N30-8.83/535發電用小型高溫高壓汽輪機科研開發

呂 杰 薛曉寧

（洛陽中重發電設備有限責任公司，河南 洛陽471003）

1 汽機參數

汽輪機作為精密的重型機器，它的設計和制造涉及到許多領域，高溫高壓汽輪機的材料較中溫中壓汽輪機上升了一個檔次。本臺汽輪機的結構參數：汽輪機型號N30-8.83/535，高壓單缸、沖動、凝汽式汽輪機，進汽壓力 8.83MPa，進汽溫度535℃，排汽壓力0.009MPa，冷卻水溫30～33℃，給水溫度220℃。高溫高壓汽輪機雖然成本成倍的增加，但是它有著中低參數汽輪機不具備的優勢，由于蒸汽參數的提高，進口焓值提高，使單位容量的蒸汽焓降增大，做功效率更高，熱耗和汽耗減低，提高了能源利用率。

2 汽缸部分

新蒸汽通過主汽閥后，由四根主汽管分別引入四個調節閥進入汽輪機。調節閥的動作由油動機通過齒條及凸輪配汽機構控制，按其運行的要求，得到閥門不同程度的開度，以控制進汽量，達到改變功率的目的。

汽缸有前汽缸、中汽缸和后汽缸組成，并用垂直法蘭聯結。面對高溫高壓的蒸汽，要求前汽缸使用耐熱耐壓材料，完全不同于我們以往中溫中壓前汽缸選用的材料，而中、后汽缸依然可以沿用中溫中壓機組所用的材料。在前汽缸和中汽缸的連接上，需要克服因為材料差異帶來的困難，鑒于汽缸的加長、進出口的高溫差，在設計軸向膨脹的時候需要更多的考慮。為了得到持久可靠的密封性,高壓部分及主汽閥螺栓的螺帽都必須用熱緊方法擰緊。前汽缸采用合金鋼ZG15Cr2Mo1V，用上貓爪型式支承在前軸承箱上，中分面用雙頭螺栓聯結，螺栓材料采用25Cr2Mo1V。中汽缸采用ZG230-450，后汽缸采用HT250鑄造結構。汽輪機熱膨脹死點設在后汽缸處，以橫向滑銷定位于后座架，在前軸承箱和前汽缸有垂直鍵和縱向滑鍵，使汽缸向前熱膨脹時保持汽輪機中心不變。轉子則以推力軸承定位向后膨脹，汽缸與轉子的相對膨脹用相對膨脹指示器測量。

圖1 汽輪機整體模型

3 轉子結構

中溫中壓汽輪機普遍采取的是套裝轉子結構,而對于高溫高壓汽輪機已經不在適用，由于熱脹冷縮的原理，在高溫下，葉輪中心孔的膨脹量大于主軸的膨脹量，容易發生軸向移動，所以采取整鍛或半整鍛轉子的形式，在鍛造過程中，對于轉子的鍛造、平衡點的選擇、以及加工制造的難度都會加大。轉子復速級葉片圍帶采用分段鉚接結構，轉子為半整鍛轉子材料為30Cr1Mo1VE，前14級葉輪和主軸鍛為一體，與中溫中壓機組套裝轉子不同。輪盤通過端面徑向鍵和軸向鍵與轉子相接，以減小輪孔部分的應力集中。盤車裝置安裝在后汽缸軸承箱上，為低速盤車裝置，可電動和手動投入，當轉子轉速高于盤車轉速時盤車裝置自動退出工作位置。汽輪機的前軸承為推力支持聯合軸承，置于前軸承箱內，支持部分具有球面，可自定位，橢圓軸瓦。工作瓦和定位瓦各10塊，瓦塊為扇形，可擺動。后軸承為橢圓支持軸承，置于后軸承箱內。

圖2 半整鍛轉子模型

4 隔板及動靜葉片結構

本機采用焊接式隔板，用Inventor建模并進行隔板撓度分析，以確保其安全系數。高溫高壓的蒸汽由于其較高的初參數，而對于中小型汽輪機，必然要采取比較小的進汽量，在選擇第一級葉片的時候會帶來很大的難度，必須要使第一級葉片盡可能的短，隨之帶來的葉片技術要求提高，而葉片在短到一定程度以后就不能再短了，只能提高葉片的技術難度。如果采取部分進汽的方式損失必然會大幅度的增加，起不到提高效率的作用，如何選擇一個最佳的進汽方式成為決定機組效率的重要內容。中溫中壓的機組一般采用直葉片的形式，而在高溫高壓汽輪機中要采取三維設計的扭葉片形式，對葉片的型線要進行多次的模擬實驗，數字化分析，模擬汽流的運行方向，并進行強度計算。壓力級動葉片均采用高效全三維型線設計，自帶圍帶整圈聯接。末尾三級全部采取扭葉片的形式,未級葉片采用電火花強化處理增加其結構強度，防止水蝕。

圖3 隔板撓度分析

5 小結

近些年來，汽輪機行業國內市場趨于飽和，越來越多的企業把目光投向海外市場。為了實現產品走出國門的需要，企業在產品研發上不遺余力。該汽輪機組的研發設計采用了三維建模技術，多種計算機軟件輔助強度校核，極大的縮短了產品設計周期，提高了機組的結構合理性和安全性，為生產加工和產品展示提供了便利條件。該機組能夠適應國外的運行環境，對中南亞一代海水冷卻電站有一定的針對性，對開拓汽輪機海外市場具有深遠意義。