300MW汽轮机本体结构及效益分析

1.汽封形式
2.隔板结构
• 73或73A高中低压隔板
• 73B高中压隔板
低压2-5级导叶片装配图
装配式隔板频率分析
考核原则： 固有频率要计算轴向振型、切向振型、一节点振型 以及扭转振型。当这些频率与工作频率之比大于 4.4时可以不调频，低于4.4时要调频，此时还要避 开上一级动叶出汽边所引起的激振力一定范围。
5、低压1#内缸法兰改进
• 消除内缸水平中分面漏汽
6、73B高中低压缸动叶片结构
• 全部采用变截面扭曲叶片 • 中低压采用新型叶根 • 取消动叶围带内的拉筋
• 中低压缸动叶自带冠和 中间体由斜形改为直形
7.其他
•
疏水系统 1) 取消中压 缸疏水 2) 将高压缸 疏水改为 通往高压 排汽管
• •
整机热耗降低20.5Kcal/Kw.h以上
2、高压进汽结构改进产生的收益
由两道密封环式插管改进为“钟形罩” 运行时无漏汽间隙 预计可使高压缸效率提高1.5% 整机热耗降低6Kcal/Kw.h
3、汽封结构改进产生的收益
①调节级汽封由硬汽封改为多齿阶梯弹性汽封 ②高中压叶顶及隔板汽封由平齿改进为阶梯齿
优化型73#设计特点
900末叶的低压缸模块 低压缸用全三维方法进行流场校核计算 末二级静叶采用弯扭（马刀）叶片 末三级动叶采用扭曲叶片 末二级动叶采用拱形围带 低压全部静叶采用扭叶片 动叶自带围带成圈连接 减少产生共振的几率,利于调频 降低动应力
优化型73#实绩
顺应了市场要求，在出产头四年里即 取得了销售26台的成绩 动叶自带冠成圈装配取得了成功，安 全性更好 保持了引进型的优势，并使整机的负 荷适应性更强，调峰的范围更大 效率比引进型得到了明显提高
•旋压制造排汽导流环
•动叶结构改进 •低压1#内缸法兰及螺栓改进
都对提高和保证机组的热力经济性有利
6、73B的热耗降低值汇总
项 目 HP 效率提高 1%以上 1%以上 1.2%以上 1.5% 0.8% 0.2% 0.2% 热耗降低
Kcal/Kw.h 通流部分改进
高压进汽结构改进 IP LP
20.5
三维流场计算软件—TASCflow TASCflow软件是世界最先进的旋转机械 CFD软件,它采用全三维N-S方程求解,允许使 用湿蒸汽和真实气体,能够多级联算。世界 上各大型汽轮机制造厂家如西门子、ABB、 GE、东芝等都使用这一软件。1985年由著名 的计算流体力学的先驱Ramcy教授领导的ASC 公司成立,10多年来该公司研制的CFD软件在 全世界旋转机械流体力学数值模拟市场上的 占有率达90%以上。1997年ASC公司加盟英国 AEA公司，并很快共同研制出 世 界 最 先 进 的 旋 转 机 械 CFD 软 件 — — CFX-TASCflow 。 右 图 是 西 门 子 使 用 TASCflow 软 件 进 行 优 化设 计 ,开 发 出的 新 型 全 三维 弯 扭 静 、动 叶 片 。 摘自 CFXUpdate 杂 志 1 9 9 8 年 第 1 6 期 发 表 的 文 章 。 文 章 阐 述 了 西 门 子 公 司 应 用 TASCflow软件开发新型全三维叶片的成果,指出：新型全三维叶片的级效率与 传统叶片相比提高大约2%,机组效率提高1%以上 。
凉投标值比较
东汽
1880
3、国外350MW热耗和末叶比较
西门子
机组型式 设计热耗 Kcal/Kw.h 末叶长度mm
三菱
西屋
阿尔斯通 安莎尔多
冲动式 1874 1055 反动式 1874 1041
GE
冲动式 1869 1067
反动式 反动式 反动式 1852 976.7 1861 900 1876 980
预计可使高压缸效率提高： 0.8% 预计可使中压缸效率提高： 0.2% 可使整机热耗降低：4Kcal/Kw.h
3、汽封结构改进产生的收益
③低压末级隔板采用悬挂式低直径汽封 末级次末级动叶叶顶采用三道齿直通式汽封 减少了漏汽损失 预计可使未级效率提高： 1% 低压缸效率提高：0.2%
可使整机热耗降低：1.7Kcal/Kw.h
6 4 1.7 1.4 33.6
HP HP 调节级、高中压汽封改进 IP 低压末级汽封改进 LP 冷却蒸汽流程改进 73B比73热耗降低总计
73B的热耗值
西柏坡1#机热耗实测值为1910.7Kcal/Kw.h 经老化修正后此值为1897Kcal/Kw.h 73#机的热耗达到了设计值
综上所述：73B#机的热耗可以达到 1870Kcal/Kw.h以下 且有足够大的裕度
4、ABB鸭河口350MW最新试验热耗为
1898Kcal/Kw.h
73B在国内外所处的水平
扭曲动叶 末级前掠静叶 设计热耗值1870Kcal/Kw.h
国内领先、国际先进水平
社会效益估算
机组热耗降低后，每发1度电可节约 4.8克优质煤。若按满发300MW/h，年 运行7000小时可节约10080吨。（每吨 煤170元计算，折合人民币应为171.4万元）
亚临界300MW汽轮机
发展历程
总体设计思想
气动设计 本体方面的改进
热经济性评估 经济效益评估
发展历程
喷嘴子午面收缩 扭曲静叶 变截面动叶 900末叶低压缸 动叶自带围带 热耗1900 拱形围带
未生产 26台
10台
22台
锥型喷嘴 静动叶直叶片 末叶869 热耗1930
1980
调整通流盖度 增加汽封齿数 优化排汽涡壳 排汽导流环改进 隔板套改进 热耗1890 末级自带围带
装配式隔板频率分析
计算结果分析： 第二、三、五级隔板的计算结果与谐波频率之 比已大于4.4, 避开了低频激振力； 第四级的频率计算结果虽然与谐波频率之比小 于4.4, 但可以通过适当的调频方法来解决。
结论： 低压1~5级隔板单只装配的结构可行
3 冷却蒸汽流程改进
16.9mm
4、高压进汽插管结构的改进
进行通流的设计分析与优化
新一代亚临界300MW汽轮机
总体设计思想
2. 先进的全三维气动热力设计程序
l 世界上各大型汽轮机制造厂家如西门子、ABB、GE、 日立、东芝等都使用的CFX-TASCflow—英国AEA公司开 发的世界最先进的旋转机械CFD工程软件，据西门子公司 文章介绍，采用此软件设计的新型全三维叶片的级效率与 传统叶片相比提高大约2%，机组效率提高1%以上。 l 叶片三维成型设计采用世界上最先进的三维曲面、实 体造型软件CATIA。 l 中科院工程热物理研究所准三维气动计算程序 l 哈工大热力发动机教研室开发的准三维/全三维气动计 算程序 l 苏联цΑΜ的准三维气动计算程序 l 东南大学全三维气动计算程序
完善化型73A#的设计特点
根据用户要求，调整通流面积， 调整通流盖度、减少撞击损失 高压隔板汽封齿数由3增加到4 末二级动叶采用自带围带 优化了高排涡壳，减少排汽损失 汽缸中分面螺栓加粗 排汽导流环加支口 高压隔板套加支撑键
小结 引进型-73# -73A#
机型 引进型 73# 73A#
73B的热耗在国内外所处的水平
1、国内三大厂最好的试验值比较
厂 家 热耗 Kcal/Kw.h 1896.4 采用技术 高中低扭曲静叶，末叶905
上汽_外高桥
哈汽_西柏坡
东汽_湛江
1897
1913
高中低扭曲静ห้องสมุดไป่ตู้，末叶900
末叶851
2、国内三大厂平
厂家
上汽 哈汽
热耗Kcal/Kw.h
1890.7 1868.5
图 1 图 2
高压第九级后加载弯静叶和原静叶损失比较
图 3
先进的叶片、通流结构
新一代“后加载”高效静叶型 内﹑背弧面均为高阶光滑曲线构成。 最大气动负荷在叶栅流道的后部。 叶栅通道前段压力面与吸力面的压差 减小，消弱了通道二次流的强度使叶 栅总的二次流损失大为降低。 叶片尾缘较薄，可减少尾缘损失。 叶型最大厚度较大增强了叶片刚性。 叶片前缘小圆半径较小且具有更好的 流线形状，在来流方向(攻角)较大范 围变化时仍保持叶栅低损失特性。
ÆÆú ×ÆÆÆ ÆÆ
感谢各位领导 感谢各位专家
• 安装时有间隙，运行时无间隙，不漏汽
“钟形罩”特点： ⑴ “钟形罩”与其定位套之间有一定的径向 间 隙，允许“钟形罩”在水平方向上有相 对移动； ⑵ 允许“钟形罩”在喷嘴室颈部内侧上下垂 直移动而不影响密封； ⑶ “钟形罩”有足够的强度、抗蠕变性能、 抗磨损性能以保证其在连续全负荷工况下维持 正确的径向密封尺寸； ⑷ 考虑“钟形罩”与喷嘴室的胀差，保证在 运行时“钟形罩”能完全密封。
TASCflow 后处理分析 主界面
周 向 平 行 面 视 图
叶片 表面 气动 特性 曲线
子 午 面 视 图
多级叶片三维流场计算模型
先进的叶片、通流结构
弯扭联合全三维成型叶片 图1是适用于中压缸两端弯扭叶片， 图2是适用于低压部分弯扭叶片。 计算和实验证明采用这一技术可改 善参数沿叶高的分布，大幅度地减 少径向二次流、横向二次流和端部 二次流损失，提高根部反动度，从 而更加有效地提高级效率,使叶栅总 损失系数下降25%(见图3），级的效 率提高1.5--2%。这些叶片已在哈汽 公司的100MW、200MW、300MW通流部 分广泛采用。 哈汽公司采用叶身与两端围带连为 一体的数控加工工艺，加强了隔板 强度和刚性。
4、冷却蒸汽流程改进产生的收益
73#机组冷却中压缸的蒸汽实际上大部分来自 高排，73B机组的改进结构可保证冷却蒸汽来 自调节级后，在总漏汽量基本不变的情况下， 适当减少了进入中压的冷却蒸汽量，因此增 加了中间再热的流量，使循环效率略有提高
可使整机热耗降低：1.4Kcal/Kw.h
5、其它
•疏水系统的改进 •高中压隔板静叶采用菱形头装焊 •低压前五级采用装配式隔板
高效叶型 全三维设计 汽封改进 动叶扭曲 弯扭叶片 进汽改进 冷却蒸汽 热耗1870
1990
1995
2000
优化型73#设计特点
• 可控涡方法设计通流部分 • 压力级全部采用扭曲静叶和变截面动叶 • 喷嘴子午面收缩型线
CR=H1/H2
H1 H2
静 叶
动 叶
子午面收缩是一种全三维设计概念，其主要优点是降 低静叶栅通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。
通流设计 方法
典型代表
静、动直叶 片
结构改进
热耗
自由涡
1930 1900
总结运行经验 部分消除上述机型 的结构缺陷
可控涡 效率比自 静叶扭曲 由涡提高 动叶变截面 1.5% 直叶片
1890
新一代亚临界300MW汽轮机
总体设计思想
1. 采用成熟的全三维气动热力设计体系
特征：
• • • •
对一维热力系统 对静、动叶片叶型的气动性能 对级内流动的全三维计算 对多级的匹配进行准三维、全三维流场计算
前掠静叶子午面流线图
静叶顶部轴向前掠 的计算网格图
静叶顶部轴向前掠流
面等压力线图
本体方面的改进
1. 汽封形式
2. 隔板结构 3. 冷却蒸汽 4. 高压进汽插管 5. 低压1#内缸法兰
6. 动叶片
7. 其他
汽封型式与漏汽量关系
1.汽封形式
• 高中压叶顶
• 高压隔板汽封
• 末级次末级叶顶
• 末级隔板汽封
低压外缸下部的支承筋板加厚 低压排汽导流环板体由模压改为旋压
73B热经济性评估
1、通流部分改进产生的收益：
• 开发新型线，应用新型叶根
• 静、动叶全部采用变截面扭曲叶片
• 低压首级、末三级采用弯扭静叶 • 末级静叶采用弯扭加前掠结构
通流部分改进预计提高的效率
• 高压缸：1%以上 • 中压缸：1%以上 • 低压缸：1.2%以上
新一代亚临界300MW汽轮机
总体设计思想
3. 二十万改造的成功经验
哈三2# 3V 1956.1 扬州5# 3V 1940.6 双鸭山1# 3V 1941.5 4V 1939.3
4. • •
新引进的大型精密加工设备做保证 多台数控铣床、数控转子车床 二台四轴五连动数控叶片铣床 ……….
我公司汽轮机通流全三维设计应用