1、当代 100MW 汽轮机先进技术对老式机组通流部分进行改造【摘要】 针对 100MW 汽轮机老式机组性能落后、效率偏低的现状，提出采用先进技术对其通流部分进行改造。机组改造后，安全性能和热效率明显提高，延长了机组寿命，取得了良好的经济效益和社会效益。【关键词】 汽轮机；通流部分；技术改造目前，汽轮机设计已经进入了全三维设计时代，新设计机组的经济性、安全性和负荷适应性不断提高。与之相比，老式机组性能则较差。如果长期继续使用这些性能落后的机组将造成很大的能源浪费。进入 20 世纪90 年代，国内电厂开始对老式机组进行改造。因为相对于重新设计机组而言，采用当代汽轮机先进技术改造现有老式机组是一条投资
2、少、见效快的途径。1 100MW 汽轮机现状佳木斯发电厂 11 号、12 号机组的 100MW 汽轮机为 20 世纪 60 年代设计产品，主设备严重老化，根据电厂运行及反馈情况，存在如下问题：a.机组设计热耗为 9252.8kJ/(kW.h)，而实际运行却达不到此值。热耗较新型机组高，经济性差。高、低压缸效率分别为 85%和 80%，效率比新型机组低。b.机组为纯冷凝机组，不能热电联供。c.机组使用双列调节级，焓降大，叶片展选弦比小，二次流损失大，调节级效率低。d.叶片型线是 4050 年代苏联老型线，气动性能差，叶型损失大，效率低。e.原设计叶片采用铆接围带，铆钉头外露，围带上只装两道汽封齿
3、，且高压各级压力大，漏汽量大。f.高、低压缸前后汽封、隔板汽封都是老式汽封，结构不合理，齿数少，漏汽量大；轴向间隙小，启停不便，易造成磨擦损坏。g.动叶根部采用轴向汽封，机组运行胀差大时，漏汽量大。h.高压缸后部及低压缸内外流道都是阶梯状，导叶顶部扩张角过大，通流不光滑，蒸汽在通道中突然扩张而产生脱流，使流动损失增大。阶梯型结构也增加了冲击损失。i.低压缸动叶拉筋比较多，低压第三级 313mm 长叶片有两道拉筋；低压第四级长 432mm 叶片有一道拉筋，末级长 665mm 叶片也有一道拉筋。在汽流通道中，由于拉筋的存在，汽流发生绕流、脱流扩压和局部加速流加，增加了流动损失。另外，低压后三级动叶
4、片顶部没有围带，顶部损失和漏汽量大。j.动静叶轴向间隙过小，不利于机组快速启停和适应调峰时负荷的变化。2 100MW 汽轮机的通流部分改造针对以上情况，采用大量的先进技术对 100MW 汽轮机通流部分进行改造，这些技术都是在其他机组上成功地运用过并取得良好效果的。2.1 调节级喷嘴采用子午面收缩叶栅调节级子午面收缩叶栅如图 1 所示。实验结果表明，合适的收缩比和适当的子午面型线，可以将叶栅损失降低 26%。采用子午面收缩叶栅后，调节级效率提高 1.1%。为确保喷嘴叶栅加工精度，喷嘴环采用焊接结构。2.2 压力级采用高效后加载“鱼头”叶型新设计的高压缸压力级均采用后加载的“鱼头”静叶栅(见图 2
5、)。与传统的透平叶栅速度分配规律相比，后加载静叶栅的最大气动力负荷位置明显移往下游方向(见图 3)，试验证明这种叶栅的突出优点是：由于叶栅通道前后压力面与吸力面的压差较小，削弱通道的二次流强度，使叶栅损失大大降低。后加载静叶栅不仅效率高，而且叶型刚度大，其攻角适应范围广(见图 4)，这对提高机组的变工况性能非常有利。2.3 动叶片采用红旗叶型在改造机组设计中，高压缸各级直叶片采用公认高效的红旗叶型，其余采用变截面叶片。该组变截面叶片的型线是经过大量的气动性能实验研究后得到的，其气动性能是良好的。2.4 弯扭静叶栅高压缸静叶全部采用弯扭造型设计，经理论分析和环型叶栅吹风试验证明，采用后加载叶型的
6、静叶栅，其总损失系数比原设计下降 25%以上。弯扭静叶片采用精密铸造工艺，叶身与两端围带铸为一体，以加强隔板的刚性。2.5 采用自带围带动叶片采用自带围带动叶片有以下好处：a.围带内侧可制成斜面，使子午面流道光滑，减少流动损失。b.围带外侧可制成平面或城墙状，可增加汽封齿，减少漏汽损失。新设计机组的围带汽封由 2 道增加到 3 道或 4 道。c.动叶取消拉筋，可减少流动损失。d.动叶顶部形成整圈联接，便于调频和减少动叶应力，使运行更加安全可靠。2.6 子午面流道光滑国内外机组的运行经验表明，子午面型线对通流效率会产生很大影响。调整通流尺寸，采用光滑的子午面通道，可使汽缸效率提高 2.5%，同时
7、动叶平均直径适当提高，使各级 U/Co 趋合理。2.7 增大动静轴向间隙重新调整轴向间隙后，动叶与隔板轴向间隙放大到 4mm，使机组的快速启停与调峰性能得到保证。2.8 采用径向汽封更换转子，采用径向汽封，能很好地解决漏汽量大及动静碰磨等问题，并且对机组调峰时快速启停非常有利。2.9 性能优良的末级叶片末级 668mm 长叶片是新一代产品，叶片的强度、振动特性好，气动效率高。叶片改造方案为：静叶出气角沿叶高反扭 4，下部相对径向弯曲，上部为径向，中部略有弯曲。动叶片出气角沿叶高反扭 7，准确地计算出连接件的效应后，使叶片出气角与计算结果相一致。复合弯扭长叶片级的优越性还在于可以提高根部反动度，
8、从而更加有效地提高级效率。根据全三维分析和多种弯曲静叶栅的吹风试验结果，采用这一匹配将使末级效率提高 1.8%，改进后的末级效率比原末级效率提高 5.16%，如表 1 所示。表 1 末级叶片效率增益表改造前结构 改造后结构 末级效率提高（%） 等到流型 可控涡+弯曲静叶流型 1.84 静叶亚音速叶型 静叶跨音速叶型 0.60 动叶老叶型 动叶新型跨音速叶型 1.72 功角大 攻角小 0.40 拱型围带漏汽 自带围带封汽，紊流损失小 0.60 总计 5.16 3 机组改造后安全性校核及负荷适应性分析对各级动静部分的强度进行详细的校核计算，结果表明，机组改造后的高低压缸强度安全可靠，能够保证机组长
9、期安全运行。a.“鱼头”叶型对进汽攻角的敏感性差，汽流进汽角范围广，在很大负荷范围内叶型损失不增加，流动稳定，不脱流，不增加激波强度，有利于机组安全运行。b.动、静叶片轴向间隙的增加，使机组的快速启停与调峰得到了保证。c.668mm 新叶片采用可控涡设计，在顶部反动度不超过 70%的情况下，可将根部反动度提高到 20%以上，不仅大大减小了端部损失，而且在变负荷运行时根部不出现负反动度、大的涡流和超高的激波强度，大大提高了机组对负荷的适应能力。4 结束语采用当代汽轮机先进技术对老式机组通流部分进行改造，可大幅度增容降耗，延长机组寿命。对热电联供的电厂，结合通流改造，将机组改造成抽气式机组，可做到少投入，增容降耗，实现热电联供，延长机组寿命，提高机组运行可靠性和负荷适应性。
