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秦山二期650 MW核电汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂有限责任公司自主研制为主、并与美国西屋公司联合设计、合作制造的我国首台600 MW级核电汽轮机,型号为HN642-6.41,是单轴、四缸六排汽、带中间汽水分离再热器的反动凝汽式汽轮机.该机有1只高压缸和3只低压缸, 均采用双层缸结构,双分流,对称布置,正反向各7级,采用积木块式设计,高压部分是以原火电600 MW中压缸积木块(BB051)核电化后的高压缸积木块(BB051N)型式,3个低压缸基本相同,为核电化的BB0474R积木块型式.该机通流级数少,效率高;通流部分流线平滑,高、低压缸为对称布置,轴向推力自平衡;采用枞树型叶根,尺寸小、强度高、安全性好、拆卸方便;采用多层缸结构,通流部分轴向间隙大,径向间隙小,具有较好的热负荷和变负荷适应性;采用数字式电液调节(DEH)系统,自动化程度高.通流部分运用可控涡设计,动叶自带围带(低压末3级除外)成圈连接,使机组有较高的可靠性及经济性,保证热耗9970 kJ/kWh.WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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1 主要设计与结构特点P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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与常规火电汽轮机相比,核电汽轮机的主蒸汽参数和相对内效率都比较低,因此主蒸汽的汽耗量、比容和体积等都大得多,并且通流部分的绝大多数级处于湿蒸汽区.因此,为提高核电汽轮机运行的安全可靠性和经济性,其设计、结构有不同于火电汽轮机的特点,现将 HN642-6.41型汽轮机的主要设计与结构特点分析总结如下.WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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1.1 热力系统——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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利用美国西屋公司PH程序计算热平衡,并根据核电汽轮机主蒸汽参数低、高压及低压后几级湿度大等特点,考虑了湿度损失的影响.低压部分采用非对称抽汽.分缸压力适应低压积木块BB0474R.背压经冷端优化确定为5.39 kPa(a),并作为额定和最大保证工况的背压.WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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1.2 轴系WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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秦山二期650 MW汽轮发电机组的轴系首次采用1个高压缸积木块和3个低压缸积木块结构,与600 MW火电机组轴系的区别在于:①在低压第一次采用四瓦块可倾瓦轴承,这种轴承稳定性好,自位及润滑性能好;②首次在大型汽轮机上采用无中心孔转子.WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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秦山二期汽轮发电机组轴系与600 MW湿冷汽轮发电机组轴系最大的不同是,汽轮机转子全部是无中心孔转子,汽轮机低压转子轴承全部采用四瓦块可倾瓦轴承,低压转子(LPIII)和发电机间取消中间轴.秦山二期汽轮发电机组轴系由高压转子(HP)、中间轴(JSI)、低压转子I(LPI)、中间轴(JSII)、低压转子II(LPII)、中间轴(JSIII)、低压转子III(LPIII)、发电机转子(GEN)和励磁机转子(EXC)组成.系统中共有11个支持轴承和1只LEG型推力轴承,1号~8号为汽轮机轴承(全部采用四瓦块可倾瓦轴承),9号和10号为发电机轴承,11号为励磁机轴承,LEG型推力轴承安装在1号低压缸前轴承座内.除励磁机转子采用单支承外,其余转子均采用双支承结构.轴系组成简图如图1所示.轴系分析上采用成熟的Q因子方法,通过设计计算、论证确认了该轴系的合理性和可靠性,机组运行后得到了证明.WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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1.3 积木块结构WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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高压积木块是在成熟的火电600 MW中压积木块基础上改进设计而成的,并保留了原有特点:如双层缸结构以减小压差和温差;窄法兰以减小热容量;双分流布置,轴向推力自平衡等.在保留 BB051积木块特点的基础上,由于核电机组工作参数与火电有较大不同,必须对原积木块进行强度核算和结构改进,核电化的内容主要有:中分面螺栓重新布置,并加粗了部分螺栓以保证足够的密封压力;采取防侵蚀措施;抽汽口位置重新布置以增加一级抽汽(增加一组隔板套)等.WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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低压积木块为BB0474R,是在成熟的火电600 MW低压积木块BB0474R基础上核电化改进设计而成的.由于600 MW级核电汽轮机的低压参数均在BB0474R的参数限制值范围之内,其设计与结构保留了原有特点:如双层缸(内缸一体化);加强型无中心孔整锻转子;末 3级全自由叶片(5、6级动叶片顶部蜂窝汽封);第6、7级隔板低直径弹簧汽封等.核电化改进设计的内容主要有:末3级设去湿结构,动叶片镶司太立合金片等.WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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1.4 通流WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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高压通流采用的是原火电600 MW中压积木块BB051核电化后的BB051N积木块,双分流,对称布置,正反向各7级,动静叶选用美国西屋公司可控反动度2500系列叶型,动叶采用 P型枞树型叶根,自带围带结构,并被设计成不调频叶片.低压通流基本采用以火电设计的BB0474R模块为基础的核电化改进设计而成的积木块,双分流,对称布置,正反向各7级,前4级动静叶片采用可控反动度1100系列叶型,动叶片为P型枞树型叶根,自带围带结构,并被设计成不调频叶片,后3级动叶片为全自由叶片,圆弧型枞树型叶根,调频叶片.通流部分设计充分考虑了核电湿度大的特点,高压部分与湿蒸汽接触的零部件,除了考虑到有足够的强度性能以外,还采用防侵蚀材料,低压部分除了采用去湿结构以外,还有采用其他方法以防止末几级由于湿度大或处于过渡区而引起的叶片等零部件的侵蚀.WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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1.5 动、静叶片WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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高压动、静叶片均采用美国西屋公司可控反动度2500系列叶型,其强度、振动及气动特性均按美国西屋公司判别准则进行设计计算.隔板由自带独立内、外环的静叶组装焊接而成.动叶均为不调频的自带围带结构,叶根为P型枞树型.低压动静叶片均采用可控反动度1100系列叶型,其强度、振动及气动特性均按美国西屋公司判别准则进行设计计算.前5级隔板为自带独立内、外环的静叶组装焊接而成的组焊式;前4级动叶为不调频的自带围带结构,叶根为P型枞树型,后 3级动叶为全自由、调频叶片,叶根为圆弧型枞树型.次末级、次次末级动叶顶部汽封为蜂窝式汽封,此种汽封可以收集叶片流道内的水分,增强去湿效果,同时起到汽封作用,提高效率.WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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1.6润滑油系统WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
采用先进的油涡轮增压泵供油系统取代传统的射油器供油系统,效率高,减小了主油泵流量、增压压力和功率,提高了机组出力,并提高了机组停机过程的安全可靠性.采用LEG型推力轴承,较大地减小了流量和耗功,有助于提高机组出力和减少设备投资.汽轮机8个支持轴承采用四瓦块可倾瓦轴承,在温度变化时可保持对中,并且可倾瓦块外用球面调整销支承在轴承套内,自位性能好.油箱回油滤网改为2个,在机组正常运行时,2个可互为备用,便于随时清洗或调换.盘车装置采用涡轮涡杆副传动,低速盘车,可自动投入,当汽轮机冲转时,可自行脱开.装在3号低压缸(电端)下半轴承箱内,小修时不影响操作.为降低盘车负荷,低压缸每个轴承均配备有高压油顶起装置.顶轴系统采用母管制,6个低压轴承和2个电机轴承顶起,降低了盘车电机功率.WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
1.7去湿和防侵蚀WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
1.7.1高压部分W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
高压内外缸、进汽导流环采用抗腐蚀性能强的ZG15Cr2Mo1材料.隔板套、内外汽封采用12%Cr不锈钢材料ZG0Cr13Ni4Mo(10715AR).高压外缸易受侵蚀的局部地区在汽缸基材上堆焊一层8mm厚的防侵蚀不锈钢材料1Cr12Ni4Mo(10765EX).WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
1.7.2低压部分WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
在湿度大于4%的区域,如末级、次末级设去湿结构,在次末级动静叶之间设有去湿孔.第5、6级动叶顶部设蜂窝汽封可有效去除动叶顶部的水分.末级动静叶之间靠排汽导流环与低压内缸之间的3mm间隙去除水分.末级静叶通道内有去湿孔,有助于提高末级动叶的抗腐蚀能力.末3级动静叶之间的间隙适当增大以减小对动叶片的水蚀.末3级动叶进汽边焊有司太立合金片,以有效防止动叶水蚀.——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户