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1、亚临界300MW汽轮机,发展历程 总体设计思想 气动设计 本体方面的改进 热经济性评估 经济效益评估,发展历程,喷嘴子午面收缩 扭曲静叶 变截面动叶 900末叶低压缸 动叶自带围带 热耗1900 拱形围带,锥型喷嘴 静动叶直叶片 末叶869 热耗1930,调整通流盖度 增加汽封齿数 优化排汽涡壳 排汽导流环改进 隔板套改进 热耗1890 末级自带围带,1980,1990,1995,2000,未生产,26台,22台,10台,高效叶型 全三维设计 汽封改进 动叶扭曲 弯扭叶片 进汽改进 冷却蒸汽 热耗1870,优化型73#设计特点,可控涡方法设计通流部分 压力级全部采用扭曲静叶和变截面动叶 喷嘴子
2、午面收缩型线,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。,900末叶的低压缸模块低压缸用全三维方法进行流场校核计算末二级静叶采用弯扭（马刀）叶片末三级动叶采用扭曲叶片末二级动叶采用拱形围带低压全部静叶采用扭叶片 动叶自带围带成圈连接减少产生共振的几率,利于调频降低动应力,优化型73#设计特点,顺应了市场要求，在出产头四年里即取得了销售26台的成绩 动叶自带冠成圈装配取得了成功，安全性更好 保持了引进型的优势，并使整机的负荷适应性更强，调峰的范围更大 效率比引进型得到了明显提高,优化型73#实绩,完善化型73A#的设计特点,根据用户要求，调整通流
3、面积，调整通流盖度、减少撞击损失高压隔板汽封齿数由3增加到4末二级动叶采用自带围带优化了高排涡壳，减少排汽损失汽缸中分面螺栓加粗排汽导流环加支口高压隔板套加支撑键,小结 引进型-73# -73A#,新一代亚临界300MW汽轮机 总体设计思想,采用成熟的全三维气动热力设计体系 特征： 对一维热力系统 对静、动叶片叶型的气动性能 对级内流动的全三维计算 对多级的匹配进行准三维、全三维流场计算 进行通流的设计分析与优化,2. 先进的全三维气动热力设计程序 l 世界上各大型汽轮机制造厂家如西门子、ABB、GE、日立、东芝等都使用的CFX-TASCflow英国AEA公司开发的世界最先进的旋转机械CFD工
4、程软件，据西门子公司文章介绍，采用此软件设计的新型全三维叶片的级效率与传统叶片相比提高大约2%，机组效率提高1%以上。 l 叶片三维成型设计采用世界上最先进的三维曲面、实体造型软件CATIA。 l 中科院工程热物理研究所准三维气动计算程序 l 哈工大热力发动机教研室开发的准三维/全三维气动计算程序 l 苏联的准三维气动计算程序 l 东南大学全三维气动计算程序,新一代亚临界300MW汽轮机 总体设计思想,3. 二十万改造的成功经验,新一代亚临界300MW汽轮机 总体设计思想,新引进的大型精密加工设备做保证 多台数控铣床、数控转子车床 二台四轴五连动数控叶片铣床.,我公司汽轮机通流全三维设计应用,
5、三维流场计算软件TASCflowTASCflow软件是世界最先进的旋转机械CFD软件,它采用全三维N-S方程求解,允许使用湿蒸汽和真实气体,能够多级联算。世界上各大型汽轮机制造厂家如西门子、ABB、GE、东芝等都使用这一软件。1985年由著名的计算流体力学的先驱Ramcy教授领导的ASC公司成立,10多年来该公司研制的CFD软件在全世界旋转机械流体力学数值模拟市场上的占有率达90%以上。1997年ASC公司加盟英国AEA公司，并很快共同研制出,世界最先进的旋转机械CFD软件CFX-TASCflow 。右图是西门子使用TASCflow软件进行优化设计,开发出的新型全三维弯扭静、动叶片。摘自CFX
6、Update杂志1998年第16期发表的文章。文章阐述了西门子公司应用 TASCflow软件开发新型全三维叶片的成果,指出：新型全三维叶片的级效率与传统叶片相比提高大约2%,机组效率提高1%以上 。,TASCflow 后处理分析 主界面,子午面视图,周向平行面视图,叶片 表面 气动 特性 曲线,多级叶片三维流场计算模型,先进的叶片、通流结构,弯扭联合全三维成型叶片 图1是适用于中压缸两端弯扭叶片，图2是适用于低压部分弯扭叶片。 计算和实验证明采用这一技术可改善参数沿叶高的分布，大幅度地减少径向二次流、横向二次流和端部二次流损失，提高根部反动度，从而更加有效地提高级效率,使叶栅总损失系数下降25
7、%(见图3），级的效率提高1.5-2%。这些叶片已在哈汽公司的100MW、200MW、300MW通流部分广泛采用。 哈汽公司采用叶身与两端围带连为一体的数控加工工艺，加强了隔板强度和刚性。,高压第九级后加载弯静叶和原静叶损失比较,先进的叶片、通流结构,新一代“后加载”高效静叶型 内背弧面均为高阶光滑曲线构成。 最大气动负荷在叶栅流道的后部。 叶栅通道前段压力面与吸力面的压差减小，消弱了通道二次流的强度使叶栅总的二次流损失大为降低。 叶片尾缘较薄，可减少尾缘损失。 叶型最大厚度较大增强了叶片刚性。 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(攻角)较大范围变化时仍保持叶栅低损失特性。,
8、前掠静叶子午面流线图,本体方面的改进,汽封形式 隔板结构 冷却蒸汽 高压进汽插管 低压1#内缸法兰 动叶片 其他,汽封型式与漏汽量关系,1.汽封形式,高中压叶顶高压隔板汽封,末级次末级叶顶末级隔板汽封,1.汽封形式,73或73A高中低压隔板,2.隔板结构,73B高中压隔板,低压2-5级导叶片装配图,装配式隔板频率分析,考核原则：,固有频率要计算轴向振型、切向振型、一节点振型以及扭转振型。当这些频率与工作频率之比大于4.4时可以不调频，低于4.4时要调频，此时还要避开上一级动叶出汽边所引起的激振力一定范围。,装配式隔板频率分析,计算结果分析：第二、三、五级隔板的计算结果与谐波频率之比已大于4.4
9、, 避开了低频激振力；第四级的频率计算结果虽然与谐波频率之比小于4.4, 但可以通过适当的调频方法来解决。,结论： 低压15级隔板单只装配的结构可行,3 冷却蒸汽流程改进,16.9mm,3 冷却蒸汽流程改进,4、高压进汽插管结构的改进,安装时有间隙，运行时无间隙，不漏汽,“钟形罩”特点： “钟形罩”与其定位套之间有一定的径向间 隙，允许“钟形罩”在水平方向上有相对移动； 允许“钟形罩”在喷嘴室颈部内侧上下垂直移动而不影响密封； “钟形罩”有足够的强度、抗蠕变性能、抗磨损性能以保证其在连续全负荷工况下维持正确的径向密封尺寸； 考虑“钟形罩”与喷嘴室的胀差，保证在运行时“钟形罩”能完全密封。,5、
10、低压1#内缸法兰改进,消除内缸水平中分面漏汽,6、73B高中低压缸动叶片结构,全部采用变截面扭曲叶片 中低压采用新型叶根 取消动叶围带内的拉筋,中低压缸动叶自带冠和中间体由斜形改为直形,7.其他,疏水系统 取消中压缸疏水 将高压缸疏水改为通往高压排汽管,低压外缸下部的支承筋板加厚 低压排汽导流环板体由模压改为旋压,73B热经济性评估,1、通流部分改进产生的收益：,开发新型线，应用新型叶根 静、动叶全部采用变截面扭曲叶片 低压首级、末三级采用弯扭静叶 末级静叶采用弯扭加前掠结构,通流部分改进预计提高的效率,高压缸：1%以上 中压缸：1%以上 低压缸：1.2%以上整机热耗降低20.5Kcal/Kw
11、.h以上,2、高压进汽结构改进产生的收益,由两道密封环式插管改进为“钟形罩” 运行时无漏汽间隙 预计可使高压缸效率提高1.5% 整机热耗降低6Kcal/Kw.h,3、汽封结构改进产生的收益,调节级汽封由硬汽封改为多齿阶梯弹性汽封 高中压叶顶及隔板汽封由平齿改进为阶梯齿预计可使高压缸效率提高： 0.8% 预计可使中压缸效率提高： 0.2%可使整机热耗降低：4Kcal/Kw.h,3、汽封结构改进产生的收益,低压末级隔板采用悬挂式低直径汽封 末级次末级动叶叶顶采用三道齿直通式汽封 减少了漏汽损失 预计可使未级效率提高： 1% 低压缸效率提高：0.2%可使整机热耗降低：1.7Kcal/Kw.h,4、冷
12、却蒸汽流程改进产生的收益,73#机组冷却中压缸的蒸汽实际上大部分来自高排，73B机组的改进结构可保证冷却蒸汽来自调节级后，在总漏汽量基本不变的情况下，适当减少了进入中压的冷却蒸汽量，因此增加了中间再热的流量，使循环效率略有提高,可使整机热耗降低：1.4Kcal/Kw.h,5、其它,疏水系统的改进 高中压隔板静叶采用菱形头装焊 低压前五级采用装配式隔板 旋压制造排汽导流环 动叶结构改进 低压1#内缸法兰及螺栓改进 都对提高和保证机组的热力经济性有利,6、73B的热耗降低值汇总,73B的热耗值,西柏坡1#机热耗实测值为1910.7Kcal/Kw.h 经老化修正后此值为1897Kcal/Kw.h 7
13、3#机的热耗达到了设计值综上所述：73B#机的热耗可以达到 1870Kcal/Kw.h以下 且有足够大的裕度,73B的热耗在国内外所处的水平,1、国内三大厂最好的试验值比较,2、国内三大厂平凉投标值比较,3、国外350MW热耗和末叶比较,4、ABB鸭河口350MW最新试验热耗为 1898Kcal/Kw.h,73B在国内外所处的水平,扭曲动叶 末级前掠静叶 设计热耗值1870Kcal/Kw.h 国内领先、国际先进水平,社会效益估算,机组热耗降低后，每发1度电可节约4.8克优质煤。若按满发300MW/h，年运行7000小时可节约10080吨。（每吨煤170元计算，折合人民币应为171.4万元）,感谢各位领导 感谢各位专家,
