1、 139.000SM 共 28 页 第 1 页1. 主要技术规范型 式：超高压、中间再热、双缸、双排汽、凝汽式型 号: N150-13.24/535/535额定功率： 150 MW 额定转速： 3000 r/min级 数： 30转 向： 从机头向发电机方向看顺时针额定进汽量: 434.64 t/h最大进汽量：480 t/h最大功率 ：163.2 MW新汽压力： 13.24 MPa 新汽温度： 535 再热蒸汽量：369.21 t/h再热蒸汽压力：2.241 MPa再热蒸汽温度： 535 排汽压力：5.9 kPa额定给水温度：241.6 冷却水温度： 20/33 加热器数 ：2GJ+1CY+4D
2、J 级 数: 1C+8P+9P+2*6P （=30 级）汽 耗: 2.898 kg/kW.h 热 耗: 8158.4 kJ/kW.h139.000SM 共 28 页 第 2 页2. 概述N150-13.24/535/535型汽轮机汽轮机为超高压、双缸、中间再热、单轴、双分流、凝汽式汽轮机。其特点是采用高压抗燃油数字电调系统，操作简便，运行安全可靠。机组外形尺寸（长 X宽 X高）为 13.7X7.8X5.4m，总重约为 350t。附图 1为汽轮机纵剖面图附图 2为汽轮机俯视图附图 3为汽轮机侧视图主蒸汽从锅炉经 2根主汽管道别到达汽轮机两侧的主汽阀和调节阀，并由 4根主汽管及进汽插管进入设置在高
3、压内缸的喷嘴室。高压缸采用内外双层缸结构。高压部分为反向布置，由 1级单列调节级和 8级压力级组成。其中第 2-7级隔板挂在高压内缸上，第 8、9 级隔板挂在 1号隔板套上。主蒸汽经过布置在高中压缸两侧的 2个主汽阀和 4个调节阀从位于高中压缸中部的上下各 2个进汽口进入喷嘴室调节级，然后再流经高压缸各级。第 7级后部分蒸汽由一段抽汽口抽汽至 2号高加。高压缸排汽从下部排出经再热冷段蒸汽管回到锅炉再热器，其中部分蒸汽由二段抽汽口抽汽至 1号高加。从锅炉再热器出来的再热蒸汽经由再热热段蒸汽管到达汽轮机机头两侧的再热主汽阀与调节阀，然后经中压主汽管进入中压缸。中压部分由 9级压力级组成，第 10-
4、12级隔板挂在 2号隔板套上，第 13-15级隔板挂在 3号隔板套上，第 16-18级隔板挂在 4号隔板套上。中压缸第 12级后部分蒸汽由三段抽汽口抽汽至除氧器，139.000SM 共 28 页 第 3 页第 15级后部分蒸汽由四段抽汽口抽汽至 4号低加。中压缸排汽从上部排出，经两根有柔性补偿能力的联通管流至低压缸，其中部分蒸汽由五段抽汽口抽汽至 3号低加。低压缸采用双分流双层缸结构。低压部分由 2X6=12级压力级组成，蒸汽从低压缸中部分别流向两端排汽口进入下部凝汽器。由于采用双分流对称结构，低压转子几乎不受轴向力。低压部分所有隔板均挂在低压内缸上。在低压第 21/27级和第 23/29级后
5、分别设有完全对称的抽汽口，抽汽至低压加热器，其中六段抽汽口（第21/27级后）抽汽至 2号低加，七段抽汽口（第 23/29级后）抽汽至 1号低加。1 号低加位于凝汽器喉部。高中压转子与低压转子均为无中心孔整锻结构。高中压转子与低压转子采用刚性靠背轮连接，整个汽轮机为三支点支承，前、中、后轴承均为落地支承，有利于各轴承在负荷分配时的稳定性，同时也增加轴承刚度。推力轴承位于中轴承箱内。低压转子与发电机转子采用半挠性联轴器连接。机组在设计时采用了较大的轴向间隙和较小的径向间隙，以满足变工况的适应性及减少漏汽损失，提高机组效率。汽轮机高中压静子部分死点位于中轴承箱下部汽轮机中心线上，高中压外缸与汽轮机
6、前、中轴承箱靠定中心梁结构连接。低压静子部分死点位于低压外缸下部汽轮机与中心线低压进汽中心线的交点上。机组保证热耗及其必要条件、各工况下热平衡图详见汽轮机139.000SM 共 28 页 第 4 页热力特性 。3 全三维技术及动叶片3.1 前言本机组采用了具有当代先进水平的多级汽轮机一维准三维全三维气动热力设计体系，加上 HTC通过近年来对关键加工工艺的改进和引进大型精密加工设备，使制造工艺和产品质量上了一个新台阶，从而保证机组性能达到当代先进水平。3. 2 通流部分全三维气动热力设计概念与方法二十世纪七十年代以来特别是九十年末以来，叶轮机械气动热力学和汽轮机通流部分设计概念与手段迅速发展与更
7、新。目前，以一维准三维全三维气动热力分析计算为核心的汽轮机通流部分设计方法己趋于成熟，以弯扭联合成型全三维叶片为代表的第三代通流设计己进入工业化实用阶段，其效率比第二代汽轮机（可控涡设计）提高约 1.5。目前，世界上几乎所有大型汽轮机制造厂家如三菱、ABB、GE、日立、东芝、西门子、GEC- ALSTHOM等都在积极研制弯扭叶片的新一代汽轮机，有的己有产品投入市场。HTC 是世界上最早研制、应用弯扭叶片的厂家之一,首批弯扭叶片应用于300MW和 600MW机组上。在本机组通流部分设计中，哈汽公司采用多级汽轮机通流部分气动热力准三维全三维气动热力设计体系，使通流部分设计达到当代先进水平。这一先进
8、设计体系主要特征是：139.000SM 共 28 页 第 5 页对每一排静、动叶片不同截面叶型的流动性能进行详细的一维准三维计算分析与设计优化；对每一排静、动叶栅内部的流动进行全三维计算分析与设计优化；对高、中、低压缸多级透平各级静、动叶片排的相互匹配进行准三维与全三维流场计算与设计优化。上述大量的计算分析与设计优化都是首先在现代电子计算机上由先进、可靠的计算机软件来完成，所有的静、动叶片都是采用先进的 CAD软件在电子计算机上进行全三维造型。然后，还对设计方案进行了大量的实验研究，在验证了其性能的先进性之后，再由哈汽公司采用先进的工艺加工制造出来的。实践已证明，一维准三维全三维气动热力设计方
9、法比传统的设计方法更先进、更可靠，也更加快捷，从而保证了本机组通流部分设计的高水平和高质量。3. 3 主要新技术3. 3.1 新一代“后加载”高效静叶型这是二十世纪八十年代后期国外开始研制的新一代高效率透平叶型，见图 1，其突出特点是：叶片表面最大气动负荷在叶栅流道的后部（传统叶片则在前部） ；吸力面、压力面均由高阶连续光滑曲线（不是圆弧）构成；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139.000SM 共 28 页 第 6 页（攻角）大范围变化时仍保持叶栅低损失特性；叶片尾缘小圆半径较小，减少尾缘损失；叶型最大厚度较大增强了叶片刚性。哈汽公司在本机组设计中已成功地应用了“后加载”
10、系列叶型，理论分析和实验验证均表明这一新叶型的效率大大高于老机组中使用的传统叶型。图 2、图 3是新、老叶型及其表面速度分布的比较。特别应指出的是， “后加载”叶型在来流方向由- 300到300 的变化范围内都可保持低损失，而老叶型的这一范围约为200，这就使得新设计的通流部分在负荷(即流量）变化范围很大时仍有较高的效率，这对机组参加调峰运行非常有利。图 1 新（左）老（右）叶型比较图 2 前加载叶型和后加载叶型的马赫数分布图 图 3 后加载叶型与老叶型攻角特性比较139.000SM 共 28 页 第 7 页3. 3.2 弯扭联合全三维成型静叶栅弯扭联合全三维成型静叶栅（俗称马刀型叶栅） ，是
11、第三代汽轮机先进技术的集中体现，世界各国的大量理论与实践都证明采用这一技术可使汽轮机级的效率提高 1.52。哈汽公司通过计算分析与实验研究已开发出不同长度的弯扭叶片列系，这些叶片已在哈汽公司图 4 高、中压通流部分弯扭静叶片 图 5 低压缸末级、次末级弯扭静叶片的 600MW、300MW、200MW 以及 100MW汽轮机通流部分广泛采用。图4是适用于高、中压缸的两端弯曲加扭转的叶片，图 5是适用于低压缸末级的根部弯曲、顶部不弯曲（或少许弯曲） 、变截面扭转叶片，计算和实验证明弯扭叶栅总损失比传统直（扭）叶栅下降 14 甚至更多。3.3.3 高压隔板分流静叶栅高压静叶传统设计为窄叶片加强筋结构
12、（见图 6） ，由于加强筋的型线与叶型不匹配，又缺乏严格的工艺要求，加强筋加工粗糙且139.000SM 共 28 页 第 8 页加强筋与叶型通常不能对齐，造成静叶栅损失大大增加。本机组采用新叶型的分流叶栅（图 6） ，可使叶栅损失大幅度降低机械部上海成套所和电力部西安热工研究院对分流叶栅曾进行过详细的试验研究，并已在一些老机组中推广使用此种叶栅，效果很好。参照这些单位的实验数据和哈汽公司的理论分析结果，高压级采用分流叶栅可使缸效率提高 4以上。图 6 高压原设计加强筋叶栅（左）与新设计分流叶栅（右）3.3.4调节级子午面收缩静叶栅子午面收缩降低静叶栅二次流损失的概念最早提出于二十世纪五、六十年
13、代，前苏联学者 等人进行了大量实验研究，肯定了其效果。二十世纪七十年代以来西方学者又进行了详细的流场性能测试与理论研究，并在汽轮机上应用，一般可使透平级效率提高1.52。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。对于调节级静叶栅，由于其相对叶高很短（一般 Lb0.4） ，二次流损失占叶栅总损失比例很大，因此使用子午面收缩的收益相当可观，这对提高高压缸效率十分重要。哈汽公司在国产三缸三排汽 200MW机现代化改造中高压缸调节139.000SM 共 28 页 第 9 页图 8 动 叶 铆 接 围 带 （ 左 ） 与 自 带 围 带 （ 右 ） 对
14、比 示 意 图级中采用了子午面收缩静叶栅，经计算和实验验证可使调节级效率提高 1.7。在 300MW和 600MW机组也采用了这种设计，在 150MW机组调节级中采用此设计，级效率也可提高1.7。图 7是子午面收缩静叶栅示意图。3.3.5动叶自带围带整圈联接传统动叶片顶部的围带是采用铆接方式，而新设计的动叶顶部围带则与叶片成为一个整体， 通过预扭装配使动叶片形成整圈联接（见图 8） 。这种结构的动叶片振动应力小、不存在铆接造成的应力图 7 调节级子午面收缩静叶栅示意图139.000SM 共 28 页 第 10 页集中，运行十分安全可靠。3.3.6通流子午面光顺如图 8所示，动叶片的自带围带内侧
15、通常按流道形状设计成圆锥面，相应地，动叶片根部及相邻静叶片根部与顶部也设计成圆锥面，于是通流部分子午面十分光顺，而原设计通流子午面都呈现明显的阶梯状。显然，新设计的光顺的子午面有更高的流动效率。3.3.7增加汽封齿数新设计自带围带动叶片的顶部外圆可以布置多个汽封齿（参见图 8） ，从而大大减少了漏汽损失。3.3.8取消拉筋由于自带围带整圈联接动叶片具有优良的抗振动性能，使传统动叶片中用于调频的拉筋一般均可取消，从而消除了拉筋造成的绕流阻力和损失。通常取消一条拉筋可使级效率提高 l。3.3.9合理增加动静部分间隙在本机组设计中，将静、动部分轴向间隙适当调整，以改善机组起停和调峰性能。 。3.4动叶片的结构形式汽轮机的动叶片可以分为工作部分（又称型线部分） 、叶根部分、叶顶部分和连接件部分。3.4.1叶片工作部分本机组叶片工作部分有两种形式：等截面直叶片和变截面扭叶片。
