1、超超臨界百萬千瓦等級汽輪機技術特點，（哈爾濱汽輪機廠公司，黑龍江省哈爾濱市 150046）摘 要：隨著電力需求的迅猛發展和發電技術的不斷升級，對于嚴重緊張的我國，發展大容量高效率、節能環保型汽輪發電機組已迫在眉睫。哈汽和東芝公司合作設計、制造的、四缸四排汽 1000MW 超超臨界汽輪機組，通過最優化設計，并采用具有運行業績的積木塊組合，適應高蒸汽參數的新材料。汽缸全部采用中分面結構以方便安裝和維修，雙層缸結構使溫度梯度分配合理，降低熱應力。全三維沖動式葉片、獨特的汽封設計，以及采用目前世界上最長的 48”(1219mm)鋼制葉片，其：超超臨界；汽輪機；設計特點性比常規超臨界機組提高 2.5%。

2、0前言地球環境問題已成為世界性備受矚目的重要課題，提高燃煤機組發電效率的同時，也在謀求減少溫室氣體的排放量，以減輕環境負荷。另外，從發電機組發電成本及總體設備投資的觀點來看，對于相對匱乏的我國日益緊張的能源需求，要求機組具有最佳的性。對應這些要求，哈汽和東芝公司在不降低機組可靠性的前提下，利用可提高效率的的最新技術，設計完成了具有最佳性的汽輪機。本文對哈汽的技術支持方東芝公司設計的，采用具有優異運行業績的成熟高、中、低壓模塊的、四缸四排汽百萬等級超超臨界汽輪發電機組作一介紹。1蒸汽參數發展隨著材料研究和冶煉工藝的不斷提高，使汽輪機發電機組采用更高的蒸汽參數成為可能， 更進一步地提高了機組的效率

3、，降低了溫室氣體的排放量。東芝公司在材料的選擇上具有豐富的經驗，東芝公司的材料發展見圖 1。圖 1東芝公司汽輪機蒸汽參數的發展200東芝公司具有世界上最優秀的高溫汽輪機運行業績，多臺進汽溫度在 600左右的汽輪機投入運行，其中橘灣電廠 1#機組進汽溫度達到 610，為 1000MW 超超臨界機組的設計積累了豐富的設計經驗。本文所述的機組采用 25MPa/600/610，發電效率同以往有實際業績的機組相比，相對而言提高了約 2.5%以上。2汽輪機主要技術規范3材料選擇由于汽輪機采用高蒸汽參數，對處于高溫區域的主要部件，如：高中壓閥門、高中壓內缸、高壓噴嘴室、高中壓轉子和高中壓第一級葉片均需要采用

4、具有良好高溫特性的材料。本機組的高溫部件都采用與橘灣 1#機組相同的可適應 600/610高溫的材料。表 1 列出了主要部件的材料，圖 2 列出了主要部件的高溫蠕變強度。表 1主要部件材料4汽缸設計特點圖 2材料高溫蠕變強度汽輪機縱剖面參見圖 3。汽輪機的高壓汽缸為單流式，采層缸結構，從而使汽缸結構簡化。高壓調節級為雙流，以減小調節級應力。調節級后的腔體內，電端的設計要比調端的略高，可以強制汽流在腔室內，防止高溫蒸汽在轉子和噴嘴室之間的腔室內停201高壓內缸12CrMoVNbN 鋼中壓內缸12CrMoVNbN 鋼噴嘴室12CrMoVNbN 鋼高中壓葉片11CrWVNbNReCo 鋼高中壓噴嘴1

5、0.7CrMoVNbN 鋼高壓轉子12CrMoVNbNW 鋼中壓轉子12CrMoVNbNW 鋼主汽調節閥9Cr1MoNbV 鋼再熱調節閥10Cr1MoWNbVBN 鋼汽輪機型式：超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、凝汽式連續出力1000MW轉速3000rpm旋轉方向逆時針（從調端看）主蒸汽MPa25MPa主蒸汽溫度600再熱蒸汽溫度600回熱級數8 級調節系統型式DEH通流級數48高壓部分級數I+9中壓部分級數2×7低壓部分級數2×2×6末級動葉片長度 mm1219.2機組總長（包括罩殼）40×10.1×7.5滯，同時冷卻高溫進汽部分。圖 31

6、000MW 超超臨界汽輪機縱剖面圖中壓汽缸為雙流式、雙層缸結構，結構和原理同高壓缸相同。中壓轉子由高壓缸調節級后漏汽進行冷卻。安裝在軸流汽缸中的低壓缸排汽部分，可以使蒸汽從汽缸出汽端旋轉一恰當角度，來減少低壓缸中的熱損和壓降。所有汽缸都采用水平中分面結合的形式以進行檢測和維修。低壓末級隔板采用空心精密鑄造的設計。末級產由疏水縫隙收集，流入冷凝器。參見圖 4。低壓末級動葉為由 GE 和東芝公司開發的 48 英寸（1219.2mm）鋼葉片。采用圓弧樅樹型以拉筋凸耳及套筒連接，提高了的頻率（和自由葉片相比），從而提高了葉片。另外，此種結構通過相鄰葉片相接處部位的材料和機械減振圖 4 低壓末級防水蝕措

7、施作用進一步起到了減振效果。從環形面積來說，48”末級動世界上最長的全速（3000rpm）鋼質末級動葉。圖 548”末級葉片設計參數噴嘴組與噴嘴室組焊為一體，相對汽缸能自由膨脹。負荷改變時，噴嘴室吸收調節級噴20248 英寸葉片設計參數葉高1219.2mm根徑1879.6mm環形面積11.87m2葉頂圓周速度678m/s葉根形式圓弧樅樹形連接形式阻尼凸臺/套筒+自帶圍帶整圈連接材料15Cr 鋼嘴區的熱沖擊，只有很少的沖擊能夠傳到汽缸，大大地減少了汽缸高壓區的撓曲和熱應力。為 25MPa,再熱溫度為 600或 6100C，且采用直流鍋爐，鍋由于機組的蒸汽參數高,爐管道內壁銹蝕剝離物進入蒸汽中成為

8、固體顆粒，使得高、中壓閥門，高壓調節級，中壓第一級固粒腐蝕要臨界機組嚴重，在設計中必須考慮如何減少固粒腐蝕。通過實驗驗證和實際測試，高壓噴嘴的腐蝕在出汽邊的內弧損害較大，見圖 6，因此對于高壓噴嘴采用滲硼的方法防止腐蝕；中壓第 1 級靜葉的腐蝕是由于動葉片反彈回來的固體顆粒沖擊產生的，主要在靜葉片的出汽邊背弧損害較大見圖 7，因此對于中壓第 1 級的靜葉片采用涂陶瓷材料的方法防止腐蝕。噴涂厚度 0.25±0.05mm，硬度 1000 (Hv)。大量運行經驗表明效果良好、安全可靠。圖 6：高壓噴嘴固粒腐蝕圖 7：中壓第一級靜腐蝕5轉子設計特點所有的轉子均為整鍛無中心孔的轉子，轉子與轉子

9、之間采用剛性聯軸器相互連接。每個轉子配有的雙軸承支撐。每根轉子在前，都要進行超聲探傷和其它各種試驗以確保鍛件滿足物理和化學特性的要求。動葉組裝好后，進行動平衡試驗仔細對轉子進行平衡，并用高速動平衡機以額定速度對其進行最終平衡。機組在設計時，對于軸系穩定性主要通過以下幾方面來解決蒸汽激振力的影響：·每根轉子在工廠內部進行低速和高速動平衡，將不平衡量降到最小；·設計使轉子的臨界轉速和額定轉速不產生相互的影響；·轉子設計精確對中，保證在運轉時產生額外的力矩；·合理設計動靜之間的間隙，保證在啟動和停機時轉子和汽封·安裝防汽流渦動的汽封，防止轉子的不穩定

10、振動。同時東芝公司在汽輪機葉片設計方面具有的豐富經驗。通過現代化產生摩擦;計算葉輪的撓性，彎曲度和拉筋的影響，以及許多其它用來確定葉片設計的復雜因素。使所有的葉片都是高效，無故障和高度可靠的。葉片由不銹鋼鍛件制成，具有良好的強度和疲勞特性，并有較高的抗汽蝕性式和抗腐蝕性。這些葉片的葉型選自一組曾大量使用的標準葉片中的葉型。帶有菌形通過緊固配合件與輪緣外包配合。外包配合用來保護輪緣不受蒸汽侵蝕。6閥門設計特點主汽閥與調節閥為一體式結構，由耐熱合金鋼鑄件同時制成。203主汽閥內部裝有精過濾網，實現多層過濾，可有效的避免固粒腐蝕。為了消除汽流不穩定和沖擊波引起的閥桿振動，選用了低振動型調節閥，提高了

11、可靠性。中壓主汽閥、調節閥共殼體，也由耐熱合金鋼鑄件制成。主汽閥碟與調節閥碟共享一個閥座，主汽閥與調節閥可以各自地，互不干擾地全行程移動，不受對方位置的影響。詳細的結構形式參見圖 8 和圖 9。圖 9再熱主汽調節閥圖 8 主汽閥和調節閥7軸承軸承設計有自位特性來確保每個支持軸承在任何時候都可以精確的對中。根據軸承的載荷，選擇采用可傾瓦軸承或橢圓軸承。圖 10 推力軸承推力軸承采用結構裝配簡單的斜面式推力軸承，決定轉子的軸向位置。此結構形式的軸承占據空間小，并具有較高的承載能力，剛度很好，使用較長。見圖 10。8結束語通過先進完善的設計，以及多臺在運機組模塊的實踐驗證，哈汽和東芝公司設計的超超臨

12、界百萬等級汽輪機組在保證安全可靠的同時，還具有很好的性。204參考文獻：1 MPS. 2003. No.2.23學會誌日.2002. No. 2.公司汽輪機低壓缸末級動葉的新結構俄. 熱力動力學. 2003, -77-78.作者簡介:（1971-），西安交通大學畢業/工學學士,工程師,現從事汽輪發電機組的設計工作。The Design Characteristics of Ultra-super Critical Steam TurbineSHI Yu-wen, LI Dian-cheng(Harbin Turbine Company Limited, Harbin Heilongjiang

13、150046)Abstract: Along with the increased demand of the electric power and continuous upgrade of power generation technology, in order to save our countrys scarcity resource, it is urgent to develop the turbo-generator with big capacity, high efficiency and energy saving features.The tandem compound

14、 1000MW ultra-super critical steam turbine, which is cooperated design and manufacture by HTC and Toshiba, use optimization design, and adopt block combination with operation experience and new material to satisfy high steam temperature. All the casings adopt horizontal flange for convenient installation and maintenance, and double layer inner and outer casing for reasonable temperature distribution to lower the thermal stress. The turbine adopts 3D