东汽-日立型超超临界1000MW汽轮机结构介绍.doc

东汽-日立型超超临界1000MW汽轮机结构介绍

2. 东汽－日立型超超临界1000MW汽轮机
2.1 热力特性
该汽轮机为单轴四缸四排汽型式，从机头到机尾依次串联，一个单流高压缸、一个双流中压缸及两个双流低压缸。高压缸呈反向布置（头对中压缸），由一个双流调节级与8个单流压力级组成。中压缸共有2×6个压力级。两个低压缸压力级总数为2×2×6级。末级叶片高度为43″,采用一次中间再热，汽轮机总长为35.6m，汽轮发电机组总长54.652m。其纵剖面图如图1所示。主蒸汽从高中外缸中部上下对称布置的4个进汽口进入汽轮机，通过高压9级作功后去锅炉再热器。再热蒸汽由中压外缸中部下半的2个进汽口进入汽轮机的中压部分，通过中压双流6级作功后的蒸汽经一根异径连通管分别进入两个双流6级的低压缸，作功后的乏汽排入两个不同背压的凝汽器。

图1 东方－日立型超超临界100MW汽轮机

高压主汽阀，调节阀悬吊在机头前运行平台下面，通过4根导汽管与高压汽缸相接。其布置图如图2所示。中压联合阀布置在高中压缸两侧，通过中压进汽管与汽缸焊接，并采用浮动式弹簧支架固定在平台上。
图2 高压主汽阀调节阀布置图

特性参数：
⑴ 型号 N1000-25/600/600
⑵ 机组型式 超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、
凝汽式汽轮机
⑶ 额定参数
功 率 1000MW
高压主汽阀前蒸汽压力 25.0MPa.a
温度 600℃
中压主汽阀前蒸汽压力 4.25MPa.a
温度 600℃
正常排汽压力(平均值) 0.0051 Mpa(a)
未级动叶片度 43″(1092mm)
最终给水温度 294.8℃
主蒸汽流量 2733.4t/h
机组热耗 7410 KJ/kw.h （1769.85 kcal/kw.h）
额定转速 3000r/min
机组总长 35.6m(不含电机)
旋转方向 逆时针
冷却水温（设计水温） ～20℃
维持额定功率时的最高
计算冷却水温 33℃
给水回热级数 3高加+1除氧+4低加
配汽方式 全电调(阀门管理)
⑷ 通流级数:热力级为20级，结构级为45级，其中
高压缸 I(双流调节级)+8压力级
中压缸 2×6级(双流程)
低压缸(A、B) 4×6级(双流程)
2.2 母型机组
全部高、中、低压三个汽缸另部件都经过运行考验，证明是成熟可靠结构。三缸四排汽参数与本工程相同或相近。串联在一根轴上之后，对轴系稳定性作了重新校核，结果数据令人满意。
母型机组的情况见下表：
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）
原町2#
Haramachi
（1998.7）
不取
（3000~1500r/min）
24.5Mpa,
600℃/600℃
背压4.27KPa
双轴机组，用户要求。围海造田电厂可靠省厂房面积
1000MW（CC4F-41）
常陆那珂1#
Hitachi-Naka
（2003.1）
取高压缸、中压缸
（3000r/min）
24.5Mpa,
600℃/600℃
背压5.09KPa
Haramachi 2# 机的改进型
700MW
（TC4F-43）
苫东厚真4#
Tomato-Atsuma
(2002.6)
只取低压缸
（3000r/min）
25.0Mpa,
600℃/600℃
(背压为3.33kPa)
作为单轴百万千瓦低压缸的试验机组
上述日立公司700MW机组创造了日本电厂最高热效率记录。其设计热耗为7226kJ/kw.h（1726kcal/kw.h），实测值为7194 kJ/kw.h（1718.2kcal/kw.h），实测热效率达到50%。

2.2 总体结构
2.2.1 轴系及轴承
机组轴系由汽轮机高压转子、中压转子、低压转子（A）、低压转子（B）及发电机转子所组成，各转子均为整体转子，各转子间用刚性联轴器连接。

表1 转子基本参数

高压转子
中压转子
A低压转子
B低压转子
转子质量 kg
23900
31000
75600
77000
支承内跨距 mm
5800
5650
6550
6550

转子在装配叶片进行高速动平衡试验，在额定转速下进行动平衡，并做超速试验。
每根转子上均设有供电厂现场在不开缸的情况下进行动平衡的装置。
汽轮发电机组轴系中每一根转子均由二个轴承支承。其中，高压和中压转子采用可倾瓦轴承支承，低压转子采用椭圆轴承支承。
可倾瓦轴承采用6瓦块结构，对称布置。
椭圆轴承为单侧进油，上瓦开槽结构。轴承合金结合面采用燕尾槽结构。轴承安装时要进行轴承转动扭矩测量，使之符合有关标准定。
推力轴承位于中压缸与低压缸（A）之间，采用倾斜平面式双推力盘结构。这种结构的推力轴承是由沿圆周方向的10条油槽将推力瓦面分割为10个瓦块形成，每一瓦块沿圆周方向是倾斜的，同时，其倾斜角又随半径变化，内径处倾角大，外径处倾角小，以保证瓦块内外径处的润滑油流量均衡。

表2 轴承基本参数
轴承号
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
轴颈
406.4
508.0
533.4
533.4
558.8
558.8
558.8
584.2
轴承型式
可倾瓦
椭圆瓦
由于高、中压转子采用改良12Cr锻钢，该钢较软，为防止运行时油中杂质划伤轴颈，其轴颈部位支承段在12Cr钢转子基材上堆焊低Cr的Cr-Mo-V合金层，结构示意图见图5。1#～4#轴承拟采用自对中性能较好的可倾瓦轴承，5#～8#轴承拟采用椭圆瓦轴承，轴径尺寸见表2。

图3 轴颈部位堆焊结构示意图

2.2.2 汽轮机阀门及布置
l 主汽调节阀：
四个高压主汽阀与四个独立的高压调节阀连为一体，四个高压主汽阀腔室互相连通。每个主汽阀和调节阀均带有自己的油动机和操纵机构，主汽调节阀以及油动机操纵机构一体布置在汽轮机机头前运行层下方。见下图：

图4 高压主汽调节阀外形及布置图

l 中压联合阀：
两个中压联合阀均由液压操作，具有独立阀壳。中压调压阀为球型阀，而中压主汽阀是一个套阀，两阀共用一个阀座。正常工况下中压主汽阀和中压调节阀全开，因此每个阀杆上都有堆焊司太利合金的密封反阀座，减小阀杆漏汽。中压联合阀布置在中压缸中部两侧下方。其重量由汽缸和两侧支架分担。

图5 中压联合阀外形及布置图
2.2.3 高压模块
高压缸共I+8个热力通流级，其中调节级为双流。高压缸为双层缸结构，分别与四个调节阀对应的喷嘴室装在内缸上。固定在内缸上的四根进汽管允许其内外缸、喷嘴室自由地热胀而不影响三者的同心定位。进汽管与外缸连接部位采用特殊的冷却结构，使高压外缸材料可沿用亚临界传统的Cr-Mo-V铸钢。
由于冶金技术和材料高温性能的制约（关于这一点，各汽轮机设备厂家都处在同一个平台上，虽然使用的材料牌号不尽相同），在600℃的高温下，要设计一只1000MW等级的单列调节级，都需要一些变通的办法。我们都知道，采用喷嘴调节的调节级，部分负荷下的最大轮周功率达到机组MCR工况下轮周功率的两倍。因此，采用喷嘴调节的调节级方案时，日立很现实地采用了双列调节级方案，如下图所示：

图6 双流喷嘴室示意图
2.2.4中压模块
中压分流共2X6级。由于再热蒸汽温度达600℃，为减小热应力，汽缸与高压部分一样采用双层缸结构，为了使中压外缸材料可沿用亚临界传统的Cr-Mo-V铸钢，下半进汽部分结构特殊设计，使再热蒸汽不通过外缸缸体，直接进入内缸进汽室（参见图6）。中压转子采用整锻结构，选用改良12Cr锻钢。为了提高中压转子热疲劳强度， 减轻正反第一级间的热应力，从一抽引入低温蒸汽与中压阀后引入的一股蒸汽混合后形成冷却蒸汽进入中压第一级前，通过正反第一、二级轮缘叶根处的间隙，起到冷却中压转子高温段轮毂及轮面的目的，并大大降低第一级叶片槽底热应力。

图6 中压转子冷却结构示意图
2.2.5低压模块
低压分ALP、BLP两个缸,均为分流2X6级。为减小热应力，采用三层缸结构以避免进汽部分膨胀不畅引起内缸变形。内外缸均采用缸板拼焊结构，低压转子采用整锻结构，选用超纯净Ni-Cr-Mo-V钢锻件。

图7 低压缸结构
2.2.7 主要部件材料见下表：
主阀门壳
MSV
12Cr铸钢
CV
12Cr铸钢
CRV
12Cr铸钢
转子
高压
改良型12Cr锻钢
中压
改良型12Cr锻钢
低压
Ni-Cr-V锻钢（超纯净型）
高中压转子轴颈和推力盘表面
堆焊Cr-Mo钢
喷嘴室

12Cr钢
动叶
高压第一级
改良12Cr锻钢
中压第一级
改良12Cr锻钢
汽缸
高压外缸
Cr-Mo-V铸钢
高压内缸
12Cr铸钢
中压外缸
Cr-Mo-V铸钢
中压内缸
12Cr铸钢

2.2.8 滑销系统
机组共设有三个死点，分别位于中压缸和A低压缸之间的中间轴承箱下及低压缸（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，它引导汽缸沿轴向自由膨胀而限制横向跑偏。
图8 死点布置图

2.2.9 盘车装置
盘车装置是用于机组起动时，带动转子低速旋转，以便使转子均匀加热，减小转子变形的可能性，也用在停机后转子冷却阶段以及转子检查时驱动转子低速转动。本装置安装在汽轮机和发电机之间，由电动机和齿轮系组成。在齿轮箱中的一个可移动小齿轮与套在汽轮机转子联轴器法兰上的齿圈啮合，冲转时，可移动的小齿轮借助于碰击齿轮在没有冲击的情况下立即脱开，并闭锁，不再投入。当转速下降到预定值时，盘车装置将自动投入。这时，信号显示器将显示出盘车装置在运行之中。盘车转速为～2转/分。盘车电机功率30千瓦。