图4 两个主门直接安装在汽缸上
(4)阀门出口立即到达喷嘴的简捷进汽结构
独特结构设计使蒸汽经过两个阀门进入汽缸后立即到达第一级喷嘴前（图5），省缺了传统四个进气管及四个弧段组成的蒸汽室过程（图6），减少了一段流动损失。
图5进入汽缸立即到达喷嘴的结构 图6传统结构四个进汽管的蒸汽室
(5) 全新的配汽方式提高经济性
喷嘴调节和全周进汽两种配汽方式在安全性、经济性方面各有特点，但是针对超超临界参数及1000MW容量，因下列原因，使技术优势完全倾向全周进汽方式：一方面喷嘴调节受强度的制约，即使在采用双流调节级情况下，还必须将最小部分进汽度增加到75%左右（三阀全开），其后果是滑压终点的负荷相应提高到100%额定负荷左右；另一方面，全周进汽+旁通进汽阀配置方式，使100%负荷的滑压压力也同样达到了额定压力。为此，在超超临界参数下，全周进汽和喷嘴调节两种方式实现相同的定-滑-定压力运行特性（表3、图7）。以往亚临界机组中，喷嘴调节部分进汽度小，滑压运行压力高，循环效率高的优势在超超临界机组中已不存在，喷嘴调节因75%部分进汽的损失，级效率低的情况仍旧存在，使喷嘴调节在额定负荷及部分负荷的效率和安全性均不及全周进汽方式。

表3 超超临界不同配汽结构基本具有相同的负荷-滑压压力MPa

图7 超超临界汽轮机的负荷与压力的定-滑-定曲线
计算表明，相同负荷-滑压特性条件下，配有旁通进汽阀（相当于第三个调门）的全周进汽与传统的部分进汽结构相比，额定负荷及部分负荷的热耗要低20kJ/kWh左右（见图8）；大于额定流量时，旁通阀打开，效率下降。最大负荷下配旁通阀热耗最高，无旁通阀的全周进汽热耗最低。

图8 超超临界汽轮机不同配汽结构的经济性对比

（6）独特的全周进汽斜置静叶结构（图9）
汽流通过两个径向的进汽口后，立即通过斜置安装的静叶向轴向折转，与传统结构（图10）相比：第一，流道紧凑，损失小；第二，整体内外围带的静叶无径向漏汽损失；第三，通过斜置，在弯道布置的斜置静叶中实现了气流折转，与90度折转相比，损失小；第四，无部分进汽损失，级效率高2%；
  
图9 斜置单流全周进汽静叶 图10 传统结构的双流调节级
（7）高压单流与双流调节级的损失对比
因强度限制，而采用双流调节级结构（图10）的传统结构与单流斜置静叶级相比：第一，双流使喷嘴面积减少50%，端损大幅度增加，级效率至少下降4%；第二，为避免压力级的端损增加，传统结构的压力级仍采用单流，从而形成先是气流一分为二，然后50%的气流经180度的大折转之后又合二为一，附加的压损至少1%；第三，传统结构调节级动叶片出口过渡到下一级，有一个长距离的流道，而独特结构两级叶片紧密相接，无过渡段流动损失。
无蒸汽室的全周进汽、进汽弯道中的斜置静叶、单流叶片级以及动叶出口与下一级直接相连等独特结构与传统结构相比，第一级的效率要高10%-15%，相当高压缸效率高2%，热耗至少30kJ/kWh。（8）高压缸不需法兰冷却的结构
外缸由于受力负荷低、温度低、内缸轴向力使外缸自紧等原因使螺栓应力低；内缸同样由于直径小应力低，圆筒高压结构不仅能承受更高的蒸汽压力，而且内外缸法兰均不需冷却，与即使在25MPa参数以下，还必须有法兰冷却（见图11）的传统结构相比，减少了附加的冷却损失。   图11 传统结构的法兰蒸汽冷却
（9） 小直径、多级数的高中压转子通流部分
高压通流设计中采用了独特的两个平衡气道的结构 ，使平衡活塞轴向尺寸非常小，高压缸的轴向长度短，以及高中压进汽口均为侧向等结构特点使通流部分有足够的轴向位置布置较多的叶片级数，得以获得更高的通流效率。
（10） 全三元高效率弯扭叶片
所有的叶片级采用新一代高效、全三维弯扭叶片技术使效率提高2%（见图12）。2002年后推出的按整个通流部分最佳气流特性决定各级反动度的变反动度优化设计技术又使缸效率提高1%（图13）。这些代表世界最新气动水平的叶片成功在产品中应用，使叶片级效率的提高幅度近3%。按高中压缸效率2%的贡献计算,热耗得益在90kJ/kWh。
  （11）独特的中压进口切向涡流冷却结构
中压缸采取了一种非常独特的冷却结构，通过进口处四个切向涡流孔（见图14），将热能转换为高速旋转的动能，使转子表面的温度降低15℃左右，这种冷却方式简捷、稳定可靠。与传统利用2%高压缸排汽，非再热蒸汽进行冷却的结构(图15)相比，降低了中压缸冷却损失,相当热耗得益约3kJ/kWh。
  
图14 独特的中压进口切向涡流 图15利用高压排汽冷却的传统结构
（12）独特的中压缸进汽结构
与高压一样，在中压缸采取了一系列可以减少流动损失，提高效率的独特结构：例如两个侧向进汽的再热主调门直接安装在汽缸上，没有导汽管损失（图16）；汽流直接通过弯道两个对称的，内外环整体无径向漏汽的斜置静叶；小直径、多级数的3DVTM全三维弯扭变反动度叶片等（图17）。
  
图16 中压阀门直接安装在汽缸上 图17 独特的中压进汽结构形式
由于第一级低反动度，大焓降的斜置静叶以及切向涡流冷却，使再热温度可以达到620℃，相比600℃，热耗可以降低约25kJ/kWh。
（13）独特的中压排汽结构设计
同样为双流中压缸，但排汽口结构设计与传统结构形式完全不同：两个进汽口在测向，一个排汽口布置在汽缸中间，使整个内外缸之间由中压排汽所包围（图18）；独特的整圈预扭安装动、静叶片结构使中压排汽压力降低到传统结构机型的一半左右，除了使中压外缸因温度在300℃，可以采用球墨铸铁；低压转子避免了传统结构的高温回火脆性问题外，其带来的高效率效应体现在：第一，低排汽压力，使蒸汽焓降由低压缸转移到效率较高的中压缸，经分析，其热耗得益在15kJ/kWh；第二，单个排汽口与单个大口径中低压连通管，流场简捷，损失小，与传统结构（图19）的2%压损相比，其损失系数仅0.6%；相当热耗差为8kJ/kWh。
  
图18 独特的中压进排汽结构 图19 传统的中压排汽结构
（14）低压缸叶片
低压前几级与高中压缸一样，采用3DVTM全弯扭叶片，而低压末级长叶片则采用1146mm自由叶片，这也是目前最长的自由叶片。与其他相同11㎡排汽面积的特大型长叶片相比，叶片宽度相当，但避免了凸台跨音速区或任何其他附件造成的冲波及扰动损失。分析表明其对热耗的影响量级在3kJ/kWh以上。
（15） 可提供大50%的排汽面积
独特结构设计中每两个汽缸之间仅需一个轴承，以四缸四排汽为例，5个轴承，总跨距比传统结构8个轴承形式短8-10米，即使采用3个低压缸的Boxberg、Niederaussem 5缸6排汽机组的总长与传统结构的四缸四排汽机组相同。在相同长叶片的排汽面积及轴系自由度条件下，独特结构可以提供的总排汽面积比传统结构大50%。相对大容量、低冷却水温和背压较低的机组，例如四排汽、3.7kPa的1000MW机组或者4.9kPa的1300MW方案中,6×10㎡比4×11.8㎡排汽损失的热耗差异约1%，达到70kJ/kWh的量级。

5 结论
（1）根据欧洲高效洁净燃煤发电技术的分析和实践,百万千瓦机组的热效率比传统亚临界600MW机组提高7.7%。其中与汽轮机本体优化设计直接相关的有超超临界参数、高效率汽轮机以及排汽冷端优化设计等三个领域，热效率的提高幅度为4.4%，而600℃超超临界参数的贡献仅为其中的1/3左右。
（2） 目前我国超超临界600℃参数1000MW与亚临界600MW机组相比，各种机型的保证热耗降低了约6.6%，扣除超超临界参数的4%热耗降低之外，制造厂有必要对其余的热耗降低进行验证和作出分析论证。
（3）先进的结构技术是汽轮机三个领域内实现性能优化的关键。新型的独特结构能适应更高的蒸汽参数；能大幅度减少汽轮机内部的流动损失，提高汽轮机的内效率；能在大容积流量条件下获得更大的冷端优化得益。通过从汽轮机进口至排汽整个流动过程中的每个结构环节的对比分析表明，按不完全估算独特结构的热耗得益在2.5%(约188kJ/kWh)以上。在低冷却水温或更大容量，或者进一步提高参数的条件下，独特结构还有使热耗降低2%的潜力。
（4）自1997年至今，一系列超超临界汽轮机的现场性能试验表明：不仅机组的保证热耗低于保证值，而且高中压缸的效率均同时达到设计值。充分验证了新型独特结构具有稳定的低损失特性。从提高效率角度，独特结构取代传统结构机型将是产品技术发展“优胜劣汰“的必然趋势。

参 考 文 献
(1) 国家电力公司,中国华能集团公司. “我国发展超超临界发电机组的技术选型研究” 2008年8月. 国家863”超超临界燃煤发电技术”课题/子课题1技术报告。
(2) 上海汽轮机有限公司. “引进型百万千瓦超超临界汽轮机文集”。2004.11
(3) 西安热工研究院有限公司. “华能玉环电厂#1机组性能考核试验报告”， “华能玉环电厂#2机组性能考核试验报告”.。2007. 05。

内部资料。
(4) Mathias Deckers and Ernst Wilhelm Pfitzinger, Wilfried Ulm,“Advanced HP/IP blading technologies for the design of highly efficient steam turbine”, 热力透平, Sept.2004, Vol.33,No.4,209-215.
⑸ Peter Pauls,“Coal-fired power plants”, 热力透平, Apr.2004, Vol.33, No.2,105-107.