东方超超临界给水泵汽轮机(介绍)

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1000MW机组给水泵汽轮机介绍

1． 前言

给水泵是电站锅炉给水系统的主要部件之一，它把除氧器水箱中的凝结水加压后通过各级加热器再进入锅炉，其出口的给水压力应为锅炉出口压力加上锅炉、管道和各高压加热器的阻力。由于管道及各高压加热器的阻力随流量而变，故给水泵的出口压力和流量应随机组负荷而变化。随着机组逐步向高参数、大容量发展，给水泵的功耗也相应增加。给水泵在电站辅机设备中占有重要地位，其安全可靠的运行，直接影响着整个电站设备的安全可靠运行。因此，用户对小汽轮机的可靠性要求很高。另外，对大型机组给水系统采用汽动泵，不仅可以降低电厂用电率，而且可以提高整个电站系统的经济性。

在20世纪80年代东方汽轮机有限责任公司从西屋公司引进了给水泵汽轮机的设计和制造技术，该机组具有八十年代中期世界水平，用它们来驱动30万/60万机组的给水泵，不仅具有良好的经济性，而且具有很高的安全可靠性。之后，东方汽轮机有限责任公司又相继与日立公司合作，共同开发了用于亚临界、超临界600MW等级的驱动锅炉给水泵汽轮机。东方在引进与合作的过程中学习借鉴世界各大汽轮机制造公司的先进技术的同时，还开发了与30万等级机组配套的2×50%的给水泵小汽轮机D3.6A机型。目前东方已拥有满足不同要求的从300MW至1000MW等级的驱动锅炉给水泵汽轮机系列。

以下就我公司最近开发设计并即将投运的1000MW等级汽轮机主机配套的锅炉给水泵汽轮机的特点作一简要介绍。

2． 设计参数的确定

为满足主机变负荷运行时给水流量、压力和锅炉匹配的要求，给水泵必须变负荷运行。而给水泵变负荷运行是改变给水泵汽轮机的运行转速，使给水流量满足主机不同负荷下的流量要求。因此，小机的出力和转速运行范围必须满足给水泵的要求。

超超临界1000MW给水泵汽轮机是我公司为超超临界1000MW汽轮机配套而新开发的一种新型给水泵汽轮机，该机既能适应我公司1000MW汽轮机中压排汽1.05Mpa（THA）的进汽要求，也能适应上汽、哈汽1000MW汽轮机中压排汽0.83Mpa（THA）的要求

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该给水泵汽轮机在额定工况下提供1000MW等级汽轮机给水循环的50%负荷，最大工况下可提供大机给水循环的60%负荷。工作汽源的主蒸汽来自大机四段抽汽，备用汽源来自大机再热冷段抽汽或辅助蒸汽。

该给水泵汽轮机主要性能参数见表1。

表1：东方1000MW等级的锅炉给水泵汽轮机主要参数

3． 轴系及通流叶片设计

3.1 轴系计算

该给水泵汽轮机工作转速在汽轮机转子一阶临界转速和二阶临界转速之间，为了让东方新一代的给水泵汽轮机有更广范的适应能力，该汽轮机设计工作转速定为2800~6000 r/min。为了达到这一转速要求，同时又要尽可能减小转子跨距、保证转子的轴向推力在可以接受的范围以内，对汽轮机转子进行了多方案对比计算，最后找出比较满意的最终方案。在轴系设计中采用东方成熟的计算方法分别对轴系进行了临界转速计算、稳定性计算、不平衡响应计算，以及轴承特性计算等。计算结果表明，该给水泵汽轮机的临界转速、稳定性计算、不平衡响应以及轴承数衰减率等都达到设计规范的要求。

3.2 通流叶片设计

给水泵汽轮机要适应泵工况频繁变化的特点，其通流叶片设计是此类机组开

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发设计的重点及难点，主要是因为随着大机负荷的变化，导致给水泵的出力及转速在较宽的范围内变化，因此给水泵汽轮机应有以下特点：

（1） 一般给水泵转速变化范围宽；

（2） 进汽参数及流量变化大，导致通流叶片的速比变化大；

（3） 通流叶片的冲角变化大，要求动静叶片的攻角适应性要好；

（4） 动叶片强度设计难度大，要求按不调频叶片准则设计动叶片，一般要

求在额定工作转速附近应尽可能要调开叶片的共振频率，以达到减小

叶片动应力的目的。

东方开发了更可靠的、满足上述通流叶片特点的末级动叶片。1000MW等级机组给水泵汽轮机通流部分共采用6级，其最高设计工作转速为6000rpm，在0~6000rpm范围内，叶片动、静强度均满足设计规范。在4500rpm~6000rpm范围内各叶片级的速比较合理，排气角均在75°~100°之间，说明各叶片级的冲角在±20°以内，且叶型有良好的攻角适应性。末级叶片排汽面积达1.7m2，具有优良的排气特性。

通过改变调节级的配汽，保证2~5级通流不变得情况下，可在8~11ata进汽参数条件下，满足给水泵的出力要求。

4． 总体结构设计

该机继承了东方以往给水泵汽轮机优点，还采用了目前先进的通流设计技术和新的结构设计技术。

机组总体方案设计为：①汽轮机采用单缸、单轴、冲动式、纯凝汽、高排冷端蒸汽外切换型式；②可采用小底盘或大底盘快装方式，两台给水泵汽轮机布置在主机运行平台上，油箱放在零米或运行平台上；③排汽方式可采用向下或向上排汽，经排汽管进入主机凝汽器；④通流级数为6级，分为1级调节级和5级压力级；⑤与给水泵的连接方式为鼓形齿挠性联轴器，它不但可以传递扭矩，还可以补偿汽机转子与给水泵转子高低差、并吸收两者的热膨胀；⑥整个汽缸分为前、后两部分，汽缸前部采用铸造结构，使机组结构更加紧凑，汽缸后部采用钢板焊接结构；⑦调节阀、主汽阀布置在汽缸前部，调节阀油动机安装在汽缸前部；⑧采用喷嘴配汽方式，汽缸前部分5个腔室，形成5个独立的喷嘴室；⑨低压汽源和高压备用汽源之间采用外切换的方式；⑩机组设一个绝对死点和一个相对死点。汽轮机静子相对于基础的静止点（绝对死点）位于排汽中心偏机尾197mm

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处；汽轮机转子相对于静子的静止点（相对死点）位于前轴承箱内在转子推力盘的工作面处；⑾本机组的汽封系统采用自密封系统。

该汽轮机在通流设计上进一步优化，动叶片第2级到第6级采用自带冠叶片，第2级到第5级动叶顶部围带全部带有子午倾角，整个通流流道非常光顺。机组功率较大（详细参数见表1），需要较大的通流能力，因此，机组通流采用较高的根径，较短的叶片高度，以增大通流面积。另外，该机级数较少，每一级的焓降较大，因此，该机动叶片采用高负载叶型，静叶采用大型汽轮机经常采用的后加载层流叶型，这种后加载层流叶型进一步降低叶型损失，提高机组内效率。其次，该机通流设计时，充分考虑动静叶型的搭配，进一步减小级内损失。再次，该机后两级静叶片采用弯扭叶片，降低端部二次流损失，也可以提高级效率。采用这些先进的通流设计技术后，该机在额定工况下内效率达到83.1%。

该机组设计运行转速为2800~6000 r/min，动叶必须满足这么大的转速变动范围，但动叶片的任何振型（AO、Bo、A1）的自振频率不管怎么调整均无法避开Kn型低频激振力或Zpn型喷嘴激振力的频率，动叶片不可避免地要工作在共振状态下，因此，动叶片设计成能在各种共振状态下均能安全运行的不调频叶片。

总体结构见图一

图一 汽轮机纵剖面图（部分）

5． 本体结构

4.1 转子结构

由汽轮机转子、给水泵轴及用以连接汽轮机转子和给水泵轴的挠性联轴器组成了该汽轮-给水泵组的轴系。

汽轮机转子采用整锻转子，材料采用高纯度型Cr-Ni-Mo-V合金钢；转子两端分别支在φ150mm和φ180mm的可倾瓦自位轴承上，轴承跨距为2310mm。该转子包括调节级在内共6级叶轮，。在第1~6级叶轮盘上设有5个φ30的平衡孔，均布在直径为550mm的节圆上，以减小叶轮两侧压差引起的转子轴向推力。叶轮

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间的隔板汽封和轴封均采用迷宫型汽封。在转子第1、4、6级叶轮凸缘上设有平衡螺塞孔或平衡槽，供现场不开缸动平衡用。

除调节级动叶片为直叶片外，其余动叶片全部为扭叶片。调节级动叶片材料为优质的Cr-Ni-Mo-W-V钢。为防止水蚀，工作在湿蒸汽区的末级及次末级动叶片顶部进汽侧均采取等离子淬火防水蚀措施，以提高叶片的抗水蚀强度。末级叶片材料采用高强度的Cr-Ni-Mo-V-N。

联轴器采用鼓形齿式联轴器以补偿因温度变化而引起轴承标高的变化值，避免汽轮机转子与给水泵轴对接处及轴颈产生额外的挠曲变形而引起交变应力和振动，保证轴系工作的稳定性和可靠性。

4.2 本体结构

该汽轮机是一种真正的快装机组，其快装结构是在底盘上实现的。底盘为工字钢框架结构，后部中空，接纳后汽缸排汽口。前轴承箱底部和后汽缸下半左右两侧排汽中心处各设有一撑脚，小汽机靠该撑脚座落在底盘上。前轴承箱、后汽缸下半撑脚均采用挠性板结构，以吸收机组的轴向和横向热膨胀。在后汽缸尾部与基架间有一纵向键，以保证静子横向膨胀时的中心位置不变。

喷嘴采用喷嘴组结构，喷嘴分为五组，三组安装在汽缸上半的喷嘴室上，其余两组安装在汽缸下半的喷嘴室上。喷嘴导叶片采用直叶栅。

汽缸分为前、后两部分，前后接配采用垂直法兰、螺栓连接。前汽缸采用铸件结构，后汽缸采用焊接结构。前汽缸上半前部浇铸有蒸汽室，该蒸汽室分为5个独立的流道，分别构成5个喷嘴组的独立腔室。前汽缸材料采用ZG230-450。后汽缸上半装有一个大气阀，以使汽缸不致因压力过高而损坏，下半排汽口为焊接结构。后汽缸材料采用Q235-B 。

本机进汽由一个主汽阀和五个调节阀控制。

主汽阀为角阀，弹性支撑在底盘上，主汽阀出口直接与调节阀进汽室相连。阀门开启和关闭由主汽阀油动机控制。主汽阀阀壳材料采用ZG230-450。进汽室座落在前汽缸上半与蒸汽室相连。调节阀采用提板式结构，并带有预启阀。5只调门由一个低压调节阀油动机通过一杠杆机构来控制阀门的开、关及开度，调节阀油动机安装在进汽室机头侧的支架上。

在运的采用低转速盘车装置的汽轮机-给水泵组，经常因为汽动给水泵轴的卡塞而无法正常工作。经过调查了解到防止泵轴卡塞的措施主要有两方面，一是

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在保证给水品质符合要求的同时还需水流有一定的冲刷能力，以防止水中的微粒停留在级间间隙中。二是使泵中的水流搅动，避免泵壳上下因温差而变形。要达到这两方面的要求，就必须使汽动给水泵组的盘车装置具有较高的盘车转速和动态投入的能力。基于上述原由，本次设计采用了带有自动同步离合器结构的盘车装置。盘车采用自啮合自脱开传动装置，轴向啮合脱开，盘车装置通过垂直法兰安装在前轴承箱机头侧。盘车转速为120r/min。

盘车装置由盘车电动机、单级蜗轮蜗杆减速器和自动同步离合器三大部分组成，其中盘车装置的自动投入和甩开是靠自动同步离合器来完成的。盘车电机的驱动力是通过蜗轮蜗杆减速器及内、外花键齿传递到汽轮机转子上并带动转子旋转的。

图二 盘车自动离合器示意图

4.2 滑销系统

汽轮机在启动、停机和运行时，由于温度的变化，会产生热膨胀。滑销系统的作用就是为了使机组的动、静部分能够按照预定的方向膨胀，保证机组安全运行。滑销系统图见图三。

本机组的基架固定在基础上，而小汽机靠后汽缸处左右两撑脚，坐落在焊接基架上的两个挠性支架上，汽缸两撑脚上排汽中心线附近各有一定位销，用以固定汽缸与基架的相对位置，并以此作为机组的绝对死点。高压汽缸通过螺栓与后汽缸和前轴承箱相连，在前轴承箱下部设有挠性支撑板来支撑机组前部。汽缸的纵向和横向热膨胀由此三个挠性支撑吸收。

在后汽缸末端对称于汽轮机中心线上，汽缸与基架之间设有一垂直定位键，用于保证机组膨胀时的中心位置不变。前箱内装有推力轴承，汽轮机转子相对于静子的固定点（相对死点）在转子推力盘的工作面处。

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图三 滑销系统图

挠性支撑结构是轴承箱或汽缸通过一弹性板支撑在一固定的物体上，轴承箱随汽缸一起向前膨胀或汽缸向两侧横向膨胀时，弹性板产生变形，吸收轴向或横向的位移值，由于弹性板只能在规定的方向产生变形，而另一方向宽度较大，因此机组在前后伸缩及后汽缸在横向伸缩时其中心也就自然不变。并且，机组前后均采用弹性板支撑结构，能够使机组中心在运行时和安装状态保持基本不变。减少了机加工及钳工修刮滑动面的工作量；电厂运行维护更加方便；彻底消除了滑动面卡涩、推拉装置工作不正常对机组运行稳定性的影响；方便了运输过程中的维护保养及电厂安装。

6． 辅助系统概述

6.1 油系统概述

汽轮机润滑油系统采用电动主油泵-调压阀供油方式。主油泵由电机直接驱动，其出口润滑油经减压阀减压后向汽轮机各轴承及给水泵轴承提供润滑油，并带走轴承运行产生的热量。系统工质为ISO-VG32汽轮机油。本系统主要由电动主油泵、直流事故油泵、集装油箱、溢油阀、冷油器、切换阀、排烟装置、低润滑油压遮断器、单、双舌止逆阀、可调式止逆阀、套装油管路、油位指示器、滤网、双联滤油器、监视仪表等设备构成。

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由于汽机和给水泵容量变大，供油系统容量相应提高，主油泵和事故油泵容量变大，按循环倍率，油箱容积增大。为增加系统可靠性，将在油箱净、污油区侧分别设置油位指示器，为清洗回油滤网提供准确数据。本系统油压由安装于主油泵和事故油泵出口的可调式止逆阀进行调整，启动和正常运行油温分别由电加热器和冷油器控制。该系统设置两台全容量的冷油器，一台运行一台备用，两冷油器的切换通过安装在进油管道上的切换阀来实现。

6.2 汽水系统概述

汽轮机汽水系统主要作用是在机组启动、停机、低负荷运行时，或在异常情况下，排除汽轮机本体及其管道内的凝结水，从而防止汽轮机积水引起的汽轮机转子弯曲，内部零件受到损坏等严重事故。在汽轮机启动、运行、停机各种工况下，为端部轴封密封提供合适的汽源；引导并回收汽轮机轴端汽封的汽－汽混合物，以防止蒸汽泄漏进入厂房；或空气漏入低压端，影响汽轮机真空。

疏水部分由疏水阀、节流组件、截止阀、管道等组成。在主汽阀阀座前疏水管设置疏水阀，其余采用节流组件。在汽封供汽管路上的疏水管设置截止阀，以防止小机停运时影响主机真空，截止阀在平时应处于全开状态。调节阀及汽缸疏水等排到小机排汽管。主汽阀阀座前疏水到大机疏水系统，应注意接入压力相当的疏水集管，避免引起疏水阻塞和倒流。

汽封部分由蒸汽滤网、电动截止阀等组成。汽源采用大机的汽封母管供汽，接入位置初定于大机低压轴封供汽喷水减温站后。轴端汽封的汽－汽混合物通过大机轴封抽汽母管进入轴封加热器，并由其维持微负压。

7． 结论

通过以上对该机型设计参数的确定、总体结构设计、本体主要结构形式及汽轮机辅助系统的叙述，我们可以看到该冲动式、新蒸汽外切换、冷凝式的给水泵汽轮机，在总体设计方面综合应用了我厂和日立公司成熟的优化技术。该机型具有功率大、转速运行范围宽、效率高、经济性好、运行安全、可靠性高、适应主机负荷变化的能力和与汽动给水泵匹配性强等特点，而且结构紧凑、运行操作灵活简单、电厂安装维护方便。

成熟地应用不调频动叶片设计技术，保证了机组的安全可靠性。采用外切换，取消了高压主汽调节阀及喷嘴，使本体结构和操作系统得到简化。降低了材料成本和制造成本。

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本机组滑销系统采用了弹性板支撑技术，提高了机组的可靠性，降低生产成本。因此研究弹性板支撑技术对今后在机组上的应用具有特别重要的意义。

附表（业绩）：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vqw1.html