300MW再热冷段内切换给水泵汽轮机本体设计.pdf

索 讹粉 拔 』1 5D O N G FA N G T U R B IN E I 。 赵 琪 李陈虎 孙 敏 ( 东方汽轮机有限公司 ，四川 德阳 。6 1 8 0 0 0) 摘 要：文章简要阐述了东i -~ 3 0 0 MW等级机组再热冷段内 切换给水泵汽轮机的本体设计。 关键词：给水泵汽轮机；再热冷段；内 切换 De s i gn o f 3 0 0MW Boi l er F e e d PU mp Tu r b i n e — Col d Reh e a t an d Swi t c h i n g Ov e r I n s i d e Z h a o Qi ， L i C h e n h u ， S u n Mi n ( Do n g ~n g T u r b i n e C o ． ，L t d ． De y a n g S i c h u a n 6 1 8 0 0 0 ) Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e d e s i g n o f 3 0 0 MW b o i l e r f e e d p u mp tur b i n e — c o l d r e h e a t a n d s wi t c h i n g o v e r i n s i d e Ke y wo r d s ： b o i l e r f e e d p u mp t u r b i n e ，c o l d r e h e a t ， s wi t c h i n g o v e r i n s i d e 给 水 系统对 电厂 的安全 运行起 着 重要 的作 用 ，它 必须连 续提 供与锅 炉 负荷相 适应 的给水 量 ，以维持机组 的正常运行 。在给水系统采用 小 汽轮机驱动给水泵提供给水的情况下 ，小汽轮机 的可靠性直接决定 了主机能否正常运行。因此 ， 对小汽轮机的安全可靠性要求相 当高 。同时在大 型机组给水系统 中由于采用了汽动泵 ，不仅降低 了厂用 电率 ，而且使系统更为经济。 东汽在2 0 世纪8 0 年代就从西屋公司引进 了给 水 泵汽 轮机 的设 计和制造 技术 ，引进 技术 具有 2 0 世纪8 0 年代 中期 的世界水平 ，先后开发了驱动 3 0 0 M W 、6 0 0 M W 等 级机 组 的给 水泵 汽轮 机 ( D 2 0 机 型)，经石横、平圩 、沙岭子、潍坊 、襄 樊等发 电公司的机组运行 实绩表 明，其不但经济性好 ， 而且具有很高 的安全可靠性 。至2 0 1 0 年底 ，东汽 已有2 0 0 多台相 同机型的机组 的运行业绩 。2 0 0 6 年 就云南宣威 电厂七期扩建 的2 3 0 0 M W 工程 ，东汽 开发了再热冷段外切换给水泵汽轮机 。2 0 0 7 年就 大唐 国际锦州热 电厂2 3 0 0 M W 项 目，东汽 开发 了 再热冷段 内切换给水泵汽轮机。 作者简介：赵琪 ( 1 9 7 7 一 ) ，男，四) t l ~ L ) l 1 人，学士，工程师，1 9 9 9 年毕业于上海理工大学涡轮机专业，现从事汽轮机结构设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 J 豪 言 乞 粉 找 l DONGF ANG TURBI NE 2 内 多 卜 切换主要参数及彩式对比_ 誉 _ ： 2 ． 1 参 数对比( 见 表1 】 表1 3 0 0 MW等级机组再热冷段 内切换和外切换给水泵汽轮机基本参数对比 2 ． 2 切换形式 比较 ( 见图1 、图2) 内切换与外切换技术是当今世界给水泵汽轮 机 汽源 切换 技术 的两大 派别 。在 国外 ，美 国西 屋、A B B 、 日本三菱等采用内切换 ，德国西门子、 俄罗斯采用外切换 ；在 国内，上汽 、哈汽采用外 切换，杭汽3 0 0 M W ~6 0 0 M W 等级机组给水泵汽轮机 采用外切换，1 0 0 0 M W 等级机组 给水泵汽轮机采用 内切换。东汽3 0 0 M W ~ H 6 0 0 M W 等级机组给水泵汽轮 机 采 用 外 切 换 或 内 切 换 均 有 成 熟 机 型 ， 而 1 0 0 0 M W 等级机组给水泵汽轮机 则采用成熟 引进型 图1外切换系统 图2 内切换 系统 再热冷段内切换给水泵汽轮机组保持了西屋 快装机组的特 点，机组级数少 ，外形尺寸小，本 体重量轻；轴 向推力小 ，推力轴承 负荷小、耗 油 量低 ；转子直径小 ，机组采用弹性板 、弹性梁 的 定位方式 ，使机组 的膨胀更加 自如 。机组工作在 变转速、变工况的特殊运行条件下，出于叶片不 调频设计的要求，国内外大部分公 司均按冲动式 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计 。 3 ． 1轴系设计 ( I )本机组转子为整锻转子，叶片是不调频 的， 且各级动叶叶根均设计成枞树形叶根；动叶片 共有六级，均为侧装式，前 四级为直叶片，后两 级为扭叶片 。转子总长为3 0 9 3 ． 5 m m ，末级 叶片长 度为2 0 9 ． 5 5 m m( 见 图3 )。 ( 2 )汽轮机一给水泵连接机组采用鼓形齿式 联轴器 ( 见图4 )，以补偿标高的变化值。 I l I 图3转子简图 图4联轴器简 图 ( 3 )采用高速盘车装 置 ( 见 图5 )，盘车转 速为1 2 0 r ／ m i n ，驱动电机功率 为7 ． 5 k W 。 ( 4 )机组前 、后支持轴承均 为5 瓦块可倾瓦 轴承。推力轴承的正、反 向各有6 块推力瓦 ( 见图 6 ) 。推 力轴 承和 i #支持轴 承 布置 于前轴 承箱 中 。 图5盘车简图 索 言 汔 粉按 DONGF ANG TURBl NE 1 7 图6推力轴承 和支持轴承 3 ． 2 汽缸设计 汽缸分成前、后两部分。前汽缸为铸造汽缸 后汽缸为焊接结构。 3 ． 3 阀门设计 低压进汽 由一个低压主汽阀和8 个低压调节 阀 控制 ，而高压备用汽源 由一个联合的高压主汽调 节 阀控制 。高压主汽调节阀是汽源切换过程 中的 关键设备，全新设计 。高压 主汽调节阀基本数据 见表2 ，阀门见图7 ，阀门连杆见图8 ，调节 阀、喷 嘴和喷嘴室的布置见图9 。 表2 高压主汽调节阀的基本数据 项 目 主汽阀 调节阀 配合直径 喉部直径 阀门最大升程 阀杆直径 最大蒸汽力 油动机油缸尺寸 油动机出力倍率 阀体材料 阀杆材料 阀门重量 1 l 6mm 1 0 0 mm 9 9． 1 8 mm ~9 4 ． 0 6ram 35 mm 2 8 ram ~6 0 mm ~6 0mm 3 5 8l k g f 31 38 k gf 6 4 mm 6 4mm 2 ． 6 8 倍 2 ． 9 6 倍 2 5 ( 锻) 2 5 ( 锻) 2 5 Cr 2 Mo VA 2 5 Cr 2 M o VA 2 7 4 0． 9 k g 图7阀 门简图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 图8阀门连杆简图 图9调节阀、喷嘴和喷嘴室布置简图 阀杆动应力计算如下： 冲击初始 ，阀杆 中初始应力 ( M P a )表达式 如下： I + J ：阀杆实际承受的最大提升力 ( k N )； ：阀杆开启或关闭速度 ( c m ／ s )； G ：计算截面以下的移动重量 ( k N )； E：阀杆在工作温度下的弹性模量 ( k P a )； F：阀杆中部受拉面积 ( c m )； 计算的危险面面积 ( c m )； g ：重力加速度 ( c m ／ s )； ：阀杆 中部受拉段的长度 ( c m )。 阀杆快速提升或关闭时 的动应力 0 ( M P a )表 达式如下： 一。 ( + 1] G ， ：相对于计算截面以上的移动重量 ( k N )。 此主汽 阀和 调节 阀阀杆 规格基本相同 ，受力 区别较大。 阀杆校核结果见表3 。 表3 阀杆校核数据表 ( M P a ) 3 ． 4 喷嘴设计 机组高压喷嘴、低压喷嘴和全部隔板均采用 焊接结构，低压喷嘴有8 2 只叶片，分成8 组 ，各组 分别与低压喷嘴室的8 个独立的腔室之一相通 ，各 由相应调节阀供汽 ，低压喷嘴 室固定在前汽缸上 半 。高压喷嘴仅有一组 ，共2 0 只叶片 ，其进汽室 ( 高压喷嘴室)用螺栓固定在前汽缸下半。高压 喷嘴、喷嘴室全新设计 ，见图l 0 。 图1 O喷嘴、喷嘴室简图 3 ． 5 主汽管设计 高压主汽调节 阀与高压喷嘴室之间的高压主 汽管挠性设计，充分吸收机组热位移 。 3 ． 6 底盘设计 机组的底盘用地脚螺栓把好后 ，浇注在基础 上，小汽机靠后汽缸处两撑脚座在底盘上 ，汽缸 两撑脚 下各 有一横 向滑 键 ，键 对称 于排 汽 中心 线，前轴承箱用螺栓与前汽缸连成一体 ，并挠性 支撑在 底板 上 ，汽缸 的热膨胀 靠此 挠 性支撑 吸 收。挠件支撑布置 见图l l ，挠性板 见图1 2 。 图1 l挠 性支 撑布置 ( 下转第2 2 页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 1 索 言 汽 扮揍 I DONGF ANG TURBINE 鉴于蝶阀在供热机组中的重要性 ，对其选型 及安装维护方面有如下要求： ( 1 )阀门及附件都应操作灵活，阀门开启、 关闭速度稳定 。在汽轮机任何工况条件下阀门均 不能出现卡涩现象 ，并且 阀碟在任何开度位置均 能可靠定位 ，无任何摆动现象发生。 ( 2 )阀碟应有足够的强度，在蒸汽压差和不 平衡力作用 F不会产生变形。 ( 3 )为防止阀门开启、关闭过位 ，蝶阀执行 机构应设 限位装置 ，并设置必要的缓冲装置。 ( 4 )机械操纵机构在结构上要充分考虑防卡 涩措施及合理 的导向结构 ，确保蝶 阀在在冷热状 态下无 长涩现象，操纵灵活。 ( 5 )阀门上应带有指示开启和关闭方向的铭 牌 ，还应在 阀门上明确标 明流动方 向。蝶阀一般 有安装方 向，不能反装。 ( 6 )蝶阀在仓储时，阀板应开启4 。～5 。 以免密封 圈长期受压而变形 ，影响密封 。 通过 国内电厂多年运行反馈结果表明，供热 汽轮机组上蝶阀故障率低 ，维护成本小 ， 作可 靠 。从而证明选择蝶 阀作为供热调节控制元件是 合理的，并将在今后 的供热机组中得到越来越广 泛 的应用。 参考文献 【 1 】 王建伟， 莫琪辉， 徐琼鹰． 东汽3 3 ( 1 Mw双抽供热凝汽式汽 轮 机设 计技 术． 热 力透平， 2 ( ) 1 0 ( 1 ) ( 上接第1 4 页) 【 8 l P a u l D v o r a k ． B r i t a n n i a b r e a k s t h e 9 MW b a r r i e r [ E B ／ OL ] W i nd Tu r bi ne Di r e c t —Dr i ve Ge ne r a t o r De s i g n wi t h Pi t c h ht t p： ／ ／ www． c l i ppe r wi nd ． c om／ pd f ／ wp e —Br i t a nn i a ．pd f o r A c ti v e S p e e d S t a l l Co n t r o l [ E B ／ OL ] f 9 ]E y s t e i n B o r g e n ， Mi c h a l F o B a n d ． S WA Y s p i n s o ff S WAY h t t p ： ／ ／ r e p o s i t o r y t u d e l f t ． n l ／ a s s e t s ／ u u i d ： a f a 0 2 7 9 c — a e a O —t u r b i n e [ E B ／ OL ] 46 1 1 —98 9 b—e a a e 3 7 7 b2 f1) 9／ 21 1 5 8 6．pd f h t t p： ／ ／ www ．s wa y． n o／ p ubl i s h _f i l e s ／ 2 01 c 1 —( 】 8—2 7一t r e s s—r e l e a f 7 ． J o n k ma n ， S B u t t e r fi e l d ， W Mu s i a l ， G． S c o t t De fi n i t i o n s e ～ S WA Y d e me r g e s — S WA Y _ T URB 1 NE _ E n g ． p d f o f a 5 - MW Re f e r e n c e Wi n d T u r b i n e f o r Off s h o r e S y s t e m [ 1 0 1 A e r o g e n e r a t o r X l a u n c h e d b y Wi n d P o w e r L i mi t e d] E B ／ De v e l o p me n t [ E B ／ OL ] OL ] h t t p ： ／ ／ w ww． e n e r a s r e n o v a b I e s ． c i e ma t ． e s ／ a d j u n t o s — d o c u me www． w i n d p o we r ．1 t d ． u k ／ nt os ／ NUS A2 ． pd f ( 上接第1 8 页) 从结构设计和运行经济性来讲，再热冷端作 广————_—_—————_ 二 =二=—————] 为给水泵汽轮机 的备用汽源 比较合适，而机组采 图1 2挠 性板 挠 性板 在 作 状态 下产 生 的弯 曲应 力小 于 4 5 ~ l P a ，其静态安全系数为4 ． 7 8 ，其强度完全满足 运 行要 求 。 螂睁 用 内切换还 是外 切换 都要 根据用 户 实际需 要而 定 。目前 内切换和外切换给水泵汽轮机均有很多 成功的设计和运行经验 。东汽3 0 0 M W 等级机组再热 冷段 内切换给水泵汽轮机在大唐 国际锦州热 电厂 2 3 0 0 M W 项 目上 成 功 设 计 完 成 后 ， 已经 具 有 3 0 0 M W 等级机组新蒸汽、再热冷段内切换和再热冷 段、辅汽外切换给水泵汽轮机的所有机型。 参考文献 【 1 】 舒士甄 ，朱力，柯玄龄． 叶轮机械原理． 北京：清华大 学出版社，1 9 9 1 【 2 】西安交通 大学． 蒸汽轮机装置． 北京：机械 工业 出版 社 ．1 9 8 2 【 3 】艾育华． 喷嘴与蒸汽喷射器研究． 华北电力大学硕士学 位 论 文 ．2 0 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m