三缸三排汽200MW汽輪機(jī)低壓光軸轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的選擇和應(yīng)用

吳長(zhǎng)軍++王海成

【摘 要】電力系統(tǒng)節(jié)能降耗、高效環(huán)保一直是我國(guó)節(jié)能減排工作的重要組成部分；為了加快節(jié)能步伐，熱電聯(lián)產(chǎn)是節(jié)能的重要途徑之一，熱電聯(lián)產(chǎn)中屬背壓供熱節(jié)能效果最為顯著。目前小機(jī)組純凝改背壓的實(shí)例很多，改造成功最大機(jī)組為210MW機(jī)組，本文主要就華電能源富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)低壓缸光軸改造技術(shù)中低壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)論證，分析了低壓轉(zhuǎn)子套裝結(jié)構(gòu)的必要性和特點(diǎn)，同時(shí)闡明了如何保證低壓缸具備低壓轉(zhuǎn)子互換能力。

【關(guān)鍵詞】三缸三排汽 200MW汽輪機(jī) 低壓光軸轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)形式

隨著國(guó)家對(duì)城市化進(jìn)程的不斷推動(dòng)，城市熱用戶不斷增加，熱用量不斷的加大，怎樣才能更好、更有效地對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就成為人們迫切關(guān)注的問(wèn)題，而蓄能系統(tǒng)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生，但是蓄能系統(tǒng)的供熱能力畢竟有效，為了更進(jìn)一步發(fā)揮汽輪機(jī)組的供熱能力和深度調(diào)峰水平，我們提出了光軸改造技術(shù)，即將汽輪機(jī)低壓缸原有的葉片拆除，形成光軸，以滿足冬季采暖供熱，擴(kuò)大熱網(wǎng)供熱能力，降低機(jī)組運(yùn)行熱耗。本文主要就華電富拉爾基電廠三缸三排汽200MW汽輪機(jī)進(jìn)行低壓光軸供熱改造進(jìn)行深度探析。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

富拉爾基發(fā)電廠汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組有三個(gè)低壓缸。總裝機(jī)容量 1200MW，分為二期建設(shè)，一期 3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，二期擴(kuò)建3 臺(tái) 200MW 機(jī)組，共 6 臺(tái) 200MW 凝汽式機(jī)組。汽輪機(jī)均為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司八十年代產(chǎn)品，汽輪機(jī)為沖動(dòng)式三缸三排汽凝汽式汽輪機(jī)。分別于 1982、1983、1984、1987、1988、1989 年投產(chǎn)發(fā)電。其中二期 3 臺(tái)汽輪機(jī)分別在 1996、1997、1998 年采用全三維技術(shù)進(jìn)行了通流部分?jǐn)U容改造，額定功率達(dá)到 210MW。

2 低壓缸轉(zhuǎn)子光軸改造的原理

富拉爾基發(fā)電廠200MW汽輪機(jī)，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任生產(chǎn)的三缸三排汽超高壓一次再熱機(jī)組。根據(jù)業(yè)主要求，要對(duì)機(jī)組進(jìn)行供熱改造。為了增加供熱量，擬將4#機(jī)組的2#低壓缸內(nèi)的雙分流的全部通流拆除，更換成光軸，并改造連通管，成為供熱機(jī)組。將現(xiàn)有汽輪機(jī)改后，從中壓缸排出的蒸汽的一部分仍然進(jìn)入1#低壓缸做功并進(jìn)入冷凝器凝結(jié)，而2#低壓缸不再有蒸汽進(jìn)入，直接從連通管抽出去供熱。2#低壓轉(zhuǎn)子拆除，更換成一根光軸，連接中壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)，起到傳遞扭矩的作用。

改造后，低壓缸采用雙轉(zhuǎn)子互換形式，非供熱期仍采用原機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子，低壓缸以純凝形式運(yùn)行；供熱期低壓轉(zhuǎn)子采用低壓光軸，只起連接作用，低壓部分并不作功發(fā)電，中低壓聯(lián)通管排汽用于供熱，充分利用汽輪機(jī)排汽供熱，減少冷源損失，增大供熱量，以滿足冬季采暖供熱，擴(kuò)大熱網(wǎng)供熱能力，降低機(jī)組運(yùn)行熱耗，能有效的滿足富發(fā)電廠規(guī)劃的250萬(wàn)平方米的供熱負(fù)荷，并為富發(fā)電廠新機(jī)供熱提供備用熱源，保障供熱安全。

3 低壓光軸轉(zhuǎn)子的選型分析

為確保低壓缸改造工作順利進(jìn)行，我們重新設(shè)計(jì)一根新低壓轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子為無(wú)葉片光軸轉(zhuǎn)子，只起到將中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉(zhuǎn)子的互換性，新光軸轉(zhuǎn)子采用套裝結(jié)構(gòu)。新設(shè)計(jì)光軸轉(zhuǎn)子主軸尺寸與原機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子主軸尺寸相同，都是整體鍛造結(jié)構(gòu)，用新設(shè)計(jì)配重套筒來(lái)代替原轉(zhuǎn)子正反五級(jí)葉輪及葉片，轉(zhuǎn)子配重套筒采用等通徑結(jié)構(gòu)，并盡可能保證套筒重量及位置與原葉輪基本相同，這樣使新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子重量、揚(yáng)度和臨界轉(zhuǎn)速與原低壓轉(zhuǎn)子接近。主軸軸徑處尺寸與原低壓轉(zhuǎn)子軸徑尺寸相同，無(wú)需更換原低壓支持軸承。如圖1所示。

從圖2、圖3可以看出套裝光軸低壓轉(zhuǎn)子與原低壓轉(zhuǎn)子冷態(tài)撓度曲線基本相同，這樣新舊轉(zhuǎn)子有很好的互換性。

4 低壓光軸轉(zhuǎn)子在光軸改造中的應(yīng)用及特點(diǎn)

汽輪機(jī)低壓缸及轉(zhuǎn)子經(jīng)一次性改造后，盡管冬季采暖供熱期能夠?qū)崿F(xiàn)高背壓循環(huán)水供熱，而且具有顯著經(jīng)濟(jì)性和安全性，但非采暖供熱期機(jī)組運(yùn)行工況嚴(yán)重惡化，機(jī)組出力、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性均無(wú)法恢復(fù)到原純凝工況，致使全年運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性無(wú)明顯改善。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們想到了一個(gè)好的解決辦法——即低壓轉(zhuǎn)子互換技術(shù)，而低壓轉(zhuǎn)子互換技術(shù)實(shí)施的必要性就是低壓轉(zhuǎn)子套裝結(jié)構(gòu)，為了解決排氣溫度高和葉片顫振，采用供熱期用專門(mén)設(shè)計(jì)的供熱低壓轉(zhuǎn)子，供熱結(jié)束后換回到純凝低壓轉(zhuǎn)子，低壓轉(zhuǎn)子套裝結(jié)構(gòu)具有一下特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：在設(shè)計(jì)工況下排氣溫度不高，不會(huì)產(chǎn)生顫振。安全性高。

缺點(diǎn)：投資偏大，變工況時(shí)，溫度略有增加（85度左右），本身抽汽量達(dá)不到要求的溫度，需要其它幾組抽汽提溫。每年需要例行更換轉(zhuǎn)子一次。

基于上述分析，我們提出了汽輪機(jī)低壓缸“雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱的改造理念。所謂的低壓缸“雙背壓雙轉(zhuǎn)子互換”循環(huán)水供熱，即：在供熱運(yùn)行工況時(shí)，使用新設(shè)計(jì)的動(dòng)靜葉片級(jí)數(shù)相對(duì)減少的高背壓低壓轉(zhuǎn)子，凝汽器運(yùn)行高背壓（40～45kPa），對(duì)應(yīng)排汽溫度提高至80℃左右，進(jìn)行循環(huán)水供熱；在非采暖期，再將原純凝轉(zhuǎn)子和末級(jí)、次末級(jí)隔板恢復(fù)，排汽背壓恢復(fù)至原設(shè)計(jì)背壓（4.9kPa），完全恢復(fù)至原純凝機(jī)組運(yùn)行工況。

5 確保兩條低壓轉(zhuǎn)子前后對(duì)輪具有良好互換性的技術(shù)措施

實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)低壓缸“雙轉(zhuǎn)子互換”的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)就是保證兩條轉(zhuǎn)子具有良好的互換性，避免在轉(zhuǎn)子更換時(shí)對(duì)輪螺孔重復(fù)鉸孔。

富拉爾基發(fā)電廠改造時(shí)采取的技術(shù)措施：

（1）將汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子、原純凝低壓轉(zhuǎn)子、低發(fā)對(duì)輪全部運(yùn)至哈爾濱汽輪機(jī)廠，對(duì)低壓轉(zhuǎn)子前后對(duì)輪螺孔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，定位對(duì)輪螺孔精確坐標(biāo)，是兩個(gè)低壓轉(zhuǎn)子契合度最高。

（2）制定嚴(yán)密的機(jī)加工工藝，利用高精度數(shù)控鏜床加工對(duì)輪螺孔，使兩套低壓轉(zhuǎn)子在互換時(shí)，對(duì)輪螺孔嚴(yán)絲合縫，誤差可控。

（3）對(duì)輪螺栓采用液壓膨脹螺栓，彌補(bǔ)微小加工誤差。

通過(guò)采用上述嚴(yán)密的加工技術(shù)措施后，成功實(shí)現(xiàn)了兩條低壓轉(zhuǎn)子互換，避免了現(xiàn)場(chǎng)重復(fù)鉸孔。

6 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）冬季供熱運(yùn)行時(shí)取消#2、#3低壓缸2×5級(jí)通流，去掉低壓全部隔板和轉(zhuǎn)子，汽輪機(jī)組的基礎(chǔ)、汽缸等盡量不動(dòng)，通流部分改造后夏季仍可恢復(fù)原純凝運(yùn)行，這樣可充分發(fā)揮低壓缸雙轉(zhuǎn)子互換的優(yōu)勢(shì)，既滿足了夏季機(jī)組接帶負(fù)荷的需求，還可滿足機(jī)組冬季運(yùn)行的深度調(diào)峰。

（2）重新設(shè)計(jì)制造一根無(wú)葉片的光軸轉(zhuǎn)子代替原低壓轉(zhuǎn)子，將中壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接起來(lái)，起到傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉(zhuǎn)子互換性，新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子仍采用套裝結(jié)構(gòu)，以保證新設(shè)計(jì)低壓光軸轉(zhuǎn)子盡量與原純凝轉(zhuǎn)子揚(yáng)度及臨界轉(zhuǎn)速相近，套裝結(jié)構(gòu)使兩套轉(zhuǎn)子更換工作量大大減小，增加了轉(zhuǎn)子的使用壽命，套裝結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子提高了機(jī)組在額定工況運(yùn)行的安全性能。

（3）改成光軸供熱運(yùn)行后，由于低壓光軸會(huì)產(chǎn)生鼓風(fēng)，從而使低壓缸發(fā)熱，影響機(jī)組安全運(yùn)行，引一部分冷卻蒸汽進(jìn)入低壓缸進(jìn)行冷卻，凝汽器繼續(xù)保持運(yùn)行，新引入的一路汽源在機(jī)組冬季供熱期間面臨機(jī)組啟停操作時(shí)，可有效減低汽輪機(jī)低壓缸的排氣溫度，防止汽輪機(jī)低壓缸安全膜破裂損壞。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著城市供熱的多元化發(fā)展，城市供熱面積的逐漸增大，與供熱發(fā)展成反向的是國(guó)家經(jīng)濟(jì)加速速度的放緩和熱電廠出力的急劇下降，在這樣的背景下研究低壓缸光軸技術(shù)就顯得很有必要，在低負(fù)荷情況下，仍然能保證供熱機(jī)組的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)組深度調(diào)峰期間，低壓缸光軸改造發(fā)揮的巨大作用就是從省調(diào)的兩個(gè)細(xì)則中獲得了補(bǔ)償電量，給企業(yè)的經(jīng)營(yíng)帶來(lái)的新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，本文主要就在汽輪機(jī)低壓缸光軸改造技術(shù)中低壓轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)形式的選型進(jìn)行了詳細(xì)分析和認(rèn)真論證，為今后有相關(guān)技術(shù)改造需求的單位提供必要的理論依據(jù)。