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      三缸三排汽200MW汽輪機低壓光軸轉子結構形式的選擇和應用

      吳長軍 王海成

      (華電能源股份有限公司,黑龍江哈爾濱,150001)

        【摘 要】電力系統節能降耗、高效環保一直是我國節能減排工作的重要組成部分;為了加快節能步伐,熱電聯產是節能的重要途徑之一,熱電聯產中屬背壓供熱節能效果最為顯著。目前小機組純凝改背壓的實例很多,改造成功最大機組為210MW機組,本文主要就華電能源富拉爾基發電廠汽輪機低壓缸光軸改造技術中低壓轉子的結構進行了詳細論證,分析了低壓轉子套裝結構的必要性和特點,同時闡明了如何保證低壓缸具備低壓轉子互換能力。

        【關鍵詞】三缸三排汽;200MW汽輪機;低壓光軸轉子;結構形式

        隨著國家對城市化進程的不斷推動,城市熱用戶不斷增加,熱用量不斷的加大,怎樣才能更好、更有效地對整個熱網進行管理,實現熱網的可靠經濟運行就成為人們迫切關注的問題,而蓄能系統就是在這樣的背景下應運而生,但是蓄能系統的供熱能力畢竟有效,為了更進一步發揮汽輪機組的供熱能力和深度調峰水平,我們提出了光軸改造技術,即將汽輪機低壓缸原有的葉片拆除,形成光軸,以滿足冬季采暖供熱,擴大熱網供熱能力,降低機組運行熱耗。本文主要就華電富拉爾基電廠三缸三排汽200MW汽輪機進行低壓光軸供熱改造進行深度探析。

        1 機組簡介

        富拉爾基發電廠汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產N200-130/535/535型超高壓一次中間再熱、三缸三排汽、凝汽式汽輪機,機組有三個低壓缸。總裝機容量1200MW,分為二期建設,一期3臺200MW機組,二期擴建3臺200MW機組,共6臺200MW凝汽式機組。汽輪機均為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司八十年代產品,汽輪機為沖動式三缸三排汽凝汽式汽輪機。分別于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投產發電。其中二期3臺汽輪機分別在1996、1997、1998年采用全三維技術進行了通流部分擴容改造,額定功率達到210MW。

        2 低壓缸轉子光軸改造的原理

        富拉爾基發電廠200MW汽輪機,是哈爾濱汽輪機廠有限責任生產的三缸三排汽超高壓一次再熱機組。根據業主要求,要對機組進行供熱改造。為了增加供熱量,擬將4#機組的2#低壓缸內的雙分流的全部通流拆除,更換成光軸,并改造連通管,成為供熱機組。將現有汽輪機改后,從中壓缸排出的蒸汽的一部分仍然進入1#低壓缸做功并進入冷凝器凝結,而2#低壓缸不再有蒸汽進入,直接從連通管抽出去供熱。2#低壓轉子拆除,更換成一根光軸,連接中壓轉子與發電機,起到傳遞扭矩的作用。

        改造后,低壓缸采用雙轉子互換形式,非供熱期仍采用原機組低壓轉子,低壓缸以純凝形式運行;供熱期低壓轉子采用低壓光軸,只起連接作用,低壓部分并不作功發電,中低壓聯通管排汽用于供熱,充分利用汽輪機排汽供熱,減少冷源損失,增大供熱量,以滿足冬季采暖供熱,擴大熱網供熱能力,降低機組運行熱耗,能有效的滿足富發電廠規劃的250萬平方米的供熱負荷,并為富發電廠新機供熱提供備用熱源,保障供熱安全。

        3 低壓光軸轉子的選型分析

        為確保低壓缸改造工作順利進行,我們重新設計一根新低壓轉子,轉子為無葉片光軸轉子,只起到將中壓轉子和發電機轉子連接傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉子的互換性,新光軸轉子采用套裝結構。新設計光軸轉子主軸尺寸與原機組低壓轉子主軸尺寸相同,都是整體鍛造結構,用新設計配重套筒來代替原轉子正反五級葉輪及葉片,轉子配重套筒采用等通徑結構,并盡可能保證套筒重量及位置與原葉輪基本相同,這樣使新設計轉子重量、揚度和臨界轉速與原低壓轉子接近。主軸軸徑處尺寸與原低壓轉子軸徑尺寸相同,無需更換原低壓支持軸承。如圖1所示。

        從圖2、圖3可以看出套裝光軸低壓轉子與原低壓轉子冷態撓度曲線基本相同,這樣新舊轉子有很好的互換性。

        4 低壓光軸轉子在光軸改造中的應用及特點

        汽輪機低壓缸及轉子經一次性改造后,盡管冬季采暖供熱期能夠實現高背壓循環水供熱,而且具有顯著經濟性和安全性,但非采暖供熱期機組運行工況嚴重惡化,機組出力、運行經濟性、安全性均無法恢復到原純凝工況,致使全年運行經濟性無明顯改善。為了解決這個問題,我們想到了一個好的解決辦法——即低壓轉子互換技術,而低壓轉子互換技術實施的必要性就是低壓轉子套裝結構,為了解決排氣溫度高和葉片顫振,采用供熱期用專門設計的供熱低壓轉子,供熱結束后換回到純凝低壓轉子,低壓轉子套裝結構具有一下特點:

        優點:在設計工況下排氣溫度不高,不會產生顫振。安全性高。

        缺點:投資偏大,變工況時,溫度略有增加(85度左右),本身抽汽量達不到要求的溫度,需要其它幾組抽汽提溫。每年需要例行更換轉子一次。

        基于上述分析,我們提出了汽輪機低壓缸“雙轉子互換”循環水供熱的改造理念。所謂的低壓缸“雙背壓雙轉子互換”循環水供熱,即:在供熱運行工況時,使用新設計的動靜葉片級數相對減少的高背壓低壓轉子,凝汽器運行高背壓(40~45kPa),對應排汽溫度提高至80℃左右,進行循環水供熱;在非采暖期,再將原純凝轉子和末級、次末級隔板恢復,排汽背壓恢復至原設計背壓(4.9kPa),完全恢復至原純凝機組運行工況。

        5 確保兩條低壓轉子前后對輪具有良好互換性的技術措施

        實現汽輪機低壓缸“雙轉子互換”的技術關鍵點就是保證兩條轉子具有良好的互換性,避免在轉子更換時對輪螺孔重復鉸孔。

        富拉爾基發電廠改造時采取的技術措施:

        (1)將汽輪機高中壓轉子、原純凝低壓轉子、低發對輪全部運至哈爾濱汽輪機廠,對低壓轉子前后對輪螺孔進行標準化處理,定位對輪螺孔精確坐標,是兩個低壓轉子契合度最高。

        (2)制定嚴密的機加工工藝,利用高精度數控鏜床加工對輪螺孔,使兩套低壓轉子在互換時,對輪螺孔嚴絲合縫,誤差可控。

        (3)對輪螺栓采用液壓膨脹螺栓,彌補微小加工誤差。

        通過采用上述嚴密的加工技術措施后,成功實現了兩條低壓轉子互換,避免了現場重復鉸孔。

        6 關鍵技術及創新點

        (1)冬季供熱運行時取消#2、#3低壓缸2×5級通流,去掉低壓全部隔板和轉子,汽輪機組的基礎、汽缸等盡量不動,通流部分改造后夏季仍可恢復原純凝運行,這樣可充分發揮低壓缸雙轉子互換的優勢,既滿足了夏季機組接帶負荷的需求,還可滿足機組冬季運行的深度調峰。

        (2)重新設計制造一根無葉片的光軸轉子代替原低壓轉子,將中壓轉子和發電機轉子連接起來,起到傳遞扭矩的作用。為保證新舊轉子互換性,新設計低壓光軸轉子仍采用套裝結構,以保證新設計低壓光軸轉子盡量與原純凝轉子揚度及臨界轉速相近,套裝結構使兩套轉子更換工作量大大減小,增加了轉子的使用壽命,套裝結構轉子提高了機組在額定工況運行的安全性能。

        (3)改成光軸供熱運行后,由于低壓光軸會產生鼓風,從而使低壓缸發熱,影響機組安全運行,引一部分冷卻蒸汽進入低壓缸進行冷卻,凝汽器繼續保持運行,新引入的一路汽源在機組冬季供熱期間面臨機組啟停操作時,可有效減低汽輪機低壓缸的排氣溫度,防止汽輪機低壓缸安全膜破裂損壞。

        7 結語

        隨著城市供熱的多元化發展,城市供熱面積的逐漸增大,與供熱發展成反向的是國家經濟加速速度的放緩和熱電廠出力的急劇下降,在這樣的背景下研究低壓缸光軸技術就顯得很有必要,在低負荷情況下,仍然能保證供熱機組的優勢,在機組深度調峰期間,低壓缸光軸改造發揮的巨大作用就是從省調的兩個細則中獲得了補償電量,給企業的經營帶來的新的利潤增長點,本文主要就在汽輪機低壓缸光軸改造技術中低壓轉子機構形式的選型進行了詳細分析和認真論證,為今后有相關技術改造需求的單位提供必要的理論依據。

      來源:《中國科技縱橫》2016年24期

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