【F级联合循环调整抽汽系列汽轮机结构特点】

原创：陈倪，张立建，沈坚，胡泽丰，赵忠伟，刘纪伟，姚默然

在国家节能减排政策要求下，联合循环汽轮机从单纯发电逐渐向热电联产转变。为满足市场需求，上海汽轮机厂（简称上汽厂）开发了配F级一拖一联合循环抽汽系列机组，以满足主流的0.4～1.4MPa的可调整抽汽市场需求。系列机组的总体形式均为135MW等级，三压、中间再热、分轴、两缸两排汽，分为凝汽抽汽型（以下称NC型）和凝汽抽汽背压型（以下称NCB型）两大类型，满足不同用户的不同抽汽参数和抽汽量的需要。NC型机组采用旋转隔板调节抽汽压力，NCB型机组可以在凝汽、抽汽和背压三种模式下运行，满足用户不同的需求。

1. 总体结构

1.1. 基本参数

形式：双缸、反动（NCB）或反动加冲动（NC）、单轴、与燃气轮机分轴、双排汽、向下排汽、三压再热、凝汽抽汽式（NC）或凝汽抽汽背压式（NCB）。主汽参数：压力13.24MPa，温度562℃。再热参数：压力3.42MPa，温度560℃。补汽参数：压力0.52MPa，温度245℃。额定功率：139.1MW。抽汽压力：0.4～1.4MPa（系列覆盖范围）。

根据不同的项目，以上各参数在具体的产品中稍有不同。

1.2. 总体结构

该系列汽轮机均采用一个高中压合缸、一个双流低压缸的双缸结构，为模块化设计。

NC型机组中，高中压缸为双层缸，高压段与中压前段集成在整体内缸中，接后续的旋转隔板和中压后段，构成完整的高中压合缸的通流。旋转隔板承担调整抽汽压力的功能。

NCB型机组中，高中压缸亦为双层缸，高压段与中压段集成在整体高中压内缸中，使整个内外缸夹层工作在中压排汽环境中，有利于整个模块的可靠工作。高中压缸与低压缸之间设有连通管，连通管上设有低压主汽蝶阀和调节蝶阀，实现中压抽汽的压力调节以及对进入低压缸蒸汽的截断。

NC型与NCB型产品的低压缸均为双分流低压缸结构，采用内缸落地的支承、外缸座落于凝汽器的结构，该结构能够很好地避免参数变化对中心的影响，也能很好地保证滑销系统的可靠工作。

NC型机组的转子采用常规的四支点支承，4个轴承分别置于前、中、后3个轴承座中，轴承座均落地。发电机与低压缸后端相连接。

NCB型机组在高中压缸与低压缸之间设置了自动同步离合器，实现了对低压缸的轴系解列，为使自动同步离合器平稳工作，其一端设有延长轴，整个轴系则采用五支点的支承系统，5个轴承分别置于前、中I、中II、后4个轴承座中。发电机与高中缸前端相连接。

主汽阀组和再热阀组与汽缸之间均采用法兰连接，无导汽管，以消除管损，提高效率。补汽阀组通过导汽管接入中低压连通管，以使补汽进入低压缸。NC、NCB型典型机组的纵剖面示意图如图1所示。

NC型　　　　　　　　　　　　　　　　　　

NCB型

图1 NC、NCB型典型机组的纵剖面示意图

2．结构特点

2.1.  高中压合缸模块

NCB型机组中，高中压缸模块采用双层缸结构，无调节级，高压段和中压段反流布置，整个高中压段采用整体内缸结构，内部损失小，效率高，结构简洁，同时使外缸工作在参数相对较低的中压排汽蒸汽环境下，使其能够很好地适应快速启动^[1]。

NC型机组可实现0.85～1.4MPa的调整抽汽。在高中压缸模块中，采用了高压段与中压前段集成于整体内缸、旋转隔板与中压后段集成的两部分设计，前一部分内部各级均为反动式，后一部分内部为冲动式，使高中压段构成了冲动加反动的设计，调整抽汽口设于两部分之间。整体内缸的采用使内缸结构更简洁，同时降低了外缸的工作压力和温度。采用旋转隔板以实现调整抽汽，其具有结构成熟、空间占用少、汽流转折小的特点。

2.2.  可解列的低压缸模块

该系列机组中，中压排汽通过连通管进入低压缸。具体地，在NCB型机组中，连通管上设有低压主汽阀和低压调节汽阀，低压调节汽阀两端并联了1个口径相对较小的启动阀，均为蝶阀结构。

低压主汽阀能够实现对低压缸蒸汽的切断，配合轴系中所配置的自动同步离合器，可实现对低压缸的在线解列，实现高中压缸背压运行，使整个机组的供热达到最大化^[1]。

低压调节汽阀能够对进入低压缸的蒸汽进行控制，当机组以抽凝方式运行时，通过对低压调节汽阀的控制，实现对抽汽压力的控制，实现0.4～0.6MPa的调整抽汽。

当机组不需要供热抽汽时，低压主汽阀和调节汽阀全开，机组以纯凝汽方式运行。

启动阀则能够实现对低压缸的启动，当机组由背压方式转为凝汽方式运行时，采用启动阀控制低压缸转子的转速，通过自动同步离合器，实现低压缸向高中压缸的并联。

2.3.  切向进汽

该系列机组均包含1个主汽阀组和1个再热阀组，主汽阀组和再热阀组与汽缸均采用法兰连接，无导汽管结构，并实现了切向进汽。无导汽管结构消除了采用导汽管所导致的管道压损，而切向进汽改善了进汽通道的流动特性，使整个汽缸的效率得到较大提高。切向单侧进汽结构如图2所示。

图2 切向单侧进汽结构

2. 4. 新型800mm末级长叶片

为适应该系列机组低压缸排汽量需要，上汽厂开发研制了800mm的新型末级长叶片。新型长叶片采用ILB型设计，具有结构紧凑、动应力小、气动性能优良、抗水蚀能力良好等优点^[2]；同时新开发了与此相配套的次末级叶片，优化了整个低压通流。新型长叶片的采用提高了低压缸效率，也丰富了长叶片的序列。

2. 5. 实现镜像对称布置

为满足用户需要，系列产品对主汽阀组、再热阀组、抽汽口等作了左右对称设置，当用户安装2台同型号机组时，可实现2台机组的镜像对称布置，方便了用户的设备布置。机组镜像对称布置示意如图3所示。

图3. 机组镜像对称布置示意图

2. 6. 模块化应用

该系列机组的一大亮点就是能够实现不同参数的调整抽汽，从而实现从区域供热到工业用汽的较大范围覆盖。当需要区域供热时，NCB型机组是最好的选择，该型机组所具有的供热特性可最大程度满足区域供热的需要，并且表现出最佳的经济性。NC型机组的抽汽则更适用于工业用汽，通过调整旋转隔板的结构尺寸，实现较大范围抽汽压力的应用，使整个系列机组具备了模块化应用的特点。

2.7. 新型旋转隔板与执行机构

旋转隔板是制造厂的核心技术。在该系列的NC型机组中，开发了新款旋转隔板作为实现调整抽汽的手段。由于该处的工作温度最高可超过400℃，因此，旋转隔板的工作副采取了喷涂高温低摩擦系数硬质合金的设计，使其能够在高温状态下正常工作。旋转隔板采用力偶式双驱动的执行机构，在提高驱动力的同时，可以有效防止机构卡涩^[3]。

旋转隔板靠近中压排汽端，汽缸的中压抽汽口占用了较大空间，与执行机构在空间上形成干涉。为此，上汽厂开发了新的旋转隔板执行机构，对结构作了大幅改进，将原来的基本外置的机构改为准内置的机构，除了与油动机相连的连接杆之外，将其余的机构部件均置于汽缸内部，同时将油动机的驱动方式由原来的上下驱动改为横向驱动。改进后的执行机构基本不占用外部空间，为旋转隔板的应用创造了条件。旋转隔板执行机构示意如图4所示。

图4 旋转隔板执行机构一侧示意

3．结  论

F级一拖一型可调整抽汽系列机组中，已有3个型号的机组在不同的联合循环电厂得以运行，机组的经济性、运行灵活性、抽汽性能等均表现良好。该系列机组所具有的各项技术特点为产品的效率和灵活可靠的运行提供了充分的保证。机组的成功开发丰富了联合循环汽轮机产品系列，为不同的用户提供了更多的汽轮机产品选择。

参考文献：

[1] 沈坚，张立建，陈倪. F级二拖一联合循环抽凝背汽轮机的开发[J].装备机械，2013，145（3）：14-18.

[2]王恭义，程凯，杨建道，等. 800 mm 末级长叶片疲劳特性分析与寿命预估[J].热力透平，2013，42（1）：40-42,61.

[3]胡泽丰. 高参数旋转隔板在300MW等级抽汽式机组上的运用[J].热力透平，2011，40（1）：59-61.

（本文原载《热力透平》2018年第2期。）

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