1、东芝公司超超临界公司1000MW汽轮机介绍1. 概述泰州电厂超超临界汽轮机由哈汽东芝联合设计制造。机组为一次中间再热、四缸、四排汽（双流低压缸）单轴、带有 48 英寸末级叶片的凝汽式汽轮机，机组型号 TC4F-48”。汽轮机应用的设计和结构特征，在很多相近蒸汽参数和相近功率的机组上得到验证。汽轮机纵剖面如图 1 所示。主蒸汽通过 4 个主汽阀和 4 个调节阀，由 4 根导汽管进入汽轮机高压缸的上下半，进入高压缸的蒸汽通过双流调节级，流向调端通过冲动式压力级，做功后由高压排汽口排入再热器。再热后的蒸汽通过再热主汽调节联合阀流回到汽轮机双分流的中压缸。通过冲动式中压压力级做功后由中低压连通管流入两
2、个双流的低压缸。蒸汽在通过冲动式低压级后，向下排到冷凝器。为方便维修，高、中、低压缸采用水平中分面的设计。通过对水平中分面的准确加工或手工研磨，保证上下半金属的完全紧密接触和汽密性。对于受高温影响的部件，通过合理设计降低温差和温度梯度来减少热应力。汽轮机技术数据和材料参见投标书和材料表。图 1 1000MW 超超临界汽轮机纵剖面图2. 东芝公司超超临界机组的业绩电厂名称 机组数量功率MW压力Mpa温度/ 投运日期转速rpm型式 末叶长度inch橘湾#1 1 1050 25.1 600/610 6/00 3600/1800 CC4F-48” 48”袖浦#2 1 1000 24.2 538/566
3、 9/75 3000/1500 CC4F-41” 41”東扇岛#1 1 1000 24.2 538/566 9/87 3000/1500 CC4F-41” 41”广野#4 1 1000 24.2 538/566 1/93 3000/1500 CC4F-41” 41”新地#2 1 1000 24.2 538/566 7/95 3000/1500 CC4F-41” 41”原町#1 1 1000 24.2 566/593 7/97 3000/1500 CC4F-41” 41”碧南#4 1 1000 24.2 566/593 11/01 3600 TC4F-40” 40”碧南#5 1 1000 24.
4、2 566/593 11/02 3600 TC4F-40” 40”意大利Torviscosa 1 280 12.02 566/566 6/15 48”3. 1000MW 超超临界汽轮机简介3.1 汽轮机的设计和结构特点本机组采用以下，并在多台相近蒸汽参数和相同容量的机组得到验证的设计和结构特征，来保证机组具有高的可靠性和运行高效率。模块设计水平中分面结构高效率冲动式叶型经过验证的叶片固定方式汽缸和隔板精确的同心度实心整锻转子每个转子配有独立的双轴承支撑选用合适的材料来适应高蒸汽参数东芝公司的汽轮机可靠性好，寿命长。运行在澳大利亚的 Eraring4 号 660MW 机组，到进行压力表检修停机时
5、（从 1995 年 2 月 26 日至 1996 年 12 月 31 日） ，连续不间断运行 673 天，打破了汽轮发电机组持续运行 607 天的前世界记录。这使Eraring4 号机组成为世界上最可靠的汽轮发电机，可用率达 99.63%。由于机组的蒸汽参数高,压力为 25MPa,再热温度由 600提高到 6100C，且采用直流锅炉，锅炉管道内壁锈蚀剥离物进入蒸汽中成为固体颗粒，使得高中压阀门，高压调节级，中压第一级固粒腐蚀要比亚临界机组严重，设计中必须考虑如何减少固粒腐蚀。本机组的高压喷嘴采用渗硼处理，中压喷嘴采用涂陶瓷材料处理，增加表面的硬度。喷涂厚度 0.250.05mm，硬度 1000
6、 (Hv)。大量运行经验表明效果良好、安全可靠。由于蒸汽密度大，级间压差大，蒸汽激振力也大，当动静部分不对中，汽封间隙周期性变化时，所产生的蒸汽激振力可能会引起转子低频振动。因此在考虑轴系稳定性时，必须要考虑蒸汽激振力的影响。机组设计上主要通过以下几方面来解决：每根转子在工厂内部进行低速和高速动平衡，将不平衡量降到最小；设计使转子的临界转速和额定转速不产生相互的影响；转子设计精确对中，保证在运转时不会产生额外的力和力矩；合理设计动静之间的间隙，保证在启动和停机时转子和汽封不会产生摩擦；在隔板汽封和高压缸的端汽封上面安装防汽流涡动的汽封，防止在汽封圈环形位置的汽流压力分布不均会导致转子的不稳定振
7、动，如图 2 所示：3.2 高压汽缸（HP 汽缸）高压缸为单流式，包括1 个双向流冲动式调节级和 9个冲动式压力级。高压汽缸采用双层缸结构，内缸和外缸之间的夹层只接触高压排汽，可以使缸壁设计较薄，高压排汽占据内外缸空间，从而使汽缸结构简化，见图3。汽缸设计采用合理的结 图 3 高压缸纵剖面图 2 防汽流涡动汽封构和支撑方式，保证热态时热变形对称和自由膨胀，降低扭曲变形。高压内、外缸是由合金钢铸件制成。精确加工或手工研磨水平中分面达到严密接触，防止漏汽。内缸支撑在外缸内，允许零件根据温度变化自由膨胀和收缩。内缸下部由支撑垫块支撑，通过调整支撑垫块上的调整垫片来确保内缸垂直对中的准确性。该垫片表面
8、进行硬化，以减少内缸膨胀和收缩时的相对运动产生的磨损。高压汽缸的外缸由延伸到轴承箱上的汽缸猫爪支撑。压力级采用具有比较高的效率和良好的空气动力效率的全三维设计冲动式叶片。高压转子由双轴承支撑，采用具有良好的耐高温和抗疲劳强度的 12Cr 合金钢制成，并进行加工而形成轴、叶轮、支持轴颈、推力盘和联轴器法兰。装配主油泵叶轮和机械超速跳闸装置的接长轴通过螺栓紧固到高压转子的前端。高压调节级后的腔体内，电端的设计压力要比调端的压力略高。可以强制汽流图 4 高压转子冷却图 5 中压缸纵剖面在腔室内流动，防止高温蒸汽在转子和喷嘴室之间的腔室内停滞，同时冷却高温进汽部分，见图 4。每根转子在加工前，都要进行
9、超声探伤和其它各种试验以确保锻件满足物理和化学特性的要求。动叶组装好后，进行动平衡试验仔细对转子进行平衡，并用高速动平衡机以额定速度对其进行最终平衡。3.3 中压汽缸（IP 汽缸）中压汽缸为双流式、双层缸结构，结构和原理同高压缸相同。每个流向包括全三维设计的 7 个冲动式压力级。 中压缸转子也由具有良好的耐高温和抗疲劳强度的 12Cr 合金钢制成的双分流对称结构，并进行加工而形成轴、叶轮、支持轴径和联轴节法兰。中压转子由高压缸调节级后漏汽进行冷却。3.4 低压缸（LP 汽缸）两个双流低压缸结构相似。每个低压缸叶片正、反向对称布置。每个流向包括6 个冲动式压力级，低压末级为 48 英寸（1219
10、.2mm）钢叶片。采用新型低压缸，安装在轴流汽缸中，可以使蒸汽从汽缸出汽端旋转一恰当角度，来减少低压缸中的热损和压降。低压缸具有水平中分面以进行检测和维修。在外缸内有一个内缸，由 4 个支撑垫块支撑固定，图 6 中压转子冷却高压缸 中压缸冷却蒸汽Cooling steam图 7 低压缸纵剖面防止内缸沿轴向和横向移动。低压隔板安装在内缸中。低压末级隔板由内环、外环、静叶片组成，内环、外环、静叶片均采用空心精密铸造的设计。静叶片的吸力面及压力面均设有疏水缝隙，外环的内表面、内环的外表面、与冷凝器相连接，因此也处于真空状态。末级产生的水滴由疏水缝隙收集，通过空心静叶片、空心内环、空心外环及在中分面处
11、的连接管，由下半的疏水管流入冷凝器。低压转子由具有良好的抗低温脆性转变性能的 Ni-Cr-Mo-V 钢实心锻件加工而成。低压汽缸上备有安全大气阀和人孔。靠近发电机的低压缸在发电机端备有盘车装置。3.5 滑销系统汽轮机绝对死点，分别在 1 号低压缸和2 号低压缸及 3 号轴承箱的中心处，以键固定以防止轴向移动，机组在运行工况下膨胀和收缩时，1 号和 2 号轴承箱可沿轴向自由滑动。轴承箱和低压缸也要加以固定防止横向移动。为了使汽缸和滑销及台板之间能更好的接触与滑动，在两者之间装有油浸渍黄铜或铸铁，并保证足够的接触面积。高压缸、中压缸膨胀1#低压缸膨胀2#低压缸膨胀膨胀死点 膨胀死点膨胀死点转子膨胀
12、死点1#低压缸 2#低压缸中压缸高压缸推力轴承转子膨胀图 9 滑销系统图 8 低压末级防水蚀措施3.6 喷嘴室喷嘴室特殊的结构大大地减少了汽缸高压区的挠曲和热应力。喷嘴室是薄壁压力容器，装有调节级喷嘴，喷嘴组与喷嘴室组焊为一体，刚性好，热膨胀性能好。喷嘴室与汽轮机汽缸并非一体，但相对汽缸能自由膨胀。负荷改变时，喷嘴室吸收调节级喷嘴区的热冲击，这样只有很少的冲击能够传到汽缸。全周进汽启动和加负荷能很好地在分配汽缸高温高压区的热量。特殊的喷嘴室结构与全周进汽相结合，减少了汽缸出现裂纹的可能性并减少维修工作量。3.7 汽轮机叶片东芝公司在汽轮机叶片设计方面具有的丰富经验，通过现代化手段计算叶轮的挠性
13、，弯曲度和拉筋的影响，以及许多其它用来确定叶片设计的复杂因素。所有的叶片都是高效，无故障和高度可靠的，叶片由不锈钢锻件加工制成，具有良好的强度和疲劳特性，并有较高的抗汽蚀性式和抗腐蚀性。这些叶片的叶型选自一组曾大量使用的标准叶片中的叶型。带有菌形叶根并通过紧固加工配合件与轮缘外包配合。外包配合用来保护轮缘不受蒸汽侵蚀。4. 阀门4.1 主汽阀 (MSV)主汽阀与调节阀为一体式结构，由合金钢铸件同时制成。图 10 喷嘴室主汽阀在限定的汽轮机转速时完全打开，在正常运行时保持完全开启状态。由事故跳闸系统控制执行机构关闭。主汽阀主要的功能是为汽轮机提供第二道保护系统（备用保护），防止在调节阀或正常控制
14、装置失效的情况下大量主蒸汽进入汽轮机。同时，在正常停机或手动事故跳闸时主汽阀也会关闭。主汽阀内部装有精过滤网，实现多层过滤。最外层是粗网，里层是精网，钻孔板及滤网体，可有效的避免固粒腐蚀。为了消除汽流不稳定和冲击波引起的阀杆振动，选用了低振动型调节阀，提高了可靠性。 4.2 调节阀 (CV)蒸汽通过主汽阀后，流过调节阀进入到高压缸。调节阀用来调节进入到汽轮机的蒸汽量。通过汽轮机的液压系统由电液转换器（D-EHC）操纵执行机构打开和关闭阀门。4.3 再热主汽调节联合阀 (CRV)机组配有两套再热主汽调节联合阀，每根再热蒸汽管上装有一套。中压主汽阀、调节阀共壳体，由合金钢铸件制成。主汽阀碟与调节阀
15、碟共享一个阀座，主汽阀与调节阀可以各自图 11 主汽阀和调节阀图 12 再热主汽调节联合阀独立地，互不干扰地全行程移动，不受对方位置的影响。中压阀门的第一个作用是紧急情况的保护，在紧急跳闸系统的作用下，它们同时关闭，防止积累在再热器的蒸汽进入汽轮机；第二个作用是汽轮机进汽量的控制。阀门结构紧凑，减少了管道损失。中压联合阀上装有与高压主汽阀相同结构的精过滤网，可防止再热器及管道中的固体粒子进入中压阀门及中压缸。5. 轴承所有轴承都通过压力油润滑。为了确保每个支持轴承在任何时候都可以精确的对中，轴承设计有自位特性。根据轴承的载荷，选择采用可倾瓦轴承或椭圆轴承。每个可倾瓦轴承带有 6 个独立垫块，所有垫块通过支点定位到轴图 13 可倾瓦轴承图 14 椭圆轴承图 15 推力轴承
