大型汽轮机末级叶片更换技术
陡河发电总厂 (063028·唐山) 刘希祥
文 摘 通过对陡河发电厂两台日立250M W 汽轮机末级叶片更换的实践,从叶片的检查、拆装、焊接及热处理、转子的静平衡等各个工序环节,文章系统地介绍了大型汽轮机末级叶片更换技术,为同类型机组提供参考。关键词 汽轮机 末级叶片 更换 工艺
Abstract Based o n a real replacem ent o f last stage blades o f a 250M W Hitachi made steam turbine —fro m blade inspectio n ,disassembling ,w elding and heat treat-ment ,to static balancing o f the ro to r ,this paper introduces the last stag e blades r e-placing techno logy for larg e steam turbine.It can be a reference for the unit o f the sam e ty pe.
Keywords steam turbine last stage blades replacement technolog
y
附图 自动校准零点、满值原理框图
4 结语
火检是FSSS 系统的重要组成部分,智
能火检的不稳定因素主要来源于探头,从探头板上光电器件至最后的输出信号各环节都能得到零点及满值校准,甚至要有通讯功能,这就必须要求探头要智能化。目前国内受制造技术的限制,还有一定差距,首先要选用表面封装芯片和元件,否则探头体积会较大。既然探头实现智能化,就可以对探头的输出波形自动选择最合理的算法,甚至实现自动参
数设置,不需人的干预,成为“傻瓜”式探头,
以至作为现场智能仪表有与控制系统相统一的通讯协议,直接与分散系统溶为一体。
21世纪FCS 系统(Field control sy stem)将会成为控制系统的主流,智能探头可为现场总线(Field bus)的应用奠定基础,使火焰检测以崭新的面貌出现。
目前国内由于各种原因在开发和研究智能火检探头的领域里基本上是空白,还需要加大在这方面的科技投入,使我国在火焰检测技术上有所突破。
(收稿日期:1997—09—22)
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汽轮机末级叶片的可靠性对汽轮机的安全运行影响极大。汽轮机最主要的事故为叶片损坏,占汽轮机事故的30%。据统计我国自1973～1982年间,叶片损坏每年在100次以上,而且主要发生在末级叶片上。仅陡河电厂两台日立250M W机组,在投产后17年间的10台次机组大修中,就7台次发现末级叶片司太立合金裂纹,对裂纹进行了补焊,并更换了23片叶片。近年来,由于大容量机组参加电网调峰等不利因素影响,末级叶片发现缺陷不断增加。而且为了缩短工期,许多电厂采用在现场进行末级叶片更换及焊补工作。因此加强对末级叶片的检查,掌握正确的和科学的现场末级叶片更换技术及焊补工艺,对电厂更好的组织检修工作以及保证机组的安全稳定运行起着非常重要作用。
本文根据陡河电厂几次现场末级叶片更换及补焊的实践,系统地总结介绍大型汽轮机末级叶片更换及焊补工艺。
1 叶片裂纹检验及更换叶片的准备工作将低压转子的全部末级叶片进行彻底的清扫直至出现金属光泽后,用着色和磁粉探伤对叶片的工作部位、重点司太立合金板和已磨成缺口或补焊过的部位进行检查。如裂纹在腹侧和背侧几乎相同的位置上均有且已发展至母材,或在单侧有裂纹且贯通科内尔焊接至母材,这样的叶片需要更换。如果外观不能判断是否裂到母材,可进行水冷修磨,边修边检查。如发展到母材就应更换;如修磨到合金板与母材的交界或剩余合金板很薄,应进行封闭焊补;对磨成很小缺口裂纹消失的叶片也可不补焊,只需将缺口打磨光滑即可。
更换叶片工作应在一固定的场所下进行,准备足够的电动、风动砂轮,射钉枪,电子秤,热处理炉等热处理设备,必要的量具、起重设备、喷丸设备、叶片胎具等专用工具,还应有足够数量的叶片备件。
2 拆除需更换的叶片组及叶片
拆叶片组前应预先将叶片组根部浇上浸透液,测量需拆下的叶片组中各叶片出口边到次末级叶片入口边的轴向位置,标明各叶片的编号,并标出需更换的叶片。用大锤或射钉枪将叶根销钉打活,然后将各销钉抽出并做好记号。销钉全部打出后,要在销钉孔中穿入两根细销钉,以免在转子盘动时叶片组脱落伤人或损伤叶片。
用千斤顶在背轮处固定好转子以免叶片组拆除后转子失去平衡转动伤人,将需拆除的叶片组盘到最上方,取出临时销钉,用倒链吊住叶片组,吊绳要加胶皮保护套以免损伤叶片,用铅锤敲打叶片根部,慢慢打起倒链直至将叶片组拆出。
在专用叶片胎具上测量各部尺寸,测量时要将叶根压紧用塞尺测量无间隙,叶顶处于自由状态,注明胎具号。回装时仍在此胎具上进行,以便于比较。测量的内容有:
a.叶片组拉金的整体宽度。
b.各叶片入口边至胎具的距离,可按覆环形状制作模片,在模片上标出中心位置,然后按模片中心在覆环上打出冲记。
c.需更换叶片与相临两叶片间的覆环中心距离。
d.覆环中心点与胎距的距离。
e.测量拉金的尺寸,做出覆环形状样板。
上述测量确认无误后,用手锯割断叶片覆环及拉金的中央部分,拆下需更换的叶片,注意在覆环和拉金上要留有足够的加工坡口量。
3 选择替换叶片后加工坡口
新叶片叶身及叶根必须全部打磨干净,进行磁粉着色探伤检查,测定叶根硬度,确认无缺陷方可使用。
首先应测量新旧叶片的重量和力矩、叶根的基本尺寸:包括叶根的宽度、厚度、销孔的定位尺寸、销孔直径等。注意测厚度时由定位面向叶根方向一定的距离划条线,以保证在有斜度的叶根上测量准确,便于比较。测力矩时,杠杆和电子秤要放稳,摆放叶片的位置
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一致,且应在环境振动较小的场所下进行。
根据上述测量情况选择替换叶片,并应根据以下原则选取。
a.叶片扭曲方向一致。
b .新旧叶片的重量、
力矩比较接近。c .叶根厚度相差较小。
替换叶片选好后,在新叶片上标明位置编号,以便于分辨。
其次应根据换下的旧叶片叶根厚度对新叶片的叶根进行修磨。修磨时将叶片放在平台上垫平,边修磨边用千分表测量,直到与旧叶片尺寸一致。然后把换上新叶片的叶片组组装在原编号的胎具上,压紧叶根,叶顶尽量保持自由状态,按要求用砂轮加工出焊接坡口,坡口形状如图1、图2
。
图1
拉金坡口图
图2 覆环坡口图
一般新叶片的覆环较厚,需用风动砂轮将其磨去并留有0.2～0.5mm 的加工余量,
用弧型板靠好,侧面按型线过渡。拉筋错口较多的也应修磨,但要有足够的加工余量。
坡口加工好后,对坡口要进行着色和磁粉探伤检查,确认无缺陷存在。再次同时测量叶片的力距和重量并做好记录。4 覆环和拉金的焊接及热处理
将叶根内的脏物吹净,叶片组组装在原
编号的胎具上压紧叶根,用厚度为2.18m m
的钢片塞入覆环的坡口内,用引弧板将覆环点焊好,引弧板的材料与覆环的材料一致,将引弧板做出焊接坡口,焊前预热,焊后退火处理,焊条采用因克内尔焊条。引弧板的焊接见图3。
图3 引弧板焊接图
覆环固定好后,先对拉金焊结。焊前预热204～316℃,可用测温笔测量。焊接时用铜制的胎模做底托,换焊条时要将焊口打磨干净以免出现夹渣和气孔。待焊口温度降至86～100℃时,再将其加热到593～649℃,恒温5m in,然后用石棉布包好缓慢降温,进行退火处理。待拉金温度降至室温后开始覆环的焊接,焊前先打出坡口内的垫片,焊接工序与拉金焊接相同。
因拉金和覆环为马氏体焊接,很容易出现裂纹和夹渣现象,所以焊接中应注意以下几个问题:
a.焊接应选在避风的场所,防止冷却过快。
b.焊后处理要及时,最好焊好一道口后马上进行热处理,而且要掌握好降温后开始
加热的温度。
c.焊接中焊渣清理要彻底。
d.焊条要进行充分的干燥。
待焊口温度降至室温后开始焊口的修整,整型可按预先做好的样板进行。对有些形状差异较大的,将其修整光滑过渡即可,避免有毛刺、凹坑锐角等现象,以减少应力。修整后的焊口做探伤检查,发现有裂纹、气孔及夹杂的部位要挖去补焊,补焊与正式焊接工艺相同。经检查无裂纹后进行X 射线检查,确认焊口无缺陷存在。
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焊口局部退火和叶片组整体退火。
用专用卡具将叶根卡实,注意尽量将焊口调平,用烤把将焊口部位加热至677～704℃,恒温10min,包好石棉布进行局部退火处理。
局部处理后将叶片组均匀摆放在特制的热处理炉内,炉底部放好保温砖,在拉筋和覆环上卡上或点焊3个测温元件。3个元件在炉内要分布均匀,监视各点的温度场,扣好炉盖及包好保温,加热系统试投正常后开始加热。加热的同时向炉内充氩气以免叶片被氧化。局部及整体退火过程见图4、图5
。
图4
叶片局部退火过程
图5 叶片整体退火、氩气控制过程
整体退火后打磨焊口进行探伤检查,测量叶根硬度并与原来的比较无明显变化。一般硬度值为HB285～HB331。5 叶片组回装
待热处理完后对新叶片焊口抛光,进行喷丸强化,喷丸强化的目的是对司太立合金表层施加剩余应力,增加表面硬度,钝化并防止裂纹重新产生。喷丸的部位有新焊口,新叶片的硬度合金。喷丸前应将不喷丸的部位贴橡皮膏保护好,喷丸后再对新焊口检查确认无缺陷。将叶片组按原编号安装在胎具上,压紧
叶根,测量叶片各部位尺寸,测量内容同前。与更换叶片前测量的数据比较无明显变化,叶片组就可以回装了。
将叶片组的叶根打磨清扫,轮盘槽道清理干净。用直径与轮盘销孔直径相等的铰刀将轮盘上和叶根上的销孔铰一下,盘动转子使要装入的叶片组朝正上方,将转子固定好,吊起叶片组。叶根吹风后,用倒链将叶片组慢慢地装入轮盘,用紫铜锤均匀地敲打叶片,直至叶片的销钉孔与转子的销钉孔一致。用带锥度的销子将新叶片的叶根销住,旧销钉经打磨并进行磁粉、着色检查,喷丸硬化处理后,涂好亚麻油,对号穿入销钉孔。
由于新叶片的销钉孔都有加工余量,所以应进行铰孔,铰孔时应先用阶梯钻头钻孔,然后用第一铰刀、第二铰刀分别铰孔。铰孔时要随时清除铁屑浇油,钻头要与轮盘垂直。固定好钻床和转子以防将孔打偏或影响精度。钻头和铰刀尺寸见附表。
附表 钻头与铰刀尺寸
类 别钻 头第一铰刀第二铰刀大 孔中 孔小 孔
<15.40<13.80<11.40
<15.88<14.29<11.90
<16.20<14.60<12.20
新销钉根据铰孔后实际尺寸确定,一般
配合间隙为0.22mm,可车制销钉试样,切记
不要强行穿入。新销钉也应进行喷丸强化和探伤检查,销钉穿入后用冲头捻打销钉两侧封口,前后测量叶片组各叶片的轴向位置并与拆前比较无明显变化。
叶片司太立合金需喷丸强化,喷丸的范围是硬质合金板,并略大于硬质合金表面。喷丸前用抛光砂轮将喷丸部位打磨一遍,清除表垢及毛刺,用白布将叶根塞好以防钢珠进入叶根。在喷丸区域外要贴橡皮膏起到界限和保护作用。喷丸时用专用罩棚将末级叶轮封闭起来。
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高压电动机定子绕组的防烧对策河北省电力工业局 (050021·石家庄) 郑小江
火力发电厂的厂用高压电动机为数众多,主要承担辅机设备(如吸风机、送风机、磨煤机、排粉机、碎煤机、给水泵、凝结泵等)的拖动任务。近年来,特别是1995年以来,河北南网调峰任务较大(最大日峰谷差达2004M W,日最小负荷2111MW),加上电煤供应紧张煤质次,致使电动机起停次数明显增多,故障率也随之增加,现已危及到主机运行可靠性,如何防止高压电动机烧坏已显得十分重要。
为了摸清情况,制定出相应的防烧措施,我们对河北省南网直属电厂进行了调研,结果表明近六年间高压电动机年故障发生率约为9.39台次/年。厂用高压电动机故障中定子故障占52%左右,转子故障占32.7%左右,其中定子过线、极间连线烧坏占定子故障的74%左右,而转子断条和开焊占转子故障的70%左右。针对历年来电动机故障的统计结果,我们对高压电动机的定子绕组和转子笼条损坏时的基本特征、损坏的原因进行了重点分析,提出了相应的改造措施(有关防止转子笼条损坏的内容将在其它文章中介绍),并就电动机的安全运行,提出几点建议。
1 高压电动机定子绕组损坏事故分析
1.1 定子绕组故障的基本特征
经过对大量定子绕组故障的统计分析,汇总出定子绕组故障的一些基本特征,现归纳如下:
a.定子绕组在启动时发生故障较多,约占定子故障的80%,在运行过程中发生的故障则占定子故障的20%左右。
b.定子绕组损坏的主要部位是小辫联线与线圈交叉处,其次是固定环与线圈接合处,而槽内线棒损坏的较少。
c.定子线圈发生相间短路时,在短路处发生爆断,在该处熔断很多导线(附近有很多的熔化铜屑),在烧断过程中看见火光、冒烟,嗅到焦臭味及听到不正常的杂音等,但其它线圈组成的另一端部没有烤焦现象。
6 转子配重找平衡
更换叶片及焊补工作中,影响转子静平衡因素较多,为了在转子更换叶片后准确的配加平衡重量,重点应考虑下面几因素。
a.新旧叶片力距和重量的选择比较。一般两者相差的较多时,应考虑用相近的叶片来替换。当一侧中有多组中的叶片需要换时,可先将力距差进行合成,选择替换叶片的位置使合成后的力距差最小。这样可减少最后修磨整型对力距的影响,力距差以做完坡口后测量的数据为准。
b.做焊接坡口时应注意到新旧叶片力距比较时状态不完全一样,所以做坡口时需将覆环的厚度修磨到接近最终厚度,拉金修磨到最终形状。叶片组中相临更换叶片的覆环、拉金尽量不要去磨削,制做出坡口即可,覆环的形状预先过渡光滑,因割掉的叶片无坡口,新叶片应将坡口量加以修正。
c.按上述方法测量出新旧叶片的力距后,焊完还要最后整型,所以还要修正。主要有以下几方面的因素:叶根销钉孔的铰削量;覆环厚度的磨削量;拉金整型的磨削量;覆环侧面整型的去削量;叶片裂纹修磨缺口的质量,可用贴橡皮泥的办法测量。上述各方面影响因素的数据必须在整个工作中全面准确的测量,以使平衡工作更趋于准确。
(收搞日期:1997-08-18)
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直接空冷凝器器系统介绍 一、系统简介 直接空冷凝汽器系统（英文Air Cooled Condenser System，缩写为ACC）是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，空气与蒸汽间进行热交换。所需冷却空气，通常由机械通风方式供应。直接空冷的凝汽设备称为空冷凝汽器，这种空冷系统的优点是设备少，系统简单，基建投资较少，占地少，空气量的调节灵活。该系统一般与高背压汽轮机配套。这种系统的缺点是运行时粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的真空困难，启动时为造成真空需要的时间较长，机组效率低，一次能源消耗大。 二、系统构成概述 1、概述 通常ACCS一般主要由以下几部分构成： ?排汽管道和配汽管道 ?翅片管换热器 ?支撑结构和平台 ?风扇及其驱动装置 ?抽真空系统 ?排水和凝结水系统 ?控制和仪表系统 2、冷凝过程 空气冷却器一般采用屋顶结构（或称A型框架结构）。 来自汽轮机的尾汽通过排汽管道和配汽管道输送到翅片管换热器。配汽管道连接到汽轮机的排汽管道和位于上部的翅片管换热器。蒸汽被直接送入换热器的翅片管道内。蒸汽携带的热能由经过换热器翅片表面的冷却空气带走，冷却空气是由置于管束下面的轴流风机驱动的。 换热器一般采用KD布置方式，即顺流冷凝－反流冷凝的布置方式。
70％到80％的蒸汽在通过由上部的配汽管道到顺流冷凝的换热器中被冷凝成凝结水，凝结水流到底部的蒸汽/凝结水联箱中。顺流管束称为冷凝管束或称K 管束。 其余的蒸汽在成为D管束的反流管束中被冷凝，蒸汽是由蒸汽/凝结水联箱向上流动的，而凝结水由冷凝的位置向下流到蒸汽/凝结水联箱中并被排出。 这种KD形式的布置方式确保了在任何区域内蒸汽都与凝结水有直接接触，因此将保持凝结水的水温与蒸汽温度相同，从而避免了凝结水的过冷、溶氧和冻害。 从汽轮机到凝结水箱的整个系统都是在真空状态下。由于采用全焊接结构，从而保证整个系统的气密性。由于在与汽轮机连接的法兰处不可避免地会有空气漏进冷凝系统中，为了保持系统地真空，在反流管束的上端未冷凝的蒸汽和空气的混合物将被抽出。通过在上端部位的过冷冷却，使不可冷凝蒸汽的汽量被减小了。 反流（D）部分的设计应保证在任何运行条件下，不会在顺流（K）部分造成完全冷凝，以避免过冷和溶氧以及冻害的危险。 在不同热容量和环境温度下，通过调节空气流量的变化来控制汽轮机尾气的排汽压力。 3、换热器 热浸锌翅片管具有从管子到翅片良好的导热性能。这是由于在翅片根部和管子的间隙被充满锌而具有毛细总用。 由于钢制管子和钢制翅片是同种材质，从而避免热应力的产生，而热应力对热传导不利。 由于翅片管束必须承受极大的阻力，它们必须具有很高的强度。钢制翅片可以抵抗典型的机械冲击，比如冰雹、清洗设备的高压水（200bar），或维护工人的体重。在运输和安装过程中不易损坏。由于钢制翅片管束具有较短的深度，因此更能适宜清洗设备的高压水的冲击。 而且，热浸锌翅片管具有良好的防腐性能和长达超过25年的使用寿命。4、支撑结构和平台 根据实际经验，屋顶型结构的空气冷凝器具有可靠的凝结水排水功能并且减少了占地面积。
汽轮机直接空冷应用 在我国火力发电厂一般采用湿冷系统对机组进行冷却，但随着经济的发展，水资源的紧缺，此种传统的方法受到了限制，近年来随着直接空冷技术的日趋成熟，以及直接空冷技术在大容量机组中运行的实践经验，有着广阔的发展前景，特别对于富煤缺水地区，它的应用更能显示出优越性，它的应用将是未来的发展趋势。 1.空冷技术简介 空冷技术是指采用空气来直接或间接地冷却汽轮机排气的一种技术。当今由于大容量火力发电厂的正常运行需要充足的冷却水源，同时由于湿冷机组耗水量巨大，产生的废热排到江河、湖泊里造成生态平衡的破坏，而在缺水地区兴建大容量火力发电厂，就需要采用新的冷却方式来排除废热。 火力发电厂的排汽冷却技术主要分为两大类：水冷却和空气冷却（简称空冷）。发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或者间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。采用空冷技术的冷却系统称为空冷系统。采用空冷系统的汽轮发电机组称为空冷机组。采用空冷系统的发电厂称为空冷电厂。 发电厂空冷系统也称为干冷系统。它相对于常规发电厂湿冷系统而言的。常规发电厂的湿式冷却塔是把塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换的。其整个过程处于“湿”的状态，其冷却系统称为湿冷系统。空冷发电厂的空冷塔，其循环水与空气是通过散热器间接进行热交换的，整个冷却过程处于“干”的状态，所以空冷塔又称干式冷却塔。 根据汽轮机排汽凝结方式的不同，发电厂的空冷系统可以分为直接空冷系统和间接空冷系统两大类。 2.直接空冷系统设备结构组成 直接空冷系统，又称空气冷凝系统，汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，冷却空气通常用机械通风或自然通风方式供应。空冷凝汽器是由两或三排外表面镀锌的椭圆形钢管外套矩形钢翅片，或由单排扁平形钢管，外焊硅铝合金蛇形翅片的若干个管束组成。这些管束亦称空冷散热器。直接空冷系统的流程汽轮机排汽通过排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，机械通风鼓风式轴流冷却风机使空气横向吹向空冷散热器外表面，将排汽冷凝成水，凝结水再经泵送回汽轮机的回热系统。直接空冷系统自汽轮机低压缸排汽口至凝结水泵入口范围内的设备和管道，主要包括：（1）汽轮机低压缸排汽管道系统；（2）空冷凝汽器；（3）凝结水系统设备；（4）抽气系统设备；（5）疏水系统设备；（6）通风系统设备；（7）直接空冷支撑结构；（8）自控系统设备；（9）清洗装置设备；（10）空冷汽轮机；（11）空冷散热器；（12）空冷风机。
§4.3现场试验情况简介 §4.3.1漳山电厂空冷汽轮机试验过程 测量试验于9月12日－17日进行，同时参加试验的单位还有北京中能蓝天节能技术开发有限公司、德国斯图加特大学，以及法国EDF 。 漳山电厂目前有2台300MW 直接空冷汽轮机组，2台600MW 直接空冷机组正在建设中。相对于水冷汽轮机组，直接空冷机组运行的显著特点是背压受气候变化影响大，机组的设计背压范围较大，一般为15-60kpa 。机组背压的变化对低压缸末级出口的湿蒸汽参数有很大的影响。有关文献指出空冷汽轮机低压缸末几级中的主流蒸汽，并不是任何运行工况时都有湿度出现，而是要背压降到一定程度才会出现水蒸汽的凝结。因此在试验过程中，使其背压从60kpa 逐渐降低到15kpa ，有可能实现低压缸排汽参数从过热蒸汽到湿蒸汽的变化过程。通过测量此过程的湿蒸汽参数，可以更好的了解湿蒸汽的凝结过程，并结合异质和均质成核凝结机理，以期更深刻地理解透平中的凝结流动机理，为理论研究、工业设计以及现有的数值模拟计算提供试验依据。 图4.9，4.10是漳山电厂现场试验和探针安装照片。 §4.3.2宣威电厂水冷汽轮机试验过程(这里解释一下，所谓水冷与空冷机组的区别：其实它们都属于凝汽式汽轮机，不是背压式的，所以背压一般接近真空的，一般为50kpa ，水冷是汽机排汽到凝汽器中，凝汽器相当于一个换热器，由冷却水把热量带出，蒸汽变成了凝结水；而空冷又分为直接空冷和间接空冷，间接空冷是汽轮机的排汽进入混合式凝汽器后，与从空气冷却器来的冷却水混合凝结为凝结水，这样的混合水流，一部分作为锅炉的给水，其余大部经循环消耗打入空气冷却器，构成一个封闭型间接空冷凝汽系统) 测量试验于2009年3月4-16日在云南宣威发电有限责任公司7号机组上进行。参加试验的单位有上海理工大学、东方汽轮机厂。 本次试验的7号汽轮机是东方汽轮机厂有限公司制造的300MW 水冷空冷式图4.9 漳山电厂现场试验 图4.10 漳山电厂现场安装探针
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 大型汽轮机叶片事故原因 分析(正式) Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-4913-33 大型汽轮机叶片事故原因分析(正 式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 在火电厂、核电厂机组运行过程中，汽轮机叶片工作在高温、高压、高转速或湿蒸汽区等恶劣环境中，经受着离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用，再加上难以避免的设计、制造、安装质量及运行工况、检修工艺不佳等因素的影响，常会出现损坏，轻则引起汽轮发电机组振动，重则造成飞车事故。因此，汽轮机叶片的安全可靠直接关系到汽轮机和整个电厂的安全、满发。 汽轮机叶片事故长期困扰电厂机组的安全经济运行。从国内统计数据看，叶片损坏事故占汽轮机事故的30%。 叶片损坏的位置，从围带到叶根都有。据日本历年的统计资料，各部位出现损坏的百分率见表1。此
外，汽轮机各级叶片的损坏机会是不均匀的，据美国对50台大型机组的统计，叶片事故几乎全发生在低压缸内，其中末级占20%，次末级占58%，而且集中区是高压第一级，即调节级。据日本的统计，也有20%的事故发生于此。因此，在汽轮机设计和运行时，均应注意这些部位。 叶片损坏的原因是多方面的，可以从不同角度加以分析。例如，从发生的机理区分，60%～80%的损坏原因是振动；从责任范围区分，可归纳为设计、制造、安装、运行和老化等。在实际工作中，如果能及时找出主要原因，掌握叶片事故前后的征兆，采取相应措施，就能避免事故的发生，提高机组的使用寿命和安全可靠性。 1 近年来大型机组叶片损坏概况 从近年来发生的17例叶片故障统计中，笔者分析了上海汽轮机有限公司、哈尔滨汽轮机有限责任公司、东方汽轮机厂、北京重型电机厂(表中简称上汽、哈汽、东汽、北重)生产的以及美国、日本、前苏联和欧洲一
空冷汽轮机设计的几个主要问题 摘要：空冷汽轮机设计和湿冷汽轮机设计在设计上存在着较大的差别，这是因为空冷汽轮机具有背压压值高、背压波动范围大和背压变化频繁等特点。本文通过阐述汽轮机设计中空冷方案与湿冷方案的差别，并且就空冷汽轮机空冷方案设计的特点进行分析，最后就空冷汽轮机设计中容易出现的几个主要问题进行研究，旨在为大型空冷汽轮机的设计提供参考意见。 关键词：空冷汽轮机设计；方案；主要问题；参考意见 引言 空冷汽轮机是当前电厂运用较多的汽轮机组，空冷汽轮机与湿冷汽轮机是由于其凝汽式汽轮机的冷却方案不同，两者在结构上有不少类似之处。因此在进行空冷汽轮机设计设计的时候要充分结合湿冷汽轮机的结构特点以及设计要求，制定出科学的措施去解决空冷汽轮机设计中的主要问题，优化空冷汽轮机的设计。 1.空冷方案与湿冷方案的原始差别 对于很多设计方案来说由于共同技术目标都是一致的，因而很多技术方案的大部分内容都是相同的，真正的原始差别往往只有一点而已，但是这一点就导致了技术方案之间的差距。对于汽轮机的设计方案来说，空冷方案与湿冷方案的原始差别主要集中在排热方式上。对于空冷方案采取的是闭合散热方式，而湿冷方案采取的则是开放散热方式，正是因为空冷方案与湿冷方案的散热机理不相同才导致两种方案有着较大的差别。由于空冷汽轮机的散热方式是通过闭合方式通过金属管壁将热量排放到空气中，因此环境压力产生的汽轮机背压与大气干球温度有着直接的关系；而对于湿冷汽轮机来说，通过水循环系统与空气之间进行直接的热量交换，通过水的蒸发吸热将汽轮机中的热量排放出去，这种情况下汽轮机的背压与湿球温度直接相关。因此在相同的内部参数控制以及环境的影响之下，空冷汽轮机组的背压比湿冷汽轮机组要大很多，因此带来的能量损耗也较大。对于空冷汽轮机组没有相应的温度补偿功能，导致其背压变化范围大且变化频繁，当环境温度以及风力发生变化的时候，空冷汽轮机组背压也随之发生变化；而对于湿冷汽轮机组来说其具有湿球温度变化系统，当大气温度发生变化的时候，水蒸气的蒸发量也随之发生变化。湿冷机组背压变化主要受季节影响，因此其背压变化幅度也较小。 2.空冷方案的几个特点 与湿冷方案相比，由于空冷方案采取的是闭合的散热方式而湿冷方案采取的是开放式的散热方式，因此空冷方案主要有以下几个特点。 2.1节约水资源
汽轮机直接空冷凝汽器气密性试验 由于汽轮机的直接空冷系统是在负压下工作的，因此要尽最大努力防止空气进入真空系统，要求在直接空冷系统安装完毕后和系统运行时应进行气密性试验。 直接空冷系统的真空系统由下列部分构成：汽轮机及其辅机的真空系统、直接空冷系统的真空系统。 气密性试验的定义 直接空冷停运时的气密性试验是指在设备安装完毕后或在任何需要时进行的“气压试验”。 直接空冷运行时的气密性试验是指电厂在运行期间进行的真空衰减试验，用以检查密闭气压试验，即真空严密性试验。 1.气压试验 进行气压试验的范围 直接空冷系统在安装完毕后应进行气压试验。进行试验的部件：汽轮机后面的主排汽管道和蒸汽分配管道，空气冷凝器的换热器管束，尽可能多的凝结水管道、抽真空气管道，尽可能多的水箱（疏水箱，凝结水箱），在进行试验时相邻的系统和管路应进行密封隔离，比如：应将主排汽管道的爆破片取出，并将管口封盖、应用端板密封主排汽管道管口、其他所有进入蒸汽管道、抽真空系统、汽轮机系统的管路和
管口、蒸汽减压的旁通及其附属设备、凝结水泵等。 进行气压试验所需材料 隔离各种管口所用的端板、空气压缩机，要求压缩空气应不含油和水，可以在气压试验的压力下（通常为1.5bar(abs)）使压缩机完全卸载的安全阀、气压软管、根据附图的连接设施、两只压力表，-1到0.5barg，或0到1.0barg、环境空气温度计、装有肥皂泡液体的容器、连接空气压缩机的接口位置应放在易于安装和维护的地方，比如：排汽管道上。 气压试验程序 安装完毕后，被隔离的系统将进行气密性试验： 1) 应将正常测量仪表拆除或用球阀将它们密封隔离。 2) 如果试验仪表继续用于气密性试验，则它们必须可以承受试验压力。 3) 相连的管路和管口都被端板密封。 4) 相应阀门应开关完毕。 5) 将系统充压至0.5bar。 6) 再次检查系统以确保已经按照规定的边界线将系统隔离。 7) 检查易损的连接位置、法兰、和焊缝。 8) 将管道充压至最终试验压力。 9) 关闭球阀以便将充压的系统与空气压缩机隔离开。 10) 在最初的两小时内每隔15分钟观察记录两只压力表的压力变化，记录下可能的环境温度的变化。
Z835.34/02 NZK25-2.5/390型 25MW直接空冷凝汽式汽轮机 热力特性书 北京全四维动力科技有限公司
北京全四维动力科技有限公司代号Z835.34/02 NZK25-2.5/390型代替25MW直接空冷凝汽式汽轮机热力特性书共 22 页第 1 页 编制谷振鹏2011年12月20日 校对李海朋2012年01月29日 审核王琦2012年01月30日 会签 标准审查 审定 批准 标记数量页次文件代号简要说明签名磁盘(带)号底图号旧底图号归档
代号：Z835.34/02 共22 页第2 页 目录 1. 通流计算 1.1 典型工况数据汇总表 (3) 1.2 典型工况热平衡图 (5) 1.3 阀杆汽封系统总图 (13) 1.4 静推力示意图及最大轴向推力 (14) 1.5 蒸汽管道速度计算 (15) 2. 配汽计算 2.1 高压调节阀流量—升程曲线 (16) 3. 汽封、阀杆漏汽汇总表及修正曲线 3.1 夏季工况阀杆及汽封漏汽汇总表 (17) 3.2 额定出力工况阀杆及汽封漏汽汇总表 (18) 3.3 初压修正曲线 (19) 3.4 初温修正曲线 (20) 3.5 背压修正曲线 (21) 3.6 余速损失修正曲线 (22)
代号：Z835.34/02 共22 页第3 页典型工况数据汇总表（一） 工况项目夏季工况 最大连续 出力工况 额定出力 工况 最大进汽量 最高背压工况 主蒸汽压力MPa(a) 2.5 2.5 2.5 2.5主蒸汽温度℃390390390390主蒸汽流量t/h 128128117128背压kPa(a) 30151550排汽温度℃69.154.054.081.3排汽汽量t/h 126.4126.4115.4126.4给水温度℃71.055.956.083.2机组内效率0.8800.8700.8710.871发电机端功率MW 25.127.625.222.7汽耗kg/kW.h 5.10 4.64 4.65 5.65热耗kJ/kW.h 14881.013833.013869.116202.3 kcal/kW.h 3554.33304.03312.63869.9
空冷系统介绍 摘要：电厂采用空冷系统可以大幅度降低电厂耗水量，在节水方面有显著的效果，因而空冷机组得到了越夹越多的应用。本文以2X3OOMW机组为例介绍了直接空冷系统及其控制;以2×2OOMW机组为例介绍了间接空冷系统及其控制。 一、概述 空冷系统主要指汽轮机的排汽通过一定的装置被空气冷却为凝结水的系统，它与常规湿式冷却方式(简称湿冷系统)的主要区别是避免了循环冷却水在湿塔中直接与空气接触所带来的蒸发、风吹损失以及开式循环的排污损失，消除了蒸发热、水雾及排污水等对环境造成的污染。由于空冷方式用空气直接冷却汽轮机排汽或用空气冷却循环水再间接冷却汽轮机排汽构成了密闭的系统，所以在理论上它没有循环冷却水的上述各种损失，从而使电厂的全厂总耗水量降低80%左右。 用于电厂机组末端冷却的空冷系统主要有直接空冷系统和间接空冷系统，间接空冷系统又分为带表面式凝汽器和带混合式凝汽器的两种系统。三种空冷方式在国际上都得到广泛的应用，技术均成熟可靠，在国际上三种空冷方式单机容量均已达到600MW。我国目前己有60OMW直冷机组投运，两种间冷方式在国内运行机组均为200MW。 采用空冷机组大大减少了电厂耗水，为水源的落实和项目的成立提供了便利条件。特别对缺水地区，有着重要的意义。内蒙古地区煤
资源丰富，近几年投产的机组，基本都采用了空冷系统，而且大部分为直接空冷系统。 二、空冷系统 2.1直接空冷系统 电厂直接空冷系统是汽机的排汽直接用空气冷却，汽机排出的饱和蒸汽经排汽管道排至安置在室外的空冷凝汽器中，冷凝后的凝结水，经凝结水泵升压后送至汽机回热系统，最后送至锅炉。电厂直接空冷系统主要包括以下系统:空冷凝汽器(ACC，Aircooledcondenser)，空气供给系统、汽轮机排汽管道系统、抽真空系统、空冷凝汽器清洗系统、空冷凝汽器平台及土建支撑。蒸汽从汽轮机出来，经过蒸汽管道流向空冷凝汽器，由蒸汽分配管道间空冷冷凝器分配蒸汽。目前直接空冷凝汽器大多采用矩形翅片椭圆管芯管的双排、三排管和大口径蛇形翅片的单排管。空冷凝汽器由顺流管束和逆流管束两部分组成。顺流管柬是冷凝蒸汽的主要部分，可冷凝75%一80%的蒸汽，在顺流管束中，蒸汽和凝结水是同方向移动的。设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区、冬季形成冻结的情况，在逆流管束中，气体和凝结水是反方向移动的。 冷凝所需要的冷空气由轴流冷却风机从大气中吸入，并吹间换热器翅片。风机采用变频控制，系统可通过控制启停风机台数和对风机转速进行调整来控制进风量，能灵活的适应机组变工况运行，并且
第五章汽轮机零件的强度校核 第一节汽轮机零件强度校核概述 为了确保电站汽轮机安全远行，应该使汽轮机零件在各种可能遇到的运行工况下都能可靠地工作。因此，需要对汽轮机零件进行强度校核，包括静强度校核和动强度校核两方面，这是本章要讨论的问题。 汽轮机的转动部分称为转子，静止部分称为静子。转子零件主要有叶片、叶轮、主轴及联轴器等，静子零件主要有汽缸、汽缸法兰、法兰螺栓和隔板等。由于备零件的工作条件和受力状况不同，采用的强度校核方法也各异。例如，转子中的叶片、叶轮和主轴除了受高速旋转的离心力和蒸汽作用力外，还会受到周期性激振力的作用，从而产生振动。当汽轮机在稳定工况下运行时，离心应力和蒸汽弯曲应力不随时间变化。稳定工况下不随时间变化的应力，统称为静应力，属于静强度范畴，周期性激振力引起的振动应力称为动应力，其大小和方向都随时间而变化，属于动强度范畴。直至目前为止、对汽轮机转子零件动应力的精确计算尚有一定困难，因此，本章对汽轮机零件的动强度分析，只限于零件自振频率和激振力频率计算及安全性校核。一般来说，对汽轮机转子零件，应从静强度和动强度两方面进行校核；对汽轮机静子零件，只需进行静强度校核，包括零件静应力和挠度计算。 静强度校核时，一般应以材料在各种工作温度下的屈服极限、蠕变极限和持久强度极限，分别除以相应的安全系数得到各自的许用应力，并取这三个许用应力中最小的一个许用应力作为强度校核依据。如果计算零件在最危险工况的工作应力小于或等于最小许用应力，则静强度是安全的。对动强度，常用安全倍率和共振避开率来校核。 需要指出，大型汽轮机某些零件的强度校核要求随工况变化而变化。在稳定工况下，某一零件只需进行静强度和动强度校核。但是在冷热态启动、变负荷或甩负荷等变工况下，沿零件径向和轴向会有较大的温度梯度，从而产生很大的热应力，且零件内任一点的热应力的大小和方向随运行方式而变化。如汽轮机冷态启动时，转子外表面有压缩热应力，中心孔表面有拉伸热应力；停机时，转子外
600MW级超临界直接空冷凝汽式汽轮机概述 1.1概述 二期工程2×600MW级超临界直接空冷凝汽式汽轮发电机组，汽轮机设备为东方汽轮机有限公司生产超临界空冷汽轮机，型号为：TC4F-26(24.2MPa/566℃/566℃)，型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机；该机组额定出力637MW；最大连续出力为662MW，汽轮机采用复合变压运行方式；具有七级非调整回热抽汽。给水系统采用2×50%汽动给水泵，不设备用泵，由于主汽轮机采用直接空冷汽轮机，其背压变化幅度较大，给水泵驱动汽轮机排汽不宜排入主汽轮机的空冷器中，每台给水泵汽轮机各自配置一台水冷凝汽器，给水泵驱动汽轮机排汽凝结水直接排入主汽轮机的排汽装置中，给水泵汽轮机本体疏水排入给水泵汽轮机凝汽系统中。 由于二期汽轮机乏汽采用空冷冷却系统，节省了一期湿冷系统的风吹、蒸发、排污等水量损失，年平均节约水量约1904m3/h。其用水量比一期湿冷系统节水70％。投资上与混凝式间接空冷系统相比，可降低工程投资35.7％；与表凝式间接空冷系统相比，可降低工程投资40.2％。 王曲电厂超临界机组与我厂一期亚临界机组相比汽轮机
组热耗将低约4.5%。超临界机组是指锅炉的新蒸汽的压力大于临界压力（22.115MPa）小于25MPa的锅炉和汽轮机发电机组。在超临界和超超临界状态，水由液态直接成为汽态（由湿蒸汽直接成为过热蒸汽或饱和蒸汽），热效率高。因此，超临界，超超临界发电机组已经成为国外，尤其是发达国家主力机组。由于机组效率提高，污染物的排放也相应减少，经济效益十分明显。 超临界机组是火电机组大家族中的“节能减排新星”。超临界机组和亚临界机组特点比较它具有如下特点： (1) 热效率高、热耗低。可节约燃料，降低能源消耗和大气污染物的排放量。 (2) 超临界压力时水和蒸汽比容相同，状态相似，单相的流动特性稳定，没有汽水分层和在中间集箱处分配不均的困难，并不需要象亚临界压力锅炉那样用复杂的分配系统来保证良好的汽水混合，回路比较简单。 (3) 超临界锅炉水冷壁管道内单相流体阻力比亚临界汽包炉双相流体阻力低。 (4) 超临界压力下工质的导热系数和比热较亚临界压力的高。 (5) 超临界压力工质的比容和流量较亚临界的小，故锅炉水冷壁管内径较细，汽机的叶片可以缩短，汽缸可以变小，降低了重量与成本。
资料编号：57.Q151-01 N135-13.24/535/535 135MW中间再热凝汽式空冷 汽轮机热力性能数据 产品编号：Q151 中华人民共和国 上海汽轮机有限公司发布
资料编号：57.Q151-01 COMPILING DEPT.： 编制部门： COMPILED BY： 编制： CHECKED BY： 校对： REVIEWED BY： 审核： APPROVED BY： 审定： STANDARDIZED BY： 标准化审查： COUNTERSIGN： 会签： RATIFIED BY: 批准：
资料编号：57.Q151-01 目次 1 说明 2 主要热力数据汇总 2.1 基本特性 2.2 配汽机构 2.3 主要工况热力特性汇总 2.4 通流部分数据 2.5 各级温度、压力及功率 2.6 各抽汽口口径及流速 3 汽封漏气量及蒸汽室漏气量 3.1 汽封计算 3.2 蒸汽室及中压进口漏汽量 4 汽轮机特性曲线 4.1 调节级后及各抽汽点压力曲线 4.2 调节级后及各抽汽点温度曲线 4.3 各加热器出口给水温度曲线 4.4 进汽量与汽耗、热耗及功率的关系曲线 4.5 高中压缸汽封漏汽量及低压缸汽封供汽量曲线 4.6 调节级后压力和汽轮机功率曲线 4.7 汽轮机内效率曲线 5 热平衡图 5.1 额定工况（THA） 5.2 铭牌工况（TRL） 5.3 最大连续功率工况(TMCR) 5.4 阀门全开工况（VWO） 5.5 75%THA工况 5.6 50%THA工况 5.7 40%THA工况 5.8 30%THA工况 5.9 高加全部停用工况
资料编号：57.Q151-01 1 说明 本机组是上海汽轮机有限公司采用美国西屋公司的先进技术和积木块的设计方法，设计制造的额定功率为135MW，是超高压、一次再热、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。机组型号为N135-13.24/535/535 1.1 主要技术参数 额定功率135MW 主汽门前蒸汽额定压力13.24MPa(a) 主汽门前蒸汽额定温度535℃ 再热汽门蒸汽额定温度535℃ 工作转速3000r/min 旋转方向从汽轮机端向发电机端看为顺时针 额定平均背压15kPa 夏季平均背压35kPa 额定工况给水温度241.1 ℃ 回热级数二高、三低、一除氧 给水泵驱动方式电动机 额定工况蒸汽流量422.285 t/h 额定工况下净热耗8706.5 kJ/kW.h (2079.5 kcal/kW.h) 低压末级叶片高度435mm
动叶片 一、速度级叶片 中小型汽轮机的调节级一般都采用双列速度级。双列速度级的热焓降大。新蒸汽经过这一级后压力和温度都要下降较多，所以中小型汽轮机的调节级采用双列速度级后，可以得到以下好处： （1）在蒸汽参数，汽轮机功率相同的条件下，可使汽轮机级数减少，结构简化，而机组效率相差并不大。 （2）由于双列速度级后的蒸汽压力、温度都下降很多，所以使调节级后的高压、高温段缩短，在汽缸和转子上都能节约一定数量的贵重金属材料，降低汽轮机的造价。 （3）由于蒸汽经过双列速度级后压力下降很多，所以高压轴封结构可以简化，且漏汽损失可以减少。尤其对小型汽轮机这是很重要的。 二、动叶和静叶间的关系 1、动叶片和静叶片的高度配合 动叶片应比静叶片稍高些，这是为了让蒸汽由静叶喷出后尽可能全部进入动叶中工作。若部分汽流不能进入动叶片，则会增加碰撞和漏汽损失。一般汽轮机中，动叶片比静叶片高2～6mm，但是，动叶片不能过高，因为动叶片过高，蒸汽在动叶片顶部和根部会出现涡流，并增大了静叶喷射蒸汽时的抽吸作用，即把静叶和动叶间隙中的散乱蒸汽吸入动叶中，消耗了工作蒸汽的动能，造成所谓的副流损失，如叶片过高，蒸汽在动叶片中，消耗了工作蒸汽的动能，造成所谓的副流损失。 2、叶和动叶之间的轴向间隙 动、静叶间必须保持适当的间隙，否则叶片无法转动。但是，这个轴向间隙的存在，会造成以下问题： （1）汽流在动、静叶的间隙中发生散乱现象，从而造成漏汽损失； （2）汽流抽吸此间隙中的散乱蒸汽而消耗动能，造成副流损失； （3）汽流在间隙中喷射方向的少许改变，引起蒸汽在叶片进口边的碰撞损失。 为了减少蒸汽在叶片中的涡流损失、撞击损失及尽可能更多地利用余速动能，总希望尽量使动、静叶间的间隙减小。但是这个减小也是有条件的，它必须保证高速转动的动叶和静叶不发生摩擦、碰撞。一般汽轮机动叶和下一级静叶间的间隙必须大于推力轴承乌金的厚度一定数值，以防止推力力轴承乌金熔化后，转子向后移动时使动、静叶碰撞而发生严重事故。 3、动、静叶片轴向间隙的调整 汽轮机动、静叶片间的轴向间隙过大是造成汽轮机经济性下降和出力不足的原因，这时应对其间隙进行调整。调整的办法有整机调整和单级部分调整两种。 整机调整的方法是通过改变推力轴承内推力瓦片后的垫片厚度来改变转子在汽缸中的轴向位置，从而改变所有动、静叶片之间的间隙。例如要减少所有级静叶片和动叶片的轴向间隙，则可以采用加厚工作瓦片后垫片的厚度，同时减小非工作瓦片后垫片的厚度来实现。 对于单级部分调整，若需调整的是第一级调节级，则可改变喷嘴下的垫片厚度；若需调整的是中间某级，则可改变隔板在汽缸中的位置，具体方法是改变隔板上轴向隔板钉的长度。 如果动叶片与静止部分的径向间隙过大，则可以在动叶片对应的静止部分加装汽封片，以减少漏汽。 三、叶片的受力分析 动叶片工作时受到的作用力主要有两种：一是由叶片本身和围带、拉筋旋转时所产生的离心力；二是汽流通过动叶片时对动叶片作用的汽流力以及汽轮机启动、停机过程中，叶片上各部分温度差引起的热应力。
直接空冷系统技术规书 项目名称：。。。。。能源1×75t/h中温中压尾气锅炉+1×12MW汽轮发电机项目 需方：。。。。。热电厂 设计单位: 。。。。。设计工程有限责任公司 使用方: 。。。。。热电厂 投标方： 2017年2月16日
目录 一.总则 二.设备的运行条件 三.设备规 四.技术要求 五.供货围 六.设计、制造、验收标准 七. 监造 八. 技术资料要求 九.技术服务联络方式
一. 总则 1.1 本规书的使用围，仅限于。。。。。能源1×75t/h中温中压尾气锅炉+1× 12MW汽轮发电机项目，本期工程共安装1台中温中压75t/h的炭黑尾气锅炉及1台12MW空冷抽凝式汽轮发电机组，汽轮机排汽冷凝系统采用直接空冷系统。它包括本体、附属部件的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。 1.2 本规书提出的是最低限度的技术要求，并没有对所有技术细节作出规定， 也未具体引述有关标准和规的条文。投标方应保证提供符合本规书和工业标准的优质产品。 1.3 如果需方有除本规书以外的特殊要求，应以书面形式提出，并对每一点 都作详细说明，载于本规书之后。 1.4 如投标方没有以书面对本规书的条文提出异议。那么需方可以认为投标 方提出的产品完全满足本规书的要求。 1.5 本规书为订货合同的附件，与合同正文具有同等法律效力。 二. 设备的运行条件 2.1直接空冷系统的安装位置：主厂房汽机间尾部，架空于道路上，单排室外布置。 2.2设备运行环境条件 大气压力：年平均气压904.8 mbar 相对湿度：年平均52 %
年平均气温：19℃ 绝对最高温度45.5 ℃ 绝对最低温度-19.9 ℃ 风速及风向：年平均风速 2.3 m/s, 主导风向： 年平均降雨量501.6 mm 最大积雪深度150mm 最大冻土深度610 mm 地震烈度：7度 三. 设备规 3.1 设备名称：直接空冷系统岛 3.2数量：1套， 3.3设计和运行条件 汽轮发电机组参数：（由买方提供） 汽轮机排汽背压：15kPa 汽轮发电机组额定功率：12MW 汽轮机排汽量：68t/h 排汽焓：2598kJ/kg 额定排汽温度：54℃ 四、技术要求
汽轮机叶片强度计算 汽轮机叶片强度计算与分析 李小敏杨林君 万茜尤鸿燕龚晓庆 几个概念 转子:气轮机的转动部分,包括叶片,叶轮,主轴及联轴器等. 静子:包括汽缸,汽缸法兰,法兰螺栓和隔板等; 静应力:稳定工况下不随时间变化的应力; 动应力:周期性激振力引起的振动应力,其大小和方向都随时间变化; 静强度校核:考虑材料在各种温度下的屈服极限,蠕变极限,和持久强度极限; 动强度校核:此处仅限于零件自振频率和激振力频率计算及安全性校核; 叶片静应力计算重要性 电站汽轮机叶片,特别是大型汽轮机动叶片,所处的工况条件及环境极为恶劣,主要表现在应力状态,工作温度,环境介质等方面.汽轮机在工作过程中,动叶片承受着最大的静应力及交变应力,静应力主要是转子旋转时作用在叶片上的离心力所引起的拉应力,叶片愈长,转子的直径及转速愈大,其拉应力愈大.此外,由于蒸汽流的压力作用还产生弯曲应力和扭力,叶片受激振力的作用会产生强迫振动; 当强迫振动的频率与叶片自振频率相同时即引起共振,振幅进一步加大,交变应力急剧增加,最终导至疲劳断裂. 叶片静强度计算 离心应力计算 1,等截面叶片的离心应力计算 根部截面的离心力Fc最大 等截面叶片根部截面的离心应力最大 2,变截面叶片的离心应力计算 对于径高比的级,常把其叶片设计成变截面扭叶片. 采用变截面是为了降低叶型截面上的离心应力. 蒸汽弯曲应力计算 (1)等截面叶片弯曲应力计算 蒸汽作用在每个叶片上的圆周力和轴向作用力与分别为 根部截面点上的最大弯曲应力分别为 (2)扭叶片弯曲应力计算 因这蒸汽参数和截面面积沿叶高变化,故必须计算出蒸汽弯曲应力沿叶高的变化规律,然后对最大弯曲应力的截面进行强度校核. 气轮机转子静强度安全性判别 转子静强度安全性判别就是根据零件受力分析,计算出危险截面的静应力或相当应力,再与材料的许用应力相比较,从而判别出静强度是否安全. 其判别因子有: 1.许用应力 . 它是根据材料的机械性能和安全系数确定的.若叶片及其附件的工作温度不同,则静强度校核的标准也不同,一般以材料蠕变温度为分界线. 2.安全系数. 安全系数的选取与许多因素有关,入应力计算式的精确程度,材料
【火力发电厂直接空冷系统运行导则】二次修改稿 目录 1 围 (2) 2 规性引用文件 (2) 3 术语和定义 (3) 4 总则 (5) 5 直接空冷系统的启动与停运................................................................... 错误!未定义书签。 6 直接空冷系统的运行与试验 (6) 7直接空冷系统故障诊断............................................................................. 错误!未定义书签。附录A 600MW空冷机组背压运行限制曲线示例 .. (20) 附录B 汽轮机组空冷系统最小热负荷表 (22) 附录C 蒸汽压力与饱和温度对照表 (23)
（正文） 1 围 1.1本导则规定了火力发电厂直接空冷系统运行的一般性原则及要求。 1.2本导则适用于新建、改（扩）建和运行的直接空冷机组。 2 规性引用文件 下列文件对于本导则的引用是必要的。凡是注日期的引用文件，其仅注日期的版本适用于本导则；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本导则。 GB3095-2012 环境空气质量标准 GB13223-2011 火电厂大气污染物排放标准 GB12348-2008 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB 50660-2011 大中型火力发电厂设计规 DL/T552-1995 火力发电厂空冷塔及空冷凝汽器试验方法 DL/T244-2012 直接空冷系统性能试验规程 DL/T245-2012 发电厂直接空冷凝汽器单排管管束 DL/T 932-2005 凝汽器与真空系统运行维护导则 VG DL/T 1052-2007 节能技术监督导则
汽轮机直接空冷系统概述 直接空冷系统亦称为ACC(Air Cooled Condencer)系统，它是指汽轮机的排汽引入室外空冷凝汽器内直接用空气来将排汽凝结。其工艺流程为汽轮机排汽通过大直径的排气管道引至室外的空冷凝汽器内，布置在空冷凝汽器下方的轴流冷却风机驱动空气流过冷却器外表面，将排汽冷凝为凝结水，凝结水再经凝结水泵送回汽轮机的回热系统。 直接空冷机组原则性汽水系统 1—锅炉；2—过热器；3—汽轮机；4—空冷凝汽器；5—凝结水泵；6—凝结水精处理装置；8—低压加热器；9—除氧器；10—给水泵；11—高压加热器；12—汽轮机排 汽管道； 13—轴流冷却风机；14—立式电动机；15—凝结水箱；17—
发电机 直接空冷系统的空冷岛部分 直接空冷系统的特点 直接空冷系统是将汽轮机排出的乏汽，由管道引入称之为空冷凝汽器的钢制散热器中，由环境空气直接将其冷却为凝结水，减少了常规二次换热所需要的中间冷却介质，换热温差大，效果好。该系统的主要特点还有： 1、自然界大风的影响比较严重。在夏季，自然气温普遍较高，如在这一时段再受到自然大风的影响，必然对机组的运行产生影响。各电厂在夏季高温段遇到外界大风时，均有不同程度的降负荷现象，特别是山西漳山电厂、大一电厂、
大二电厂在夏季高温时段皆因受到大风的影响，出现过机组跳闸现象。 自然大风影响是一个世界性难题，对直接空冷机组影响是很大的。但是，自然大风的影响又是很难人为克服的。因此，大一电厂在厂房顶部安装了测风装置采集数据，准备在进行相关数据分析的基础上，做出空冷机组应对自然大风的预案，尽量将因大风影响造成的损失降至最低。榆社电厂、漳山电厂也准备采取同样的措施。这种方法是否行之有效，还有待进一步探讨。 2、机组的真空系统严密性是一个普遍存在的问题。特别是有一个奇怪的现象，就是有些电厂在机组刚投运时，空冷系统的严密性较好，但通过运行一年半载后，出现了反常现象。由于空冷机组的真空容积庞大，汽轮机泄漏、安装焊接等原因，都会在很大程度上影响真空系统的严密性，致使机组背压提高，增大了煤耗，降低了机组带负荷的能力。针对上述情况，各电厂都采取了一些措施，如通过查漏检查，找到漏点并补漏；调整汽轮机轴端汽封等措施，尽量减小泄
第二节 汽轮机叶片静强度计算 叶片是汽轮机的主要零件之一，它将高速汽流的动能转换成机械功。为了确保叶片安全工作，以及分析其损坏原因，必须掌握叶片静强度计算和动强度校核方法。本节只讨论叶片静强度计算，重点介绍叶片的离心应力和蒸汽弯曲应力的计算，以及讨论围带、拉筋等对叶片弯曲应力和离心应力的影内。 一、单个叶片叶型部分的应力计算 汽轮机叶片由叶顶、叶型(叶片型线，或称叶身)和叶根三部分组成，叶片是在高温、高转速和高速汽流绕流或湿蒸汽区的条件下工作的。作用在叶型部分的力主要有两类：其一是与叶型自身质量和围带、拉筋质量有关的离心力；其二是高速汽流通过叶型通道时产生的蒸汽作用力，以及围带、拉筋发生弯曲变形时对叶片的作用力等。前者是叶型内部的离心应力；后者是弯曲应力。当叶片离心力的作用点不通过计算截面的形心时，离心力除了引起拉伸应力外，还要产生离心力偏心导致的弯曲应力。 叶片分为等截面和变截面叶片两类。两者的结构和受力不同，因而其离心力和弯曲应力的计算方法也有区别。 （一） 离心应力计算 汽轮机叶片在高速旋转时产生很大的离心力，由离心力引起的应力称为叶片的离心应力。由于离心力沿叶高是变化的，所以离心应力沿叶高各个截面上也是不相等的。尽管离心力在叶型根部截面最大，但高心应力的大小要视叶型截面的变化规律而定。 1．等截面叶片的离心应力计算 等截面叶片如图5.2.1所示，其叶型截面面积沿叶高不变。由于叶型根部截面承受整个叶型部分的离心力，所以根部截面的离心力c F 最大： 2ωρm c A l R F = （5.2.1）
式中 ρ——叶片材料密度； A ——叶型截面积； l ——叶型高度； m R ——级的平均半径； ω——叶轮的旋转角速度。 等截面叶片根部截面积的离心应力最大用m ax .c σ表示，即 2m ax ./ωρσm c c lR A F == （5.2.2） 由上式可得到几点有益的启示： 1） 等截面叶片的离心应力与其截面面积大小无关，也就是说对于等截面叶片不能用增加截面面积的方法来降低离心应力，因为随着截面积的增加其离心应力也 成比例增加，根部截面的最大离心应力保持不变。 2）当等截面叶片的材料和级的尺寸一定时要想降低叶片的离心应力只有采用变截面叶片。 3) 采用低密度、高强度的叶片树料可提高末级叶片的高度，增大极限功率。如钦基合金的33=4.510kg m ρ?．为一般不锈钢材密度的一半，可大大减小离心应力。我国研制的超硬铝合金材料比LC4，其33=2.810kg m ρ?，约为一般1Cr13、2Cr13叶片材料密度的35％，面其屈服极限0.2σ＝550MPa ．使用LC4材料可使末级叶高明显增加。 2．变截面叶片的离心应力计算 对于径高比θ＜8～12的级，常把其叶片设计成变截面扭叶片。采用变截面
直接空冷机组凝结水真空除氧方案设计 直接空冷汽轮发电机组主要建设在产煤缺水的地区。在国外，汽轮机排汽通常用与低压缸排汽口相连的管道引至直接空冷凝汽器。近年来，在我国的西北地区相继建设了一些大中容量的直接空冷汽轮发电机组，设计时对直接空冷凝汽器相关的系统作了改进（如：在直接空冷汽轮机低压缸排汽口下方设排汽装置，在凝结水收集箱上设除氧头，等等），还可继续完善。 1 存在的问题 我国改进设计的直接空冷凝汽系统见图1。排汽装置类似于湿冷机组的凝汽器，但没有水室和管束，颈部布置7号低压加热器，下部收集各种疏水，如：低压加热器疏水、汽机轴封冷凝器疏水、加热器危急疏水、汽机本体疏水、汽轮机湿排汽分离水、排汽因主支管散热而在其中凝结的倒流水、等等。排汽装置收集的疏水由疏水泵打入凝结水收集箱，流量变化大，尤其在冬季，排汽管散热量多，产生较多的凝结水流回排汽装置，给合理选定疏水泵的容量及台数带来一定的困难。凝结水收集箱主要收集空冷凝汽器排出的凝结水，进入凝结水收集箱的水（通称凝结水）有过冷度并含氧，由与排汽管相连的平衡管供汽加热并在真空环境下除氧，以减少凝结水的过冷度和含氧量，但受平衡管和排气管的限制（其实，不能选用管径大的排气管，否则排气带有大量蒸汽，影响真空泵的正常运行，并阻碍空冷凝汽器内不凝结气体的排出，降低空冷凝汽器的传热效率），不可能有较多的蒸汽流经除氧头，凝结水难以加热到饱和状态，过冷水不能深度除氧，蒸汽流量少，蒸汽中氧的分压力高，不仅使凝结水中的氧气难以扩散出来，而且容易使分离出的氧气再溶入凝结水中。因此，凝结水难以达到预期的除氧效果。据了解，漳山电厂300MW直接空冷机组的凝结水含氧量高达140—150μg/L，比国家标准规定值（≤30μg/L）高出3—4倍。在冬季，来自空冷凝汽器的凝结水过冷度会更大，凝结水的含氧量也会更高。此外，凝结水有过冷度会降低机组的热经济性。
汽轮机叶片设计及型线修整方法的研究 发表时间：2019-12-23T09:59:39.497Z 来源：《电力设备》2019年第17期作者：张立波 [导读] 摘要：叶轮是影响汽轮机工作效率的重要零器件，也是对汽轮机可靠性具有重要影响的器件。 （国电双辽发电有限公司吉林双辽 136400） 摘要：叶轮是影响汽轮机工作效率的重要零器件，也是对汽轮机可靠性具有重要影响的器件。随着经济社会的发展，汽轮机的数量越来越多，叶轮的形状更加复杂，对叶片的性能要求也越来越高。一些特殊叶片的加工技术难度大，传统的加工方式难以满足要求。对汽轮机叶片进行研究，可以提高汽轮机叶片制造技术的发展，促进新工艺的形成。基于此，本文主要对汽轮机叶片设计及型线修整方法进行分析探讨。 关键词：汽轮机；叶片设计；型线修整；方法研究 1、前言 所有叶片成型都必须同时考虑强度和气动两方面因素及它们之间的相互影响。叶片的气动、强度和振动性能取决于各特征截面叶型。而特征截面叶型的设计依赖于给定的初始参数。截面面积和最小惯性矩以及它们的径向分布是强度、振动计算的原始数据，由此决定了叶片的外形。 2、汽轮机叶片设计 2.1根部截面叶型设计 变截面的扭曲叶片的设计始于根部截面，所以这个截面对叶片设计是至关重要的，首先应仔细审核、确定根部截面半径，多数情况下，由于强度、气动性能要求，根部截面的设计是关键。若通道是收敛的，计算叶型和其它几何特性；若面积小，应增加叶型厚度，同时兼顾出口角O2/t，再用程序计算几何特性直至设计的面积符合要求，然后校核流道，计算汽道表面的速度分布，当根部截面叶型和汽道都达到要求时，找出叶型的重心，并通过此重心画x和y轴，所有的设计截面型线上的点以x、y轴为基准测量，而所有的设计截面型线重心都应落在x、y轴为圆心、半径为0.8mm的小圆内。上述过程完成了根部叶型的设计，接下来可进行顶部叶型的设计。 2.2顶部截面叶型设计 顶部截面叶型是在设计变截面叶片时另一个应注意的截面叶型，大功率汽轮机的末级叶片在顶部叶栅的特点是出口马赫数大，相对栅距大，折转角小。对于这类超音速叶型，当马赫数大于1.4时，可设计成缩放形通道，使汽流在扩张段内完成部分膨胀，膨胀波的强度比无扩张段的纯收敛形叶型减弱，损失减小。设计中仍旧需要进行强度和气动设计，顶部叶型需大于某最小面积，轴向宽度很窄、叶型细长，其最大厚度不要小于5mm。顶部叶型的流动控制区受到限制是因为最大节距和最大进口角都在顶部截面。对于一个好的叶型设计，两个相邻叶片的任何高度上进出边间应该有一些重叠。顶部叶型设计完成后，计算其几何特性，找出其重心位置，并将叶型放置于x、y轴，然后使x轴和y轴重合来叠合根部和顶部叶型。以上设计初步完成了根部叶型和顶部叶型的设计。若需对O2/t或面积分布调整，现在是最合适的时候。 2.3平均截面叶型设计 平均截面是指在出口边上50%叶高处的截面，是代表一个叶片基元级特征，要求有高效率。因此也是设计重点截面。首先用根部和顶部叶型线性插入一个大致的平均截面叶型，为满足平均截面的设计要求需做必要的调整直到达到收敛通道、要求的各初始参数和表面速度分布。平均截面的重心应该落在要求的小圆内，调整光顺进出口边。 3、型线修整方法 3.1精锻叶片的型线修整方法 对于精锻叶片型线，由于锻造余量比较小，叶身的偏移量给的比较小，所以对进气边和出气边的修整就显得尤为重要，它的修整方法也比较复杂。通过对叶片厂工程技术人员长期经验积累总结，有以下4种叶身型线修整方法。 3.1.1靠近叶根型面进气边型线的修整方法 图1为靠近叶根型面进气边型线修整方法示意图。 图1 靠近叶根部分，由于叶片扭曲翘起很高，为了防止出现倒勾影响出模，必须设置一定的拔模斜度，一般取为7°，具体修整过程如下：（1）作背弧13的偏移线1，距离1.5～3mm； （2）作进气边小圆12的偏移线2，距离25～30mm； （3）作进气边小圆12的偏移线3，距离5～8mm； （4）作内弧偏移线的进气边的延伸线4；与线3相交； （5）过线3和线4的交点作水平线5；