滿足溫度和壓力要求的模塊化設計

摘 要：模塊化設計主要參數之一是主蒸汽條件。主蒸汽溫度不斷升高，高溫需要昂貴的材料來承受相關的最佳壓力水平。對于這種先進的蒸汽循環，模塊化概念的一個重點是將所需耐高溫材料的數量降到最低。在不同的溫度水平（例如，565°C和600°C）對主要部件采用相同的設計，只改變材料，焊接主要部件，以盡量減少高溫材料的數量.保護部件不受熱蒸汽的影響，為其降溫。

關鍵詞：轉子；模塊；冷凝器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.040

1 適用于600℃以下溫度的渦輪材料設計

聯合HP/IP渦輪由內、外殼體，上半、下半部分與水平法蘭組成。熱應力使高主蒸汽和再熱蒸汽引起的熱負荷以及壓力完全由內套管承擔。為此，根據特定的應用溫度選擇內套管的材料。同樣，轉子材料是根據K型渦輪的尺寸、應用溫度和轉速（50或60 Hz）而選擇。

該設計由保護外殼免受熱主蒸汽和再熱蒸汽溫度的特殊特性組成。該閥門通過一個靈活的L形環和一個熱套管，分別引導熱蒸汽直接進入內套管、HP或IP葉片。因此，外殼只需承受ip排氣壓力和溫度。所有應用的外殼材料都是球狀鑄鐵，相當大的降低成本。同樣，閥門外殼材料的成本也是根據不同的設計壓力和溫度情況進行優化的。

2 焊接轉子設計

焊接設計已應用于新的電子渦輪轉子。小葉片熱IP截面和大離心冷Lp截面所需材料性能、力量是完全不同的。因此，只有焊接轉子設計才能使熱IP段和冷Lp段都能使用最佳材料。兩種材料的組合，轉子產生最佳值。

在廣泛的再熱溫度范圍內的機械性能，高達565℃時，IP轉子塊和內殼使用2%鉻鋼。高達600℃時，轉子和內殼材料由10%鉻鋼代替。Lp轉子塊由3.5%鎳鋼組成。轉子焊縫位于LP前端的后面。這為實施成本效益高的焊接提供了優勢。

3 虛擬活塞冷卻

為了達到最大的熱力學效率，選擇了一種新的電子渦輪的直流電渦輪設計。與反向流的概念不同，選擇的直流設計需要一個足夠大的軸向推力的活塞直徑。由于這種大活塞直徑在再熱溫度下的機械沖擊，已為活塞開發了強制轉子冷卻，用以保證高效循環。冷卻蒸汽（350℃）被吹入IP活塞前面的一個特殊混合空間，并從IP入口與再熱蒸汽（565℃至600℃）混合，以達到一個最適宜溫度450℃。在此溫度下，IP轉子和IP活塞的兩個優點結合在一起，得到最佳的轉子壽命周期和IP活塞密封的最小間隙。因此2%-鉻鋼可用于565°的IP轉子。保持性能和可靠性的高水平，而不增加材料成本，冷卻系統已經成功地實現了。

4 冷凝器模塊設計

模塊化設計的另一個主要參數是流過Lp端級的體積流量，它與質量流和冷凝器壓力直接相連。排氣擴壓器與該地區的平均軸向速度密切相關。因此，需要一些不同的lp尺寸來覆蓋冷凝器壓力的范圍。在這種情況下，模塊化概念的重點是實現最大LP性能和適度成本之間的最佳平衡。定義一組最優的LP標準級，以涵蓋所需的體積流范圍。使lp和ip組件的所有必需組合具有成本效益的連接，從而保持最佳性能。考慮使用20至200 mbar的大冷凝器壓力范圍。

5 Lp葉片

由于末片后的軸向速度主要與出口面積有關（而與最后葉片的長度無關），因此選擇了出口區域的均勻分布。LP標準階段對于每個給定的出口區域，設計了一套由三個標準階段組成的系統。附加的防腐蝕措施適用于最后的固定葉片。它們被設計成空心葉片，由排水槽組成以去除水分，可以用蒸汽加熱。采用先進的三維翼型設計，以增加葉片輪轂的階段反應，從而提高低負載時的性能。為了允許由于熱膨脹而產生更大的軸向運動，在渦輪的Lp段中應用了非聯鎖迷宮密封。密封設計提供了最佳的密封效果，密封長度相對較短。

6 單流電子渦輪低壓排氣缸

模塊化概念的電子渦輪只提供三個不同的低壓排氣罩，以涵蓋完整的出口區域范圍，六套相關的標準lp級是以標準化接口的方式引導。同時，軸向連接lp排氣套管和ip外殼，允許任何組合的標準接口。

7 排氣幾何優化

在設計階段進行了詳細的計算流體力學分析，以優化低壓渦輪排氣系統的幾何形狀以及向凝汽器過渡的區域。連用在模型和現場的渦輪機上進行測量時，工作重點在于增加排氣壓力恢復并因此改善整體的蒸汽渦輪性能。用于安裝在渦輪下面的冷凝器的典型渦輪甲板布置的流線的排氣分析結果。蒸汽在下游流動。末級透平進入排氣罩后，在排氣罩內部的流動中也觀察到了相當大的渦旋。當渦流在流動中造成能量損失時，引導葉片已安裝，以改善流量，從而減少壓力損失。

為CCPP和SPP提供了100 MW至700 MW的汽輪機產品線。這渦輪由兩個套管設計。適用于單流Lp段，以最佳速度獲得蒸汽流量的情況。對于大功率輸出和低冷凝器壓力，生產線采用雙流低壓渦輪。這兩種設計都是基于模塊化的設計理念。

8 結論

本文詳細介紹了如何補償主要設計參數對溫度的影響。因此，主要目標是減少主要部件的變體數量，并盡量減少高溫對材料成本的影響。該設計所有配置都由最新的lp組成。在hp和ip部分，采用了高性能的全三維反應葉片。已成功地應用于生產線，并被視為滿足當今汽輪機市場具有挑戰性需求的基礎。時間短，成本低，同時，有助于縮短啟動時間，操作的靈活性。

作者簡介：咼泰（1991-），男，湖北荊州人，本科，學士，初級工程師，研究方向：壓力容器、換熱器。