1、 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司产品介绍600MW 空冷汽轮机空冷汽轮机 2目 录 一、空冷汽轮机业绩及发展历程 二、空冷机组特点 三、主要性能保证 四、结 论 3一、空冷汽轮机业绩及发展历程 600MW 空冷汽轮机 17 台，其中 直接空冷汽轮机 15 台 间接空冷 2 台（哈蒙系统）300MW 直接空冷汽轮机 12 台 200MW 空冷汽轮机 6 台（海勒系统 4 台）已完成直接空冷 200MW 汽轮机设计 135MW 空冷汽轮机 5 台，其中 间接空冷 3 台（海勒系统）直接空冷 2 台 4产品分布 5沁北喜报 6哈汽 300MW 机组获得全国火电竞赛特等奖2004 年 8 月 4 日至 6
2、 日，全国火电 30 万千瓦大机组竞赛第 33 届年会在大唐国际张家口发电厂召开。会议对 2003 年参赛的 80 个发电企业的 217 台机组进行了认真评比，其中哈汽公司生产的山东十里泉电厂 6#获得竟赛唯一一名特等奖，并且十里泉电厂 7#、双辽发电厂 4#、西柏坡发电厂 1#、妈湾发电厂 5#等也获得了竞赛的一、二、三等奖。7哈汽 300MW 机组获得全国火电竞赛特等奖 8哈汽 600MW 机组获得全国火电竞赛特等奖2004 年 8 月 25 日至 27 日，全国火电大机组 60 万千瓦级竞赛第 8 届年会在内蒙古伊敏华能煤电公司召开。参加本次竞赛的有 17 家发电企业的 38 台机组，哈
3、汽公司生产的大唐盘山发电公司 4#机组获得竞赛唯一一名特等奖。9哈汽 600MW 机组获得全国火电竞赛特等奖 10大同二电厂直接空冷 600MW 机组总装现场 11大同二电厂直接空冷 600MW 汽轮机安装现场 12漳山电厂直接空冷 300MW 汽轮机安装现场 13漳山电厂直接空冷 300MW 汽轮机运行现场 14大同第二发电厂外景 15漳山电厂外景 161960198019902000第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段空冷机组发展历程与哈工大联合研制空冷凝汽器进行直接进行直接空冷、间空冷、间接空冷方接空冷方案论证案论证设计、制造设计、制造 200MW200MW间接空冷汽轮机（海间接空冷汽轮机（
4、海勒系统），设计勒系统），设计 200200MWMW 直接空冷直接空冷设计、制造设计、制造 30300MW0MW、600M600MWW 直接空冷汽直接空冷汽轮机轮机 17600MW 空冷汽轮机种类 四缸、四排汽直接空冷汽轮机 东芝-哈汽三缸、四排汽直接空冷汽轮机 三缸、四排汽直接空冷汽轮机 三缸、四排汽间接空冷汽轮机 双缸、双排汽直接空冷汽轮机 18二、空冷汽轮机特点二、空冷汽轮机特点-kJ/kw.hkJ/kw.h热耗热耗600 MW600 MW出力0%0%补给水率0.015 MPa0.015 MPa背压273.1 273.1 最终给水温度1529.11 t/h1529.11 t/h再热蒸汽进
5、汽量538 538 再热蒸汽温度3.28 MPa3.28 MPa再热蒸汽压力1833.37 t/h1833.37 t/h主蒸汽进汽量538 538 主蒸汽温度16.67 MPa16.67 MPa主蒸汽压力 回热系统级数：7 级（3高+3 低+1 除氧）末级叶片高度：620mm 额定工况参数见右表汽轮机型号：N K600-16.7/538/538 汽轮机型式：亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴直接空冷凝汽式 6 6中压通流2X2X62X2X6+9+9低压通流高压通流 19空冷机组运行特点高背压变工况运行 20空冷汽轮机结构特点 620mm 末级叶片 全新设计的低压缸 落地式轴承箱 三死点滑销
6、系统 排汽装置 高中压合缸结构 21空冷汽轮机对末级叶片的要求 适应设计点的排汽面积 承受容积流量剧烈变化的能力 适当的应力水平 良好的膨胀性 加强型结构 22如要充分利用低背压的焓降，叶片可以略高，排汽面积可略大些。如设计点以上，高背压运行时间较长或背压大幅度频繁变化，叶高可以略短，排汽面积可略小些。合适的排汽面积、余速损失 23承受容积流量剧烈变化的能力 背压低，负荷大时，机组末背压低，负荷大时，机组末级焓降大，相对容积流量大级焓降大，相对容积流量大，蒸汽弯应力增加。背压过，蒸汽弯应力增加。背压过低还可能造成末级阻塞。低还可能造成末级阻塞。背压高，负荷小时，机组末背压高，负荷小时，机组末级
7、焓降小，相对容积流量小级焓降小，相对容积流量小，末级反动度降低，当根部，末级反动度降低，当根部反动度出现负值时，动叶根反动度出现负值时，动叶根部和静叶顶部出现脱流、倒部和静叶顶部出现脱流、倒流和涡流，叶片的交变动应流和涡流，叶片的交变动应力明显增加。对结构设计不力明显增加。对结构设计不当的叶片可能引发颤振。背当的叶片可能引发颤振。背压过高，末级将做负功，即压过高，末级将做负功，即耗功。耗功。24设计要求应力水平适当应力水平适当 良好的热膨胀性良好的热膨胀性 采用能承受负荷变化大、温度变化大、采用能承受负荷变化大、温度变化大、动应力变化大的加强型结构动应力变化大的加强型结构 25不同高度末叶的比
8、较 580mm680mm620mm 末级动叶的比较空冷 600MW 机组末级叶片优化结果5.96.77.25kPa阻塞背压36.036.537.9kPa满发背压643000641023639142kWTMCR 工况全年平均功率353649785035256255663515283464kWTMCR 工况全年功率5.084.524.15m2环形面积680mm620mm580mm 263.07282863.07782963.0808303加权平均8473651228551714048485682228818730008494201229003950605500总计3.0628619.33.0638
9、620.93.0598611.501212360(60%)3.0468248.13.0508257.43.0538263.502788510(85%)3.1188185.13.1258199.33.1328214.801500600(100%)kg/kW.hkcal/kW.hkg/kW.hkcal/kW.hkg/kW.hkcal/kW.hhMW汽耗热耗汽耗热耗汽耗热耗580mm620mm680mm年利用小时数负荷末级叶片性比较 27阻塞背压与流量关系曲线 28背压与微增功率曲线 29与湿冷机组所采用末级叶片应力分析比较13.128.028.833.6蒸汽弯曲应力蒸汽弯曲应力 MPaMPa 18
10、6.44244242.6278.7叶根拉应力叶根拉应力 MPaMPa 258.54368.9409447.8 工作部分总应力工作部分总应力 MPaMPa6208009001000 叶片高度叶片高度 mmmm 30与国内、外机组所采用不同末叶应力比较拱形围带拱形围带15.4419.6134710200MW200MW 空空冷冷600MW600MW 空空冷冷200MW200MW 湿湿冷冷KendalKendalMartimnbaMartimnba620668668662叶 片 高 度 叶 片 高 度 mm自带围带自带围带自带围带自带围带自由自由自带松拉自带松拉筋筋联 接 方 式联 接 方 式(8.5
11、)13.6实测最大动应力 实测最大动应力 MPa10.217.3 7 10根部蒸汽弯应力 根部蒸汽弯应力 MPa200110230200宽 度 宽 度 mm 31620mm 叶片型线特点以以 600MW600MW 低压末级低压末级 1000mm1000mm 叶片的型线为母型叶片的型线为母型 1000mm1000mm 叶片进行了跨音速叶栅气动试验，试验叶片进行了跨音速叶栅气动试验，试验表 明叶型损失小，适合于变工况运行表 明叶型损失小，适合于变工况运行 1000mm1000mm 采用采用 CATIACATIA 软件进行三维成型，使整软件进行三维成型，使整个叶片沿叶高光滑，不仅具有高的气动效率，并
12、个叶片沿叶高光滑，不仅具有高的气动效率，并精心对叶型进行叠合，使叶片强度达到最理想状精心对叶型进行叠合，使叶片强度达到最理想状态态 32静叶采用弯扭联合成型，使末级静叶采用弯扭联合成型，使末级不但在设计工况时具有较高的效不但在设计工况时具有较高的效率，同时根部反动度达到率，同时根部反动度达到23%23%，顶顶部反动度部反动度55%55%,由于根部反动度设由于根部反动度设计较高，避免了末级在高背压工计较高，避免了末级在高背压工况下出现较大的负反动度时，从况下出现较大的负反动度时，从而使末级不致因汽流倒流而冲蚀而使末级不致因汽流倒流而冲蚀叶片根部，影响安全性。叶片根部，影响安全性。根据计算，当背压
13、根据计算，当背压P Pk k=27KPa=27KPa时根部反时根部反动度动度k=0,当背压高达当背压高达P Pk k=29KPa=29KPa时时,根根部才开始出现负反动度部才开始出现负反动度k=-2%，但脱但脱流高度仅有流高度仅有25mm25mm（l=0.04l=0.04），相对容，相对容积流量积流量Gv=0.503Gv=0.503。三元流场计算结果三元流场计算结果表明，该叶片变工况性能良好。说明表明，该叶片变工况性能良好。说明该叶片在机组整个运行范围内均保持该叶片在机组整个运行范围内均保持良好的经济性。良好的经济性。010203040Pk(KPa)-200204060Reaction(%)0
14、20406080100Reaction(%)00.20.40.60.81Re l a ti ve H i gh(%)620mm 叶片气动设计 33 620mm620mm 叶片采用大刚度，叶片采用大刚度，加强型的自带围带整圈连接加强型的自带围带整圈连接结构结构 最大限度地减小叶顶处的泄漏损失。最大限度地减小叶顶处的泄漏损失。可通过控制蒸汽通道的形状以提高级效率。可通过控制蒸汽通道的形状以提高级效率。可以用来调整叶片的自振频率。可以用来调整叶片的自振频率。降低叶片的振动响应以及因汽流激励而产生的振降低叶片的振动响应以及因汽流激励而产生的振动，消除无围带叶片带来的强烈的端部效应。动，消除无围带叶片带
15、来的强烈的端部效应。降低叶片对颤振的敏感性。降低叶片对颤振的敏感性。叶片的静叶片的静、动应力小动应力小优点：优点：620mm 叶片结构特点 34末级叶片实体图 35620mm 叶片的强度特性叶片的强度特性 设计重点考虑的危险工况：设计重点考虑的危险工况：静强度：低背压时，作功多，蒸汽弯曲应力大，静强度：低背压时，作功多，蒸汽弯曲应力大，以及阻塞干扰引起流场变化增加附加应力以及阻塞干扰引起流场变化增加附加应力动强度：小容积流量工况，根部负反动度，动强度：小容积流量工况，根部负反动度，引起汽流回流、脱流，附加激振应力引起汽流回流、脱流，附加激振应力 甚至颤振，叶片动应力增加甚至颤振，叶片动应力增加
16、 36 叶片的气动阻尼和刚性是控制颤振的两个主要参数叶片的气动阻尼和刚性是控制颤振的两个主要参数对对620叶片叶片：SE=0.8610-42.910-4 采用大刚性、自带围带整圈连接结构增加了机械阻采用大刚性、自带围带整圈连接结构增加了机械阻尼尼 KWU公司推出了一种对自由叶片的控制自激振动方法公司推出了一种对自由叶片的控制自激振动方法 用修正的斯特劳哈尔数 用修正的斯特劳哈尔数 SE2.910-4，颤振不会发生，颤振不会发生 GE和和Alstom公司试验及理论分析表明采用自带围带或公司试验及理论分析表明采用自带围带或 拉筋整圈联接形式的叶片，首先，由于限制了相邻拉筋整圈联接形式的叶片，首先，
17、由于限制了相邻 叶片间的相对移动，防止了相邻叶片间产生大的相位差，叶片间的相对移动，防止了相邻叶片间产生大的相位差，可以保证叶片有适中的气动阻尼；其次，整圈联接围带可以保证叶片有适中的气动阻尼；其次，整圈联接围带 在叶片的各节点上产生大的机械阻尼，可以防止颤振发生在叶片的各节点上产生大的机械阻尼，可以防止颤振发生620mm 叶片颤振评估 37末级叶片保护运行曲线 38高压隔板套高压隔板套高中压转子高中压转子主油泵主油泵危机遮断器危机遮断器高中压外缸高中压外缸中压隔热罩中压隔热罩高压内缸高压内缸高中压平衡环高中压平衡环高压喷嘴高压喷嘴支持轴承支持轴承推力轴承推力轴承汽封汽封高中压缸积木块高中压缸
18、积木块 39第第 1-41-4 级隔板汽封均采用弹性汽封级隔板汽封均采用弹性汽封第第 5 5、6 6 级隔板汽封均采用低直径弹性汽级隔板汽封均采用低直径弹性汽封封静动叶均采用具后加载特点的反动式叶型静动叶均采用具后加载特点的反动式叶型第第 1 1 级静叶采用弯叶片，第级静叶采用弯叶片，第 2-62-6 级静叶采用弯扭叶片；第级静叶采用弯扭叶片；第 1-61-6 级动叶采用扭叶片级动叶采用扭叶片第第 1-41-4 级隔板为自带菱形叶冠的导叶片装配结构，第级隔板为自带菱形叶冠的导叶片装配结构，第 5 5、6 6 级隔板为导叶片直接焊级隔板为导叶片直接焊在内外环上在内外环上第第 1-41-4 级动叶
19、自带围带并采用具有应力集中小的加强型枞树型直叶根，第级动叶自带围带并采用具有应力集中小的加强型枞树型直叶根，第 5 5 级动叶级动叶自带围带并采用具有应力集中小的加强型枞树型斜叶根自带围带并采用具有应力集中小的加强型枞树型斜叶根第第 6 6 级叶片高度级叶片高度 620mm620mm，叶片型线是在我公司，叶片型线是在我公司 1000mm1000mm 叶片基础上模化得到，叶片基础上模化得到，叶根采用叶根采用 1000mm1000mm 叶片的圆弧叶根，自带围带、一道整圈松拉筋结构叶片的圆弧叶根，自带围带、一道整圈松拉筋结构无中心孔转子无中心孔转子第第 1-41-4 级动叶顶部汽封采用弹性汽级动叶顶
20、部汽封采用弹性汽封封第第 5 5、6 6 级动叶顶部汽封采用硬汽级动叶顶部汽封采用硬汽封封第第 5 5 级动叶表面进行喷丸处理级动叶表面进行喷丸处理第第 6 6 级动叶顶部进汽边上，焊长级动叶顶部进汽边上，焊长 260mm260mm 的司太立合金片，的司太立合金片，根部出汽边采用复合镀膜，复合镀膜的范围为根部出汽边采用复合镀膜，复合镀膜的范围为 30025mm30025mm第第 6 6 级动级动叶叶顶部设顶部设去湿槽去湿槽低压通流特点 40依然采用多层缸结构：由内向外分别为依然采用多层缸结构：由内向外分别为 1 1 号内缸、号内缸、2 2 号内缸、外缸号内缸、外缸外缸仍有外缸仍有 3 3 部分
21、组成：调端、电端、中部部分组成：调端、电端、中部调端调端 2 2 级后 级后 1-3771-377 的的抽汽口去抽汽口去 5 5 号加热器号加热器 电端电端 3 3 级后 级后 1-5001-500 的的抽汽口去抽汽口去 6 6 号加热器 号加热器 电、调端电、调端 4 4 级后 级后 2-6002-600的抽汽口去的抽汽口去 7 7 号加热器 号加热器 外缸与轴承箱分离，各自落地，保证轴承标高不受外缸热膨胀的影响 外缸与轴承箱分离，各自落地，保证轴承标高不受外缸热膨胀的影响 独特的端汽封结构独特的端汽封结构通过数值模拟并通过数值模拟并结合试验优化排结合试验优化排汽涡壳汽涡壳设低压缸喷水设低压
22、缸喷水低压缸结构特点 41落地式轴承箱垂直刚度 42低压缸端汽封结构特点 43低压缸喷水系统喷水目的 降低因鼓风损失而急剧升高的排汽温度。使其小于 120 降低叶片及缸壁温度 44喷水控制系统喷水量比湿冷机组大喷水量比湿冷机组大喷水控制系统喷水控制系统 控制温度控制温度 按背压信号控制按背压信号控制背压测量装置控制阀冷凝器去排汽缸MAX喷水隔离阀 45三缸四排汽结构滑销系统 46排汽装置图示 47排汽装置示意图 48数 据数 据单位单位项 目项 目序号序号 8585dB(A)dB(A)噪声水平5121121最高允许排汽温度46565kPa.gkPa.g最高允许背压值380468046kJ/kW
23、hkJ/kWh额定工况热耗2 0.0760.076mmmm轴振动最大值1 三、性能保证三、性能保证 49安全性 设计中保留了原型湿冷机组相应的安全措设计中保留了原型湿冷机组相应的安全措施；施；设计了适合于空冷机组运行特点的加强型设计了适合于空冷机组运行特点的加强型新低压缸模块及大刚度低压落地轴承箱；新低压缸模块及大刚度低压落地轴承箱；依据空冷机组运行特点设计了三膨胀死点依据空冷机组运行特点设计了三膨胀死点滑销系统；滑销系统；设计了大刚度、高强度、强抗振性能、负设计了大刚度、高强度、强抗振性能、负荷适应性好的直接空冷机组专用的荷适应性好的直接空冷机组专用的 620mm末级叶片。末级叶片。50安全
24、性 末级叶片进汽边顶部及出汽边根部采取防水蚀措末级叶片进汽边顶部及出汽边根部采取防水蚀措施施 设计适合于空冷机组的喷水系统，以保证末叶片设计适合于空冷机组的喷水系统，以保证末叶片及及 整个机组安全运行整个机组安全运行 明确空冷机组背压限制曲线明确空冷机组背压限制曲线 各缸通流大量采用具有应力集中小的加强型枞树各缸通流大量采用具有应力集中小的加强型枞树型叶根型叶根 对所有空冷特有的结构均采用多种方法、多个方对所有空冷特有的结构均采用多种方法、多个方案进行强度、振动、刚度等计算对复杂结构采用案进行强度、振动、刚度等计算对复杂结构采用有限元计算有限元计算 51对轴系的特别说明 相对于湿冷机组来说，低
25、压缸采用落地轴承箱相对于湿冷机组来说，低压缸采用落地轴承箱提高了轴承的支承刚度，增加了轴系的稳定性裕提高了轴承的支承刚度，增加了轴系的稳定性裕度度 采用可倾瓦轴承，相对于短圆瓦来说提高了轴采用可倾瓦轴承，相对于短圆瓦来说提高了轴系的稳定性；系的稳定性；另外，从运行看，可倾瓦轴承的瓦温相对于短圆另外，从运行看，可倾瓦轴承的瓦温相对于短圆瓦低瓦低 在空冷机组的设计过程中，我们对影响机组安全在空冷机组的设计过程中，我们对影响机组安全运行的各种因素，都进行了认真地分析，采取了运行的各种因素，都进行了认真地分析，采取了有效措施，改进了结构，配置了必要的设备，可有效措施，改进了结构，配置了必要的设备，可以
26、保证机组在各种情况下安全运行以保证机组在各种情况下安全运行 52 国家电力公司科技环保部、中国机械工业联合会于国家电力公司科技环保部、中国机械工业联合会于 20022002 年年 8 8 月月 2323日，邀请有关专家对哈尔滨汽轮机厂有限责任公司的国产日，邀请有关专家对哈尔滨汽轮机厂有限责任公司的国产 600MW600MW 直接空冷直接空冷汽轮机设计进行了认真评审，评审意见如下：汽轮机设计进行了认真评审，评审意见如下：1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司在新一代亚临界哈尔滨汽轮机厂有限责任公司在新一代亚临界 600MW600MW 湿冷汽轮机基础湿冷汽轮机基础上结合多年来取得的空冷技术科研成果和投运上
27、结合多年来取得的空冷技术科研成果和投运 200MW200MW 间接空冷汽轮机的经间接空冷汽轮机的经验进行了必要的改型设计，可使验进行了必要的改型设计，可使 600MW600MW 直接空冷汽轮机的安全可靠性和经直接空冷汽轮机的安全可靠性和经济性有了可靠的保障。济性有了可靠的保障。2.2.该直接空冷汽轮机采用了该直接空冷汽轮机采用了成熟的成熟的 600MW600MW 高、中压缸高、中压缸等成熟技术，并根等成熟技术，并根据空冷机组的特点采用了据空冷机组的特点采用了落地轴承箱；三个膨胀死点滑销系统落地轴承箱；三个膨胀死点滑销系统，在，在 1000mm1000mm叶片的基础上模化派生的叶片的基础上模化派
28、生的 620mm620mm 叶片叶片，末级叶片采用自带围带整圈联接加，末级叶片采用自带围带整圈联接加强型结构，计算结果表明动应力较小，符合空冷汽轮机对末级叶片的要求强型结构，计算结果表明动应力较小，符合空冷汽轮机对末级叶片的要求；加强了低压缸和加强了低压缸和 3 3#轴承箱刚度轴承箱刚度；可倾瓦轴承可倾瓦轴承等措施。等措施。600MW600MW 直接空冷汽直接空冷汽轮机轴系振动特性经核算，轴系横向振动和扭转振动各项指标符合西屋技轮机轴系振动特性经核算，轴系横向振动和扭转振动各项指标符合西屋技术规范。因此使机组可靠性有了保证。术规范。因此使机组可靠性有了保证。四、结论 533.3.汽轮机通流采用
29、了在湿冷机组中行之有效的提高效率的措施并在末级汽轮机通流采用了在湿冷机组中行之有效的提高效率的措施并在末级叶高和排汽面积冷端优化计算结果是可信的，符合大同工程实际情况，因叶高和排汽面积冷端优化计算结果是可信的，符合大同工程实际情况，因此机组设计热耗预计可达到此机组设计热耗预计可达到 8040Kj/kw.h8040Kj/kw.h，具有良好的经济指标。，具有良好的经济指标。4.4.建议制造厂在技术设计的基础上，建议制造厂在技术设计的基础上，认真做好施工设计，严格控制制造认真做好施工设计，严格控制制造质量和装配质量，工艺出精品，以确保设计要求，使该产品得到推广质量和装配质量，工艺出精品，以确保设计要求，使该产品得到推广。建建议制造厂与电力设计院进一步研究采用高中压缸启动是中压缸配汽机构的议制造厂与电力设计院进一步研究采用高中压缸启动是中压缸配汽机构的适应性等问题。适应性等问题。
