某超臨界660MW汽輪機(jī)組改造

李文強(qiáng)

摘 要：通過采用新型高中壓整體內(nèi)缸、多級小焓降葉型、裝配式噴嘴組及隔板、新型專利汽封配合“小間隙啟動方式”、新型360°蝸殼進(jìn)汽式鑄造低壓內(nèi)缸以及新型聯(lián)通管等措施對機(jī)組進(jìn)行全面通流改造。機(jī)組改造后效率得到了顯著提高，同時降低煤耗，節(jié)約電廠運(yùn)行成本。

關(guān)鍵詞：改造；整體內(nèi)缸；小焓降葉型；專利汽封；小間隙啟動；蝸殼；效率；煤耗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.190

1 前言

某660MW汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組型號CLN660-24.2/566/566。該類型機(jī)組投運(yùn)至今已10年有余，其葉片型線、通流結(jié)構(gòu)設(shè)計、氣動設(shè)計等技術(shù)均較目前最先進(jìn)的汽輪機(jī)技術(shù)具有較大差距，這使得機(jī)組運(yùn)行效率較目前先進(jìn)機(jī)組相比較低，必須采用最先進(jìn)的汽輪機(jī)設(shè)計制造技術(shù)才能夠?qū)⒋藛栴}從根本上解決。

2 改造擬采用的先進(jìn)技術(shù)

（1）新型高中壓整體內(nèi)缸。采用新型高中壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)，取消原機(jī)組中的高壓內(nèi)缸、噴嘴室、高壓隔板套、中壓隔熱罩等結(jié)構(gòu)，從根本上消除內(nèi)缸與噴嘴室、內(nèi)缸與隔板套、內(nèi)缸與隔熱罩的接配內(nèi)漏現(xiàn)象，提高通流運(yùn)行效率。

（2）多級小焓降葉型。采用多級汽輪機(jī)全三元流氣動熱力設(shè)計體系，對每一排靜、動葉片不同截面葉型的流動性能進(jìn)行詳細(xì)的分析與優(yōu)化；對每一排靜、動葉柵內(nèi)部的流動進(jìn)行全三元流分析與優(yōu)化；對多級透平各級靜、動葉片排的相互匹配進(jìn)行準(zhǔn)三維與全三元流流場計算與設(shè)計優(yōu)化（包含汽封）；葉型設(shè)計充分可考慮變負(fù)荷工況運(yùn)行條件，使葉型在低負(fù)荷下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降較小。與100%負(fù)荷工況相比，60%負(fù)荷工況下各排葉片前緣不可避免地產(chǎn)生了較大的負(fù)攻角，但由于新葉型具有良好的攻角適應(yīng)性，負(fù)攻角的存在并沒有對級效率產(chǎn)生很大的影響，級效率僅僅下降了0.3%。

（3）裝配式噴嘴組及隔板。改造時采用銑制裝配式噴嘴組，提高加工精度，方便拆裝，提高檢修效率高。改造時靜葉采用動葉片設(shè)計理念，除低壓末級和次末級隔板外，其余均采用裝配式靜葉，預(yù)扭安裝。預(yù)扭裝配式隔板是參照動葉片的設(shè)計理念和裝配方式來加工裝配靜葉片，保證制造精度，節(jié)約加工周期。無焊接部分，避免了由于熱處理帶來的葉片變形，從而更好保證葉片通流精度，提高機(jī)組效率。圍帶與圍帶、葉根與葉根之間有接觸緊力，能夠保持相互連接的穩(wěn)定性，能夠確保機(jī)組的安全性。一旦葉片損壞可以更換指定的葉片，使現(xiàn)場安裝拆卸更為方便快捷，保證機(jī)組能更快投入運(yùn)行，提高機(jī)組的運(yùn)行小時數(shù)。

（4）新型專利汽封配合“小間隙啟動方式”。本次改造圍繞著提高通流效率和減少漏汽損失做了大量的優(yōu)化工作。1）通過先進(jìn)的設(shè)計手段和溫度場分析軟件，充分考慮動靜葉變形、轉(zhuǎn)動部件離心力變形和熱變形、油膜厚度導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子偏置、軸承座的熱膨脹、支撐鍵的熱膨脹、高壓外缸貓爪的熱膨脹等因素，完善汽封徑向間隙設(shè)計及核算，使汽封冷態(tài)間隙設(shè)置更加符合熱態(tài)運(yùn)行實(shí)際。2）采用新型專利汽封配合“小間隙啟動方式”減少漏汽損失。“小間隙啟動方式”允許進(jìn)一步減小汽封的徑向間隙。哈汽公司研究的新型專利汽封可以在汽輪機(jī)啟動過程中允許汽封同轉(zhuǎn)子摩擦，而不至于引起汽輪機(jī)過大的振動，同時不會磨損轉(zhuǎn)子表面。3）為了更準(zhǔn)確的通過半實(shí)缸調(diào)整出全實(shí)缸間隙，汽封調(diào)整中引入汽缸全實(shí)缸撓度測量和半實(shí)缸撓度測量，通過全實(shí)缸和半實(shí)缸的撓度值變化設(shè)置機(jī)組汽封間隙的半實(shí)缸狀態(tài)修正系數(shù)Z=Y-X。并且通過修正后的間隙值加工汽封齒，從而保證汽封間隙滿足設(shè)計值要求，從而提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。

（5）新型360°蝸殼進(jìn)汽式低壓內(nèi)缸。原機(jī)組低壓設(shè)有單層內(nèi)缸、優(yōu)化型焊接大隔板套，進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)等結(jié)構(gòu)，汽缸進(jìn)汽通道支撐件較多，影響流動效率，機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示5、6、7回?zé)岢槠麥囟绕撸腋讬z修也能明顯發(fā)現(xiàn)低壓內(nèi)缸存在變形和漏汽現(xiàn)象。

針對本次改造設(shè)計出氣動性能優(yōu)異、剛性、密封性較好的新型360°蝸殼進(jìn)汽式鑄造內(nèi)缸和低壓第一級橫置導(dǎo)葉，降低了低壓進(jìn)汽損失，提高了通流效率。由于鑄鐵的特性決定了鑄造內(nèi)缸，剛性好，變形小。通過廠內(nèi)加載試驗(yàn)及現(xiàn)場撓度測量，充分驗(yàn)證了鑄鐵內(nèi)缸的剛度。

（6）新型聯(lián)通管。改造后聯(lián)通管水平與垂直的管段采用90°熱壓彎頭連接，解決了原結(jié)構(gòu)導(dǎo)流葉柵易脫落的問題。同時聯(lián)通管可靠性提高，避免了流體內(nèi)產(chǎn)生湍流、振動、噪聲等問題，壓損較原結(jié)構(gòu)也降低1%。

3 結(jié)論

通過以上措施，對本機(jī)組高、中和低壓通流進(jìn)行改造，改造后機(jī)組THA工況下保證熱耗為7600kJ/kW.h。機(jī)組THA工況下高壓缸保證效率不小于88%，中壓缸保證效率不小于93 %，低壓缸保證效率不小于89%。

通過上述數(shù)據(jù)顯示，改造后機(jī)組熱耗明顯降低，缸效率明顯提高。改造后機(jī)組每發(fā)一度電，可以節(jié)省煤炭約7.26克，能夠?yàn)殡姀S帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，滿足了用戶節(jié)能、減排、提效的需求。