⅲ期2X1000MW-27MPa/600°C/600°C2x900MW外高桥II期-2003/2004投运24.95MPa,538°C/566°C

4.9kPa

-1个H30高压缸1个M30中压缸2个N30-12.5低压缸2x1000MW外高桥III期27MPa,600°C/600°C

4.19/5.26kPa-1个H30高压缸1个M30中压缸2个N30-12.5低压缸二。总体结构采用SIEMENS成熟的单轴、HMN组合机型H-高压单流缸K-高中压合缸M-中压双流缸E-中低压合缸N-低压双流缸本次介绍机型为：1H+1M+2N，出力1000MW

工作压力：25~30MPa，工作温度：600°C压力等级：25~30MPa，温度：600°C/620°C机组外型布置图机组布置特点机组型式为超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机高、中压缸及低压内缸由猫爪支撑于前后轴承座上。阀门布置于汽缸两侧，与汽缸直接连接，无导汽管。

单连通管导汽进低压缸。低压外缸直接座于凝汽器上，与基础不直接接触。转子由单轴承支撑，结构紧凑，并能减少基础变形对轴承载荷及轴系对中的影响。机组总长~29m,比同等级的其他机组缩短约8~10m。中压部分高压部分低压部分发电机凝汽器长(mm)宽(mm)高(mm)转子重量（T）整体重量（T）高压缸H3036653800345014.1133中压缸M3048254200434044.7205低压缸2XN30710010400839596396#1-#2(mm)#2-#3(mm)#3-#4(mm)#4-#5(mm)轴承跨距4275607580008050机组纵剖面图长(m)宽(m)高(m)机组外形2910.47.75汽缸支撑结构及膨胀特点低压外缸直接连接在凝汽器上，不参与整个静子滑销系统的膨胀，大大降低了静子部件的膨胀推力。各转子均采用无中心孔整锻转子，刚性好，应力小轴系为单轴承支撑；轴承少、承压比大、稳定性较好。转子与转子之间以超紧配液压拆装的联轴器螺栓连接，扭矩传输能力高，安装拆卸迅速、简便，对中精确。5个轴承座均固定在基础上，不随静子的膨胀而移动。#2轴承座内装有径向推力联合轴承。高、中压缸搭在#2轴承座上的猫爪与其固定不动。机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的轴承座上。中压外缸与低压内缸间用推拉杆在猫爪处连接，同时轴承座与需滑动的汽缸猫爪之间的滑动支承面均采用耐磨低摩擦合金。有利于汽缸的轴向滑动，减少汽缸与转子间的相对膨胀。转子绝对膨胀相对膨胀静子绝对膨胀高压中压低压1低压2

三。本体结构部分独特的圆筒型高压外缸高压缸整体发运。高压缸采用双层缸设计。外缸为桶形设计，由垂直中分面分为进汽缸和排汽缸。内缸为垂直纵向平分面结构。由于缸体为旋转对称，使得机组在启动停机或快速变负荷时缸体的温度梯度很小，热应力保持在一个很低的水平。

内缸为垂直纵向平分面结构，中分面螺栓应力也很小，安全可靠性高。排汽缸进汽缸高排抽汽口排汽缸高压内缸高压转子现场动平衡进汽口补汽阀进汽口高压缸剖视图猫爪猫爪高效率单流程高压缸通流高压通流部分采用小直径多级数的设计原则。单流程叶片级通流面积比双流程要增加一倍，叶片端损大幅度下降高压切向进汽，斜置45度第一级静叶，结构紧凑、损失小全周进汽无超临界的汽隙激振问题；高温第一级叶片负荷仅为其他的1/3全部采用‘T’型叶根、漏汽损失小高中低压叶片除末三级外全部采用全三维扭叶片高效全新的反动式叶片所有的高中低叶片级（除末三级）均为弯扭的马刀型动、静叶片。变反动度（30%-60%）整体围带叶片、全切削加工；强度好、动应力低、抗高温蠕变性能好。除低压末两级外，全部为“T”型叶根。低压末级采用1146mm叶片，排汽面积达到10.96m2。OverloadinletMainsteaminletExhaust(1)与全周进汽、滑压运行配套的标准设计(2)相当于主汽门后的第三个(高负荷调节阀)(3)等焓节流,减低温度还可起到冷却高压汽缸作用独特的补汽调节阀技术

补汽阀与两个主调门一样执行ATT-自动在线试验程序，执行所有相同的跳机指令

补汽阀能执行单独动作指令出口与高压缸相连补汽阀设置主调门的连接方式布置在汽缸两侧，切向进汽，损失小；无蒸汽管道，直接与汽缸相连。阀门与汽缸间采用大型螺纹连接，有利于大修拆装。阀门直接支撑在基础弹性支架，对汽缸附加作用力小。阀门采取小网眼、大面积的不锈钢永久性滤网。其特点是过滤网直径小，滤网刚性好，不易损坏。独特的液压盘车设备液压马达前轴承座高压转子盘车设备安装于前轴承座前，采用液压马达进行驱动，工作油压力145Bar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，盘车转速为60转/分

盘车装置的配有超速离合器，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联锁中压缸双分流双层缸结构中压缸整体发运。内外缸双层结构，水平中分面分成上下半。中压外缸通过猫爪搭在轴承座上，调阀端直接固定在二号轴承座上。轴承座与猫爪之间的滑动支承面均采用耐磨低摩擦合金。双分流形式，中部两侧切向进汽，排汽口位于汽缸顶部中间位置。整个中压外缸处在小于300℃排汽温度中。独特的中压进汽结构中压双流切向进汽，全部为T型叶根，漏汽损失小。第一级斜置静叶，20%反动度，大的轴向动静距离有效防止冲蚀独特的切向旋涡冷却技术

利用涡流原理降低温度约15度，满足较高再热温度的要求。主汽门及调门阀壳合为一体，结构紧凑，易于维护再热门与汽缸通过法兰直接相连，无导汽管，损失小，阀门支撑于基础上，对汽缸附加力小最优扩散口流道设计，压力损失小阀门采用电液调节的油动机进行控制，弹簧关闭。阀门动态控制性能好小网眼永久滤网，滤网刚性好，不易损坏主、再热门的特点低压缸纵剖图低压外缸现场焊接，和凝汽器刚性连接，减少了基础载荷。低压外缸通过轴封补偿器和端部汽封弹性连接，轴封补偿器可以吸收内外缸相对膨胀。从外缸伸入缸内的各部件也均采用补偿器进行连接。轴封补偿器端部汽封低压内缸横向固定装置汽缸补偿器低压内缸低压静叶持环内缸及支脚示意图低压内缸通过其前后各二个猫爪，搭在前后二个轴承座上，支撑整个内缸、持环及静叶的重量。

低压内缸两侧底部设有横向定位键槽与基础埋件相连接，防止低压内缸横向和周向移动低压内缸推拉装置示意图低压内缸以推拉装置与中压外缸连接，减少低压缸的相对膨胀低压外缸与凝汽器刚性连接

LP马刀型静叶片-提高根部反动度、防水蚀空心静叶世界上（有运行业绩）最大尺寸的低压末级叶片低压缸N30积木块与外高桥超临界900MW相同，末级叶片为1146mm。

该1146mm叶片1997年投运，至今运行已超过27500小时低压末级及次末级叶片具有良好的抗应力腐蚀及抗水蚀措施

末端叶片采用抗腐蚀性能好的17-4PH材料

末级静叶采取空心叶片结构，有抽出水分的除湿装置。末级动叶片采用新型的激光表面硬化技术，这是西门子公司的一项特有技术。

激光表面硬化的特点

叶片的进汽边硬化层能完全穿透，表面硬度可超过500HV。在表面形成压应力不但不会降低（一般下降20%-50%），反而有利于提高材料的抗疲劳强度和抗应腐蚀能力。超超临界1000MW汽轮机主要部件材质表高压外缸进汽缸：GX12CrMoWVNbN10-1-1排汽缸：G17CrMoV5-10高压内缸GX12CrMoVNbN9-1汽缸螺栓X19CrMoNbVN11-1中压内缸GX12CrMoVNbN9-1主汽门阀体GX12CrMoVNbN9-1主汽门阀壳GX12CrMoVNbN9-1主汽门螺栓X10CrMoVNb9-1再热阀体GX12CrMoVNbN9-1再热阀壳GX12CrMoVNbN9-1高压第一级动叶NiCr20TiAl高压第一级斜置静叶X12CrMoWVNbN10-1-1中压第一级动叶NiCr20TiAl高压第一级斜置静叶X12CrMoWVNbN10-1-1改进的9-10Cr钢适当减少了Cr，加入了微量Mo、W、V、Nb、N元素，进一步加入B、Co元素，其高温性能更好，可在620

C条件下工作。高压转子X12CrMoWVNbN10-1-1中压转子X12CrMoWVNbN10-1-1低压转子26NiCrMoV14-5再热门螺栓X18CrMoNbVN11-1超超临界1000MW汽轮机大件外形尺寸名称长（m）宽（m）高（m）重量（t）高压缸整体4.8753.83.45125(含运输支架)中压缸上半5.8904.322.2537.63中压缸下半5.4454.322.0943.38中压缸整体6.2754.324.9205(含运输支架)低压转子带叶片8.054.24.298低压内缸下半4.7776.892.852.58低压内缸上半6.476.893.28565.13低压外缸上半7.110.43.4543.17低压外缸端板1.610.44.9521.54低压外缸侧板6.70.54.958.9低压外缸钢架10.44.54.314.15主要部件起吊装置汽轮机各部件的最大起吊高度为吊钩距运转层约13m。

HP整体发运技术Overalldim.8x3.8x3.5Weight:125t中压缸整体发运技术Overalldim.9.14x4.32x4.9Weight:205t四。汽、水、油系统部分STAuxiliaries汽轮机辅助系统MADTURBINEBEARING汽轮机轴承MAV STlubeoilsupply汽轮机润滑油供应MAWGlandsteamsupplysystem轴封蒸汽系统MAL Drainsystem疏水系统MAC LPexhausthoodspray低压缸喷水LBC HPventvalve高排通风阀轴承布置及设计特点除高压转子由2个径向轴承支撑外，其它转子均为单轴承支撑。推力轴承位于高压和中压转子之间，与#2径向轴承组成径向推力联合轴承。推力轴承为可倾瓦型式，径向轴承为椭圆轴承。高中压轴承为球面支撑，低压缸轴承为柱面支撑。轴承的承载力大，稳定性高。每个径向轴承均设顶轴油接口。机组的轴向尺寸紧凑。总的润滑油流量小，油泵耗功少。采用ISOVG46高粘度润滑油。轴承数据(包括电机轴承)

油箱模块容量选择根据润滑油的流量53.86l/s，油箱的模块选L1型，系统总油量约35m3模块型号油箱容量运行容量流量范围油箱规格润滑油系统概述系统功能 汽轮发电机组润滑油的功能包括：润滑和冷却轴承驱动液压盘车装置在低转速状态顶起转子 润滑油供油系统由主油箱、油泵、阀门和连接管路的组成，为所有用油部件提供所需的压力油。2×100%主油泵出口压力5.5bar，用于轴承润滑和冷却1×100%危急油泵出口压力约2.5bar，用于紧急停机时轴承润滑2×100%(或3×50%)顶轴油泵出口压力约175bar特点 提供2×100%电动主油泵，使系统具有下列技术优点：更佳的油泵入口吸入条件（不需要注油器或油涡轮）较少的管道布置提高了可靠性维护更加方便滑油硬件模块标准化接口–灵活的配置2x100%LubeOilCooler滑油冷却器MainOilTank主油箱LubeOilFilter滑油过滤器MainOilPump1&2主油泵EmergencyOilPump应急油泵LiftingOilPump(2×100%或3×50%)顶轴油泵OilDustFan风扇OilDustseparator分离器OilPurification油净化MeasurementRack测量仪表架TemperatureController温度控制阀汽封系统概述功能汽封密封蒸汽的功能是防止蒸汽从轴封漏出及空气进入汽缸或冷凝器。为完成上述功能，将汽封蒸汽母管接至各汽封。在任何运行条件下，汽封蒸汽母管以及汽封内的蒸汽压力由密封蒸汽溢流阀和密封蒸汽供汽阀来控制。蒸汽压力大约35mbar（表压）。

特点启动时各汽封采用同一汽源供汽，在自密封时（约70%额定负荷），高中压汽封漏汽直接为低压汽封供汽，不需要减温装置。HDWellendichtungenHPshaftsealings高压转子密封MDWellendichtungenIPshaftsealings中压转子密封NDWellendichtungenLPshaftsealings低压转子密封Home转子密封汽封冷却器模块GlandSteamCondenser汽封冷却器Exhauster排气风机DrainageValvesandPiping疏水阀及管道ShutOffValves关断阀疏水系统功能汽缸、阀门和内部蒸汽管道内产生的凝结水通过疏水阀经疏水母管至凝汽器。按压力等级依次将不同压力的疏水管接到疏水母管上，压力最高的疏水管靠近母管的端部。与母管端部相连的膨胀箱(或立管)设置喷水装置以限制进入凝汽器的温度。启动时热的蒸汽在冷的管道和汽缸内凝结，当凝结水大量积聚时将导致叶片损坏。此外，如果不能及时将凝结水排除的话，汽缸的上、下半温差增加，导致汽缸变形。疏水阀的开关状态取决于汽缸温度、蒸汽温度、负荷以及进汽阀的阀门位置。典型汽机疏水系统

典型的气动疏水阀1。气动执行机构2。行程开关3。电磁阀4。空气过滤减压阀典型汽机疏水布置Standpipes立管Collectionbranches

集水管Collectionbranch集水管Standpipe立管

典型汽轮机疏水布置Waterinjection喷水接口低压缸喷水冷却系统图气动控制阀调压阀过滤器

低压缸喷水系统功能低压缸喷水系统向双流低压缸两端喷水环的喷嘴提供凝结水。凝结水能使离开汽轮机末级叶片的蒸汽，在进入低压缸排汽室之前降低温度。减少转子与静子部件之间由于热变形或过度差胀而产生碰擦的