[align=center]国产四缸四排汽300MW

汽轮机本体结构改造设计

[/align]

[align=center][size=10.5pt]喻　刚

[/align]

[align=center][size=10.5pt](

[size=10.5pt]东方汽轮机厂,

四川德阳618000)

[/align][size=10.5pt]【摘要】:

着重从通流设计特点、滑销系统改进、汽缸优化设计以及机组启停辅助系统等方面阐述了改造特点。





[size=10.5pt]【关键词】:

汽轮机；改造；可靠性；优化设计





[size=10.5pt]分类号: TK263

　　　文献标识码:A

　　　文章编号:100125884 (2003) 0120025202

[align=center][size=10.5pt]Home-made 4F-300MW Steam Turbine Structure Optimization Design

[/align]

[align=center][size=10.5pt]YU Gang

[/align]

[align=center][size=10.5pt](Dongfang Steam Turbine Works , Sichuan Deyang 618000 , China)

[/align][size=10.5pt]【Abstract

】:This article is focus on the optimization design features such as steampath characters ,sliding system

；HP,IPand LP cylinder and auxiliary system for start2up and shut2down etc. .





[size=10.5pt]【Key words

】:steam turbine

； retrof ire

； reliability

； optimization design





0

　前　言





上海汽轮机厂设计制造的四缸四排汽300MW

汽轮机设计于上世纪60

年代末,

首台机组于1972

年在望亭发电厂投运,

至今该机型共生产了19

台份,

在全国各地投运。由于该机组设计年代早,

设计技术落后,

各缸效率和机组热耗与世界先进水平有较大的差距,

因此采用现代化技术对其进行改造十分必要。该类型机组除了经济性差以外,

在实际运行中还存在轴承箱负荷过重、摩擦阻力过大、刚性不足,

机组因膨胀不畅而引起启停时间过长及振动超标等问题,

各电厂虽经过多次正常大修、完善化大修和技术改造,

但目前仍然存在许多制约机组稳定经济运行的因素:

安全系数较低、可靠性差、达不到设计出力、不能适应电网调峰的要求等。通过改造,

首先是提高机组的经济性,

降低机组热耗；其次使机组具有良好的变负荷能力,

能采用复合变压运行方式,

机组具有灵活的调峰运行能力；以及消除原机组存在的主要问题,

提高机组的可靠性和自动化控制程度,

延长机组的使用寿命。





东方汽轮机厂于2001

年4

月完成了首台四缸四排汽300MW

机组的改造,

迄今为止,

共完成了4

台机组的改造,

改造后无论是机组的热耗水平,

还是机组的运行可靠性都达到了设计要求。本文着重从通流设计特点、滑销系统改进、汽缸优化设计以及机组启停辅助系统等方面阐述了改造特点。





1

　通流部分结构设计





通流部分的设计主要着眼于用现代先进技术优化流场、光顺子午流道、减小胀差限制、减小汽流损失,

从而提高通流效率,

增加出力。





1. 1

　高压通流设计特点





调节级:

静叶采用自带冠导叶,

动叶整体围带；压力级:

第2

～5

级隔板为分流叶栅,

第6

～9

级隔板为自带冠弯曲导叶；第2

～9

级动叶自带冠平衡扭曲动叶；高压通流采用等根径设计,

光滑子午流道；级间根部汽封由轴向汽封改为径向汽封,

叶顶汽封齿数为4

齿结构；城墙齿汽封短齿均为双齿结构；汽封片材料采用低硬度铁素体材质镶处片式汽封。





1. 2

　中压通流设计特点





第1

～8

级隔板为自带冠弯曲导叶,

第9

～11

级隔板为自带冠弯扭导叶；第1

～11

级动叶均为自带冠平衡扭曲动叶；中压通流等根径设计,

光滑子午流道；汽封结构采用与高压相同的技术。





1. 3

　低压通流设计特点





第1

～4

级隔板为自带冠弯曲/

扭导叶,

第5

、6

级隔板为直焊式弯扭导叶；第1

～5

级动叶为自带冠高效叶型动叶,

末级采用高效660mm


末级叶片；光滑子午流道；所有汽封片材料采用铜汽封。





2

　滑销系统和基架设计





1

号、2

号轴承箱负荷重,

摩擦阻力大,

但滑动面的润滑效果不良,

处于干摩擦状态,

这些是造成机组膨胀不畅的主要原因,

改造后滑动面采用自润滑滑块与不锈钢滑块配成滑动副。为了防止1

号轴承箱翘头及汽缸跑偏,1

号轴承箱与高压缸之间采用“H

”型定中心梁推拉结构,

推拉位置接近滑动面。为了保证“H

”型定中心梁正常运行,

还对该结构进行了有限元分析,

并根据计算结果,

在实际安装时将“H

”梁向变形方向预拉1mm

,

以减小运行时的应力。





由于高压进汽及中压进汽靠近高中压轴承箱,

高中压外缸、中压汽缸与2

号轴承箱之间温差较大,

该处如果也采用“H

”型定中心梁,

则梁将产生较大的热变形,

计算热应力已超过许用应力,

因此该处推拉不采用“H

”型定中心梁结构。高中压轴承箱的推拉机构仍采用原结构,

即靠汽缸猫爪横键及横键推拉杆来传递高中压轴承箱的推拉力。同时,

在改进设计中,

为减小推力矩,

降低了推拉机构的高度。





为了保证3

号轴承箱在机组运行时成为真正的高中压缸热胀死点,

改造设计时在该箱基架与基础之间增加一死点键。





3

　高、中压汽缸设计





原四缸四排汽300MW

机组汽缸普遍存在刚性不足、变形大、支撑不合理等缺陷,

汽缸温度场分布也不合理,

不利于机组热膨胀。改造后,

高、中压汽缸采用高窄法兰、通孔螺栓联接和下半猫爪中分面支撑结构,

有利于汽缸热膨胀。中压汽缸由原设计的前后二段改为整体结构、锥筒形式,

改进排汽涡壳波形,

增设排汽缸撑管,

提高中压缸刚性。改善中压缸温度场分布,

将中压内缸改为隔板套结构,

使中压缸前部温度提高110

℃左右,

有利于中压缸热膨胀和机组快速启动。





3. 1

　高压内缸





高压内缸壁厚设计为100mm

,

比原汽缸增厚5mm

,

中分面法兰高度在隔热环前为380mm

,

隔热环后为300mm

。经有限元分析计算,

改造后汽缸能承受上下半温差50

℃产生的温度应力。中分面螺栓基本按照小而密的原则布置,

有利于减小螺栓应力。





3. 2

　高压外缸





高压外缸保持原壁厚,

中分面法兰厚度为550mm

,

汽缸猫爪至汽缸中心的距离与原机组相同。螺栓离汽缸壁中心的距离与原汽缸相当,

并相应加大高压前汽封处螺栓直径,

防止该处出现因螺栓紧力不足而引起的中分面漏汽。





3. 3

　中压外缸





中压外缸采用锥筒结构,

排汽部分最大宽度为3752mm

。为了加强汽缸刚性,

排汽涡壳采用圆筒结构,

加粗了排汽涡壳处的拉筋,

同时在排汽口上下半涡壳内增设了轴向拉筋,

改善了“疲老虎”效应,

并增加了汽缸刚性。汽缸前半部分法兰厚400mm

、宽220mm

,

后半部分法兰厚300mm

,

宽200mm

,

中压后汽封至后猫爪处法兰厚为180mm

,

宽度为200mm

。汽缸猫爪至汽缸中心的距离与原机组相同。经有限元分析计算,

改造后汽缸彻底改变了原汽缸刚性不足、变形大、膨胀不畅的缺点,

在全实缸状态,

汽缸垂直方向变形只有0.049mm

,

仅为原汽缸垂直方向变形的1/4

。





4

　低压内缸设计





低压内缸承受了比高、中压汽缸更大的温差,

原汽缸结构与较大的热载荷不相适应,

以及热处理工艺不完善,

导致了汽缸应力高、变形大,

为了防止中分面变形,

在改造设计中采取如下措施。





国产四缸四排汽300MW 汽轮机本体结构改造设计(word).rar





6

　结　论





通过改造,

四缸四排汽300MW

汽轮机机组基本解决了原机组存在的问题和缺陷,

各项指标达到设计要求。望亭14

号机组、邹县3

号机组、4

号机组以及姚孟1

号机组已经由东方汽轮机厂完成改造,

并顺利运行,

投运结果表明,

机组滑销系统工作正常,

达到设计膨胀量；机组经济性达到设计值,

用户对改造结果十分满意。