专利名称：超超临界空冷汽轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超超临界空冷汽轮机，适用于缺水地区火力发电厂，属于发电设备汽轮机技术领域。
背景技术：
亚洲和非洲的有些国家以及我国的西北和华北地区，都属于富煤或富油但缺水或干旱的地区，建设火力发电厂面临缺水的问题。全球水资源日趋减少，而且工业及生活耗水量却与日俱增。我国水资源安全问题日趋严峻，人均占有水资源数量相当于世界人均数量的四分之一，且在地域分配上极不均衡，在我国北方的山西、陕西、内蒙、新疆、甘肃等富煤地区，水资源十分缺乏。在我国的600多个城市中，400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。水资源短缺已经成为影响我国经济发展的因素之一。火力发电厂是工业用水大户，用水量占工业用水的20％以上。随着国民经济的发展电力工业迅速发展，大容量火电厂不断增加，火力发电厂受水资源制约的矛盾越来越突出。国内外在缺水地区建设火力发电厂采用亚临界空冷汽轮机，简称空冷汽轮机。亚临界空冷汽轮机的低压排汽采用直接空冷系统或间接空冷系统冷却，其耗水量仅为同功率湿冷汽轮机耗水量的四分之一，节水效果显著。国内外目前采用的空冷汽轮机为亚临界空冷汽轮机，汽轮机进汽参数为亚临界参数，主蒸汽压力为16.67MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度的范围约为538℃至540℃。亚临界空冷汽轮机的优点是可以应用于缺水地区，亚临界空冷汽轮机的主要缺点是系统热耗率高、机组热效率低。
超超临界湿冷汽轮机的进汽参数为超超临界参数，主蒸汽压力的范围为25.0MPa至32.0MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度的范围为580℃至720℃。超超临界湿冷汽轮机的特点是经济性好，与同功率的亚临界空冷汽轮机相比，超超临界湿冷汽轮机的主要优点是热耗率低，机组热效率高。超超临界湿冷汽轮机的热耗率比亚临界空冷汽轮机约低4至8个百分点，超超临界湿冷机组的热效率比亚临界空冷机组约高4至8个百分点，比超临界湿冷机组的热效率高，如图1所示，为超超临界湿冷汽轮机低压缸结构示意图，主要由低压汽缸、低压轴、轴承座、静叶片、动叶片、排汽扩压管组成，它的结构特点为1.超超临界湿冷汽轮机低压汽缸的末级动叶片11的高度范围在800mm至1300mm之间；2.超超临界湿冷汽轮机两个低压汽缸9、10的高度为6000mm-9500mm，长度为6000mm-9000mmm；3.通常低压缸的轴承座12在低压缸里面，采用座缸式轴承座，轴系中心线将会随低压缸排汽温度的变化而上下升降，导致轴承负荷重新分配，影响轴系稳定性；4.超超临界湿冷汽轮机低压缸的排汽扩压管13的总长为1900mm-3000mm，排汽扩压管的导流环出口直径Φ为4500mm-6000mm，排汽扩压管的外壁起始扩散角α2为15°-25°。
超超临界湿冷汽轮机的低压排汽采用循环水系统和湿冷凝器冷却，其主要缺点是耗水量大，在缺水地区无法使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以应用于缺水地区，耗水量小，而且热耗率低，机组热效率高的超超临界空冷汽轮机。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种超超临界空冷汽轮机，由超超临界湿冷汽轮机高压缸、超超临界湿冷汽轮机中压缸和两个低压缸组成，其主要特点在于，所述的两个低压缸为空冷汽轮机低压缸，超临界湿冷汽轮机中压缸和空冷汽轮机低压缸之间、两个空冷汽轮机低压缸之间由落地式轴承座连接。
所述的两个空冷汽轮机低压缸的末级动叶片高度缩短至500mm-700mm；所述的两个空冷汽轮机低压缸的汽缸高度H减小为4500mm-7500mm，轴向长度L减小为4500mm-7500mm；所述的低压缸轴承座在两个低压缸的外面，为落地式轴承座结构；所述的两个空冷汽轮机低压缸的排汽扩压管的总长L1缩短为700mm-2000mm，排汽扩压管的导流环出口直径Φ减小为4000mm-5000mm，排汽扩压管的外壁起始扩散角α2扩大为20°-35°。
所述的两个空冷汽轮机低压缸的第1级叶片叶高原叶片叶高的1.1倍至1.25倍。
本发明提供一种超超临界空冷汽轮机，该汽轮机采用超超临界进汽参数，主蒸汽压力的范围为25.0MPa至32.0MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度的范围为580℃至720℃，即超超临界空冷汽轮机的高压缸与中压缸同超超临界湿冷汽轮机的高压缸及中压缸结构相同。超超临界空冷汽轮机的两只低压缸从结构上改进使该汽轮机的低压排汽冷却采用直接空冷系统或间接空冷系统，使超超临界空冷汽轮机既具有超超临界湿冷汽轮机的热耗率低，机组热效率高的优点，又具有亚临界空冷汽轮机耗水少，可以应用于缺水地区的优点。
与同功率超超临界湿冷汽轮机相比，两个空冷汽轮机低压缸的末级动叶片高度缩短，超超临界空冷汽轮机的低压排汽面积约为超超临界湿冷汽轮机排汽面积的50％至70％，以适合于超超临界空冷汽轮机的背压高。由于超超临界空冷汽轮机低压排汽面积小，超超临界空冷汽轮机低压排汽缸应采用气动性能优良的结构，低压排汽缸的损失系数ξn＜1。
超超临界空冷汽轮机末级采用比较短的动叶片，是为了适应空冷机组背压高、容积流量小的特点。超超临界空冷汽轮机的设计背压比超超临界湿冷汽轮机约高1倍至2倍；超超临界湿冷汽轮机的最高背压一般比设计背压约高1倍，超超临界空冷汽轮机的最高背压一般比设计背压约高3倍。超超临界湿冷汽轮机的背压变化取决于湿球温度，而超超临界空冷汽轮机的背压取决于大气干球温度。大气温度昼夜温差大，故超超临界空冷汽轮机背压变化频繁。超超临界空冷汽轮机采用比较短的末级叶片，在背压高、背压变化范围大的条件下，具有较高的级负荷，脱流区域小，且要求流动不阻塞。超超临界空冷汽轮机采用比较短的末级动叶片，可以提高动叶片的刚度，有利于减少叶片的动应力峰值。
超超临界空冷汽轮机带负荷运行的排汽温度等于汽轮机背压对应的饱和温度。由于超超临界空冷汽轮机背压高且背压变化幅度大，则超超临界空冷汽轮机低压排汽温度高且变化幅度大。超超临界空冷汽轮机低压缸的中心线将随低压缸排汽温变化而抬高或降低。故超超临界空冷汽轮机应采用落地式轴承座结构，低压缸轴承座直接支撑在钢筋混凝土浇制的基础上，轴系中心线不随低压排汽温度变化，轴承负荷分配也不随低压排汽温度变化，确保超超临界空冷汽轮机轴系稳定性。
由于超超临界空冷汽轮机低压缸采用落地式轴承座，由原来在汽轮机低压缸里的轴承座移到了汽轮机低压缸的外面，致使汽轮机低压缸的排汽扩压管的总长缩短，但汽轮机低压缸的排汽扩压管的总长缩短，会使低压缸排汽气动性能变差。通过改变排汽扩压管的导流环出口直径和排汽扩压管的外壁起始扩散角α2可使汽轮机低压缸的排汽损失减小，弥补低压排汽缸的相对距离缩短的缺点，达到低压排汽缸气动性能较好的目的。
由于主蒸汽和再热蒸汽温度的提高，超超临界空冷汽轮机低压转子进汽部位工作温度升高。超超临界汽轮机低压转子第1级叶片叶型根部采用负反动度结构，是为了降低低压转子进汽部位的工作温度。在低压第1级动叶片的叶型根部，负反动度使得动叶片根部出汽侧的压力比静叶片叶型根部出汽侧的压力高，使得做了功而降低了温度的动叶片出口的蒸汽经过动叶片叶型根部和纵树型叶根底部间隙流向静叶出口。这种汽流的反向流动使低压转子的轮缘和低压转子进汽高温部位得到了冷却。动叶片叶型根部采用负反动度后，第1级动叶片的叶高有所增加，其高度为不采用叶型根部负反动度的动叶片叶高的1.1倍至1.25倍。
本发明的优点是热耗率低，机组热效率高，其耗水量仅为同功率超超临界湿冷汽轮机的四分之一，可在缺水地区使用。
图1为超超临界湿冷汽轮机低压缸结构示意图；图2为超超临界空冷汽轮机结构示意图；图3为超超临界空冷汽轮机低压缸结构示意图；图4为超超临界空冷汽轮机低压缸末级扩压管结构示意图；具体实施方式
实施例以600MW超超临界空冷汽轮机为例，主蒸汽压力25MPa，主蒸汽温度600℃，再热蒸汽温度600℃，设计背压16kPa。
如图2所示，为超超临界空冷汽轮机结构示意图，由超超临界湿冷汽轮机高压缸1、超超临界湿冷汽轮机中压缸2、空冷汽轮机低压缸3和空冷汽轮机低压缸4组成，低压缸3和低压缸4采用落地式轴承座。
如图3所示，为超超临界空冷汽轮机低压缸结构示意图，低压第1级动叶片8的高度为201mm，末级叶片5的高度为664.99mm；空冷汽轮机低压缸3和空冷汽轮机低压缸4的汽缸高度H为5400mm，轴向长度L为5400mm；低压缸采用落地式轴承座。
如图4所示，为超超临界空冷汽轮机低压缸末级扩压管结构示意图，空冷汽轮机低压缸3和空冷汽轮机低压缸4的排汽扩压管7的总长L1为1077.1mm，排汽扩压管7的导流环出口直径Φ为4500mm，末级排汽环形面积4.44×4m2；排汽扩压管7的外壁起始扩散角α2为25°；排汽扩压管7的总长L1与末级叶片5的高度之比为1.620，扩压管损失系数ξn＝0.995，ξn＜1达到了优化设计。
权利要求
1.一种超超临界空冷汽轮机，由超超临界湿冷汽轮机高压缸(1)、超超临界湿冷汽轮机中压缸(2)和两个低压缸组成，其特征在于，所述的低压缸为空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)，超临界湿冷汽轮机中压缸(2)和空冷汽轮机低压缸(3)之间、空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)之间由落地式轴承座(6)连接。
2.根据权利要求1所述的超超临界空冷汽轮机，其特征在于，所述的空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)的末级动叶片(5)高度缩短至500mm-700mm。
3.根据权利要求1所述的超超临界空冷汽轮机，其特征在于，所述的空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)的汽缸高度H减小为4500mm-7500mm，轴向长度L减小为4500mm-7500mm。
4.根据权利要求1所述的超超临界空冷汽轮机，其特征在于，所述的低压缸轴承座(6)在空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)的外面，为落地式轴承座结构。
5.根据权利要求1所述的一种超超临界空冷汽轮机，其特征在于，所述的空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)的排汽扩压管(7)的总长L1缩短为700mm-2000mm，排汽扩压管(7)的导流环出口直径Φ减小为4000mm-5000mm，排汽扩压管(7)的外壁起始扩散角α2扩大为20-35°。
6.根据权利要求1所述的一种超超临界空冷汽轮机，其特征在于，所述空冷汽轮机低压缸(3)和空冷汽轮机低压缸(4)的第1级叶片(8)的叶高为原叶片叶高的1.1倍至1.25倍。
全文摘要
本发明涉及一种超超临界空冷汽轮机，适用于缺水地区火力发电厂，一种超超临界空冷汽轮机，由超超临界湿冷汽轮机高压缸、超超临界湿冷汽轮机中压缸和两个低压缸组成，其特点在于，所述的两个低压缸为空冷汽轮机低压缸，超超临界湿冷汽轮机中压缸和空冷汽轮机低压缸之间、两个空冷汽轮机低压缸之间由低压缸轴承座连接，即超超临界空冷汽轮机的高压缸与中压缸同超超临界湿冷汽轮机的高压缸及中压缸结构相同。超超临界空冷汽轮机的两只低压缸从结构上改进使该汽轮机的低压排汽冷却采用空冷，使超超临界空冷汽轮机既具有超超临界湿冷汽轮机的热耗率低，机组热效率高的优点，又具有亚临界空冷汽轮机耗水少，可以应用于缺水地区的优点。
文档编号F01D25/08GK1605717SQ20031010784
公开日2005年4月13日 申请日期2003年10月10日 优先权日2003年10月10日
发明者史进渊, 孙庆, 杨宇, 崔琦, 范雪飞, 危奇, 陈洪溪, 邓志成, 张兆鹤 申请人:上海发电设备成套设计研究所