25MPa/600℃/600℃两缸两排汽
600MW 超超临界汽轮机介绍
李雅武，鞠凤鸣 (哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江省哈尔滨市 150046)
摘
要 ：参数为 25MPa-600℃/600℃的 600MW 等级超超临界机组将有可能成为我国电力工业的主力机组。较为具体的介绍了 25MPa-600℃/600℃两缸两排汽 600MW 超超临界汽轮机的运行业绩、热力特性、蒸汽流程、结构形式、总体布置及各主要部套的设计特点，对本机组接受的先进设计技术进行了重点介绍。
关键词：两缸两排汽；超超临界；汽轮机
0 前言
近几年来我国电力事业飞速进展，大容量机组的装机数量逐年上升，同时随着国家对环保事业的日益重视及电厂高效率的要求，机组的初参数已从亚临界向超临界甚至超超临界快速进展。依据我国电力市场的进展趋势，25MPa/600℃/600℃两缸两排汽 600MW 超超临界汽轮发电机组将依据其环保、高效、布局紧凑及利于维护等特点占据相当一部分市场份额，本文将对哈汽、三菱公司联合制造生产的 25MPa/600℃/600℃两缸两排汽 600MW 超超临界汽轮机做一个具体的介绍。
1 概述
哈汽、三菱公司联合制造生产的 600MW 超超临界汽轮机为单轴、两缸、两排汽、一次中间再热、凝汽式机组。高中压汽轮机接受合缸结构，低压汽轮机接受一个 48 英寸末级叶片的低压缸，这种设计降低了汽轮机总长度，紧缩电厂布局。机组的通流及排汽部分接受三维设计优化，具有高的运行效率。机组的组成模块经受了大量的试验争辩，并有成熟的运行阅历，机组运行高度牢靠。
机组设计有两个主汽调整联合阀，分别布置在机组的两侧。阀门通过挠性导汽管与高中压缸连接，这种结构使高温部件与高中压缸隔离，大大的降低了汽缸内的温度梯度，可有效防止启动过程缸体产生裂纹。主汽阀、调整阀为联合阀结构，每个阀门由一个水平布置的主汽阀和两个垂直布置的调整阀组成。这种布置减小了所需的整体空间，将全部的运行部件布置在汽轮机运行层以上，便于修理。调整阀为柱塞阀，出口为集中式。来自调整阀的蒸汽通过四个导汽管（两个在上半，两个在下半）进入高中压缸中部，然后进入四个喷嘴室。导汽管通过挠性进汽套筒与喷嘴室连接。
进入喷嘴室的蒸汽流过冲动式调整级，做功后温度明显下降，然后流过反动式高压压力级，做功后通过外缸下半上的排汽口排入再热器。再热后的蒸汽通过布置在汽缸前端两侧的两个再热主汽阀和四个中压调整阀返回中压部分，中压调整阀通过挠性导汽管与中压缸连接，因此降低了各部分的热应力。蒸汽流过反动式中压压力级，做功后通过高中压外缸上半的出口离开中压缸。出口通过连通管与低压缸连接。高压缸与中压缸的推力是单独平衡的，因此中压调整阀或再热主汽阀的动作对推力轴承负荷的影响很小。
低压缸接受双分流结构，蒸汽进入低压缸中部，通过反动式低压压力级做功后流向排汽端，向下进入凝汽器。低压缸的高效叶片设计、集中式通流设计及可最大限度回收热量的排汽涡壳设计可明显提高缸效率，降低热耗。
汽轮机留有停机后强迫冷却系统的接口。位于高中压导汽管的疏水管道上的接头可永久使用，高中压缸上的现场平衡孔可临时使用。
汽轮机的外形图见图 1，纵剖面图见图 2。
图 1 汽轮机外形图 图 2
汽轮机纵剖面图
227 2
三菱公司超超临界汽轮机业绩
三菱公司生产的超超临界汽轮机处于世界领先水平，到目前为止三菱公司已经制造投运了超超临界汽轮机 7 台，最长的机组已运行 11 年。
表 1
超超临界业绩表 机组名称 功率 MW 压力 Mpa 转速 rpm 温度℃ 投运年 型号 末叶英寸 碧南#3 700 24.2 3600 538/593 1993 TC4F 40 七宏大田#1 500 24.2 3600 566/593 1995 TC4F 31 松浦#2 1000 24.2 3600/1800 593/593 1997 CC4F 46 三隅#1 1000W 24.6 3600/1800 600/600 1998 CC4F 46 橘湾#2 1050 25.0 3600/1800 600/610 2000 CC4F 46 广野#5 600 24.6 3000 600/600 2004 TC2F 48 舞鹤#1 900 24.6 3600/1800 595/595 2004 CC4F 46 三菱公司制造的 TC2F 超超临界 600MW 机组（50Hz）已经在广野电厂投运，运行效果良好。国内方面，目前我公司已有四台机组在制，将于 06 年、07 年间续出产。
3 3
汽轮机主要结构 3.1 叶片
汽轮机通流包括 1 个反向布置的带有部分进汽的冲动式调整级，10 级反向布置的反动式高压压力级，7 级正向布置的反动式中压压力级，2×5 双分流的低压压力级。
冲动式调整级在宽敞的负荷变化范围内有较高的运行效率，机组有较好的负荷适应性。调整级动叶接受三支为一组的三胞胎叶片，强度好，在高温、高压下运行牢靠。中间级接受高效率的全三维设计的反动式叶片，通过把握设计参数（反动度，流量和流淌角度）来使损失最小化。反动式叶片通道，蒸汽流淌速度相对较慢，摩擦损失较低，具有较好的空气动力效率。见图 3、图 4。
反动式机组构造简洁，接受轮鼓式转子和径向密封。由于接受径向密封，轴向间隙大，故允许转子和汽缸之间有较大的胀差，保证机组启动机敏。
低压末几级的疏水，接受了特殊的疏水收集器结构。在隔板外环的疏水收集器设计中充分考虑到水滴的轨迹，达到最好的疏水效果。末级隔板接受了疏水槽结构。见图 5。
图 3
全三维设计静、动叶片
228 低压末叶片为 48 英寸，为减小末级叶片水蚀，末级动叶的进汽边嵌入司太立合金；保证静叶和动叶之间合适的间隔，以使水滴形成较好的水雾；此外从湿汽区抽出蒸汽排到给水加热器，适当设计给水加热器的抽汽口，以使抽取的蒸汽水分最大。在末级动叶的顶部导流板上设置疏水槽。
全部的叶片都认真设计，具有足够的振动强度裕度。特殊是长叶片，设计时考虑自振频率、工作转速、1-6 节径数无三重点共振。在开发这些叶片时，相同的叶片和叶轮均进行了全比例的转动频率试验，并且确认叶片组运行时无三重点共振。末级叶片接受耐腐蚀和侵蚀合金制造，严格把握质量保证较好的振动阻尼特性。
3.2
转子
高中压转子接受具有高蠕变断裂强度的实心合金钢锻件加工而成。在高压端连接一个独立的短轴，装有推力盘、主油泵叶轮和超速跳闸装置。
低压转子同样接受高抗拉强度的实心合金钢锻件加工而成，具有很好的延展性。
转子直径和轴承跨距合理选择，使转子的临界转速远离工作转速。转子表面的几何结构进行具体的设计，使转子的瞬时热应力和弯曲应力的应力集中最小。
高中压转子中压进汽区由来自调整级后的节流蒸汽进行冷却，冷却蒸汽掩盖在转子的表面，高温再热蒸汽不会接触转子。见图 6。
高中压转子和低压转子之间通过整体的联轴器法兰刚性连接。转子通过前轴承箱中的推力轴承定位。
3.3 汽缸
图 4 全三维设计叶片流场示意图
图 5 低压疏水结构
图 6
冷却蒸汽示意图
229 合理的汽缸的结构类型和支撑方式，保证在热态膨胀自如，且热变形对称，从而使扭曲变形降到最小。最优的排汽涡壳设计，压力损失最小。
高中压外缸是由合金钢铸件制成，在水平中分面分为两半形成上，下半。
内缸同样是合金钢铸件，在水平中分面分为两半形成上，下半。内缸支撑在外缸水平中分面上，通过定位销在顶部和底部导向，以保持中心线的精确
位置，并在同时允许零件依据温度变化自由膨胀和收缩。
平衡环支撑在内缸水平中分面上，通过定位销在顶部和底部导向，以保持中心线的精确
位置。与内缸支撑在外缸中的方式相同，中压隔板套以相同的方式支撑在外缸中。
低压缸是由与外缸下半一体的并向外伸出的撑脚支托。撑脚坐在台板上，台板浇注在基础中，低压缸的位置靠键来定位。两端有两个预埋在基础里的轴向定位键位于轴向中心线上，牢牢地固定住汽缸的横向位置，但允许做轴向自由膨胀。两侧两个预埋在基础里的横向键分别置于横向中心线上，牢牢地固定住汽缸的轴向位置，但允许横向自由膨胀。因此两横向定位键中心线与两轴向定位键中心线交点为低压缸独立确定死点，低压缸可以以死点为中心在基础台板上自由膨胀。
高中压外缸是由四只“猫爪”支托的，这四只“猫爪”与下半汽缸一起整体铸出，位于下半水平法兰的上部，因而使支承面与水平中分面齐平。在电端“猫爪”搭在位于轴承箱两侧的键上，并可以在其上自由滑动。轴承箱是落地的。在调端“猫爪”以同样方式搭在前轴承箱下半两侧的支承键上，并可以同样方式自由滑动。在前后端，高中压外缸与相邻轴承箱之间都用“H”型定中心梁连接，它们与汽缸及相邻轴承箱间由螺栓及定位销固定。这些定中心梁保证了汽缸相对于轴承箱正确的垂直向与横向位置。前轴承箱与台板之间轴向键（位于轴向中心线上），可在其台板上沿轴向自由滑动，但是它的横向移动却受到轴向键的限制，轴承侧面的压板限制了轴承座产生任何倾斜或抬高的倾向，这些压板与轴承座凸肩间留有适当的间隙，允许轴向滑动，每个“猫爪”与轴承座之间都用双头螺栓连接，以防止汽缸与轴承座之间产生脱空。螺母与“猫爪”之间留有适当的间隙，当温度变化时，汽缸“猫爪”能自由胀缩。
中轴承箱同样接受预埋在基础中轴向键与横向键形成确定死点。中轴承箱可以以死点为中心在基础台板上自由膨胀。高中压缸、前轴承箱通过定中心梁推动从中轴承箱死点向调端膨胀。
后轴承箱同样接受预埋在基础中轴向键与横向键形成确定死点。后轴承箱可以以死点为中心在基础台板上自由膨胀。
汽轮机的每个轴承箱均直接安装在基础上，因此转子系统直接由基础支撑，增加了转子系统的稳定性。
低压缸上下半是装焊结构的，在水平中分面分开。低压缸接受双层缸结构，由内缸和外缸组成。内缸支撑在基础上，可保证运行时的高度牢靠性。安装在汽轮机排汽缸上半部的大气释放膜可疼惜低压缸。
3.4
轴承
汽轮机每根转子均有两个径向轴承支撑，整个轴系有一个推力轴承。它们均是强迫润滑型的。
230 高中压转子的径向轴承，接受无扭转 4 瓦可倾瓦支撑轴承，增加抵制由于调整级负荷变化引起的蒸汽力的力气，提高轴系稳定性。见图 7。
低压缸接受 2 瓦可倾瓦轴承，具有良好的对中性能。见图 8。
推力轴承是自位式京士伯里型轴承。利用平衡桥的摇摆运动，使全部巴氏合金表面载荷中心处在相同的平面内，使每一个瓦块受力均匀。见图 9。
通过高中压转子上的推力盘，把转子推力传到瓦块上。机组的高中压缸反向流淌、低压缸双分流结构，故蒸汽产生的推力在每个缸上保持平衡，因此阀门的开度对推力轴承载荷影响很小。
通过调整轴承键与壳体之间的调整垫片可保证轴承的位置。轴承与轴承箱下半之间装有制动销，防止轴承相对轴承箱转动。润滑油的强制供应通过轴承箱、键、轴承壳体中的通道保证。全部的轴承均带有检测金属温度的热电偶。汽轮机装有防止轴电压事故的接地装置。
图 7
高中压四瓦块可倾瓦轴承 图 8
低压两瓦块可倾瓦轴承
231
3.5 大气阀
安装在汽轮机排汽缸上半部的大气释放膜，疼惜低压缸。
大气释放膜为一个圆形薄隔板，每个隔板带有一个薄膜，通过钢网型支撑安装在低压汽缸上。此薄膜紧固在隔板压力轮盘和隔板持环之间。假如排汽压力超过设定值，迫使隔板压力轮盘向外移动，导致持环内边和隔板压力轮盘边缘之间的释放膜折断，卸载汽轮机排汽压力。
3.6 阀门
3.6.1 主汽阀 汽轮机有两个相同的主汽阀，由液压执行机构驱动，可以在启动时把握转速，并可以通过把握快速关闭阀门。上述操作可以通过把握室完成。
主汽阀为油动机把握水平放置的“柱塞”型阀门，主汽阀与阀体构成整体的阀门结构。主汽阀内包括内外两个单座不平衡阀门。预启阀位于主阀内并可远程驱动，参与把握全周进汽的启动、同步转速和带初始负荷。每个主汽阀包括启动时可拆卸的临时滤网和永久性滤网。
机组在运行时可进行阀门活动试验。见图 10。
3.6.2 调整阀 调整阀蒸汽室与主汽阀蒸汽室接受整体的合金钢锻件制成。蒸汽通过主汽阀经由蒸汽室进入液压执行机构独立把握的柱塞型调整阀。位于机组两侧的两个蒸汽室结构相同，每个的蒸汽室包括一个主汽阀及两个调整阀，机组共四个调整阀，把握高压缸的蒸汽流量。蒸汽室锚固在基础上，这样允许蒸汽室承受较高的用户管道力和力矩。
阀杆密封包括一个嵌在阀体上的紧密装配的衬套，利用阀盖在适当位置紧固并具有适合的出口连接。高压漏汽连接到较低压力区， 低压漏汽连接到汽封冷却器。见图 11。
图 9
京士伯里式推力轴承
232
3.6.3 再热主汽阀 在再热器和中压调整阀之间的每根再热蒸汽进汽管路上装有一个再热主汽阀。其目的是在超速跳闸机械装置动作时，中压调整阀未动作的状况下，供应一个防止汽轮机超速的额外平安装置。机组共有两个再热主汽阀，布置在机组两侧。
每个阀体一端接受固定支撑，另一端接受挠性支撑。两端均用螺栓固定，并固定在基础的底板上。此支撑方式允许阀门的轴向膨胀。
阀门通过螺母连接在阀碟摇臂上，摇臂通过键固定在主轴上。主轴通过连杆与活塞杆相连。连杆可以转动，油动机活塞向上运动阀打开直至全开位置，活塞向下运动阀门关闭。由压缩弹簧产生的正向关闭力作用在活塞上，通过活塞始终保持关闭力作用在阀门上。
在阀碟两侧装有旁通装置，使阀碟两侧蒸汽压力平均分布，以降低打开阀碟的力。
供应再热主汽阀油控跳闸阀，卸载在再热主汽阀关闭时作用于阀杆端部的不平衡蒸汽压力。
再热主汽阀包括阀门本体和执行机构。执行机构与液压把握油系统连接，在超速跳闸阀和事故跳闸阀门关闭时，再...
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