一种640℃~650℃汽轮机内部冷却的高温转子的制作方法

本发明涉及一种640℃～650℃汽轮机内部冷却的高温转子，属于汽轮机技术领域。

背景技术：

对于主蒸汽或再热蒸汽温度为640℃～650℃、功率为600mw～1500mw的汽轮机，二次再热汽轮机的超高压转子、高压转子与中压转子，一次再热汽轮机的高压转子和中压转子，均为高温转子。

对于进汽温度为640℃～650℃汽轮机，在汽轮机第1级静叶片、第1级动叶片和第2级静叶片对应的转子高温段，转子工作温度为620℃～650℃。锻造与焊接性能好的fb2铁素体钢的工作温度的上限为620℃，fw3铁素体钢的工作温度的上限为630℃，无法在汽温度为640℃～650℃的汽轮机高温转子上使用。

640℃～650℃汽轮机高温转子的现有技术方案，是采用奥氏体钢或镍基合金焊接转子结构。采用奥氏体钢或镍基合金制造640℃～650℃汽轮机的高温转子，面临的技术难题有：奥氏体钢或镍基合金大型锻件的锻造与焊接技术难度大，造价昂贵；奥氏体钢的线膨胀系数大，瞬态热应力大，影响汽轮机运行安全性；镍基合金属于700℃等级汽轮机高温转子使用材料，640℃～650℃汽轮机高温转子采用镍基合属于选材等级偏高，性价比差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于640℃～650℃汽轮机的高温转子。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种640℃～650℃汽轮机内部冷却的高温转子，其特征在于：采用焊接转子结构，母材为铁素体钢，焊材化学成分与母材化学成分相近；在转子工作温度处于620℃～650℃的高温段设置内部冷却结构，以降低转子高温段的工作温度使其不超过620℃；所述内部冷却结构包括设于所述高温段内的内部腔室、用于冷却介质进入所述内部腔室的均匀布置的轴向圆孔、用于冷却介质流出所述内部腔室的均匀布置的径向圆孔。

优选地，所述640℃～650℃汽轮机是指主蒸汽或再热蒸汽温度为640℃～650℃、功率为600mw～1500mw的汽轮机。

优选地，所述高温转子包括以下单流高温转子与双流高温转子：

1)主蒸汽或再热蒸汽温度为640℃～650℃、功率为600mw～1500mw的二次再热汽轮机的超高压单流高温转子；

2)主蒸汽或再热蒸汽温度为640℃～650℃、功率为600mw～1500mw的一次再热汽轮机的高压单流高温转子；

3)主蒸汽或再热蒸汽温度为640℃～650℃、功率为600mw～1500mw的二次再热汽轮机的高压双流高温转子、中压双流高温转子；

4)主蒸汽或再热蒸汽温度为640℃～650℃、功率为600mw～1500mw的一次再热汽轮机的中压双流高温转子。

优选地，对于单流高温转子，焊缝设置于第1级动叶片与转子平衡活塞之间，且靠近第1级动叶片进汽侧；

对于双流高温转子，焊缝设置于两个双流第1级动叶片进汽侧之间，且靠近右侧第1级动叶片的进汽侧。

优选地，对于单流高温转子，冷却介质通过汽轮机进汽侧的进汽管道，进入单流高温转子的第1级动叶片与转子平衡活塞之间的空间；单流高温转子上冷却介质的进汽部位设置在第1级动叶片进汽侧与转子平衡活塞之间，且靠近转子平衡活塞的一侧；

对于双流高温转子，冷却介质通过汽轮机进口区域的进汽管道和与所述进汽管道连接的导流锥，进入导流锥与两个双流第1级动叶片进汽侧之间的空间；双流高温转子上冷却介质的进汽部位设置在两个双流第1级动叶片进汽侧之间，且靠近左侧第1级动叶片的进汽侧。

优选地，所述轴向圆孔直径d为10mm～60mm，沿圆周方向相邻两个轴向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

优选地，所述径向圆孔直径d为5mm～20mm，在所述内部腔室表面沿圆周方向相邻两个径向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

优选地，所述转子工作温度处于620℃～650℃的高温段包括第1级动叶片的进汽侧、叶根槽和出汽侧。

优选地，在第1级动叶片的进汽侧设置直径d为15mm～20mm的径向圆孔，在第1级动叶片的叶根槽设置直径d为10mm～15mm的径向圆孔，在第1级动叶片的出汽侧设置直径d为5mm～10mm的径向圆孔。

优选地，所述640℃～650℃汽轮机高温转子的工作温度比铁素体钢工作温度高10℃～30℃，在单流高温转子与双流高温转子上安装第1级动叶片的高温段设置内部冷却结构，对第1级动叶片的进汽侧、叶根槽和出汽侧的三个部位设置三排圆孔进行蒸汽冷却；具体为：

针对640℃～650℃汽轮机单流高温转子，汽轮机进汽温度比铁素体钢工作温度高10℃～30℃，在第1级动叶片的进汽侧、叶根槽和出汽侧的三个部位设置三排径向圆孔进行蒸汽冷却；

针对640℃～650℃汽轮机双流高温转子，汽轮机进汽温度比铁素体钢工作温度高10℃～30℃，在双流第1级动叶片的进汽侧、叶根槽和出汽侧的六个部位设置六排径向圆孔进行蒸汽冷却。

优选地，所述冷却介质采用过热蒸汽，冷却介质由以下几种方法的其中之一提供：

(1)640℃～650℃二次再热汽轮机超高压单流高温转子和640℃～650℃一次再热汽轮机高压单流高温转子，冷却介质取自锅炉过热器的中间集箱，冷却介质的抽汽流量对汽轮机热耗率没有影响；

(2)640℃～650℃二次再热汽轮机高压双流高温转子，冷却介质取自汽轮机超高压缸的排汽或抽汽，冷却介质的流量g1对汽轮机热耗率下降的值δhr1可以按照公式δhr1＝a1×g1估算，a1为计算常数，取值0.3708至0.4708，g1为高压双流高温转子的冷却介质流量(t/h)；

(3)640℃～650℃二次再热汽轮机中压双流高温转子和640℃～650℃一次再热汽轮机中压双流高温转子，冷却介质取自汽轮机高压缸的排汽或抽汽，冷却介质的流量g2对汽轮机热耗率下降的值δhr2可以按照公式δhr2＝a2×g2估算，a2为计算常数，取值0.2417至0.3417，g2为中压双流高温转子的冷却介质流量(t/h)。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，对进汽温度为640℃～650℃的汽轮机高温转子，采用锻造与焊接性能良好的fb2与fw3铁素体钢焊接转子和内部冷却结构，实现了640℃～650℃汽轮机高温转子采用铁素体钢的工程应用。采用铁素体钢锻件与蒸汽冷却结构替代奥氏体钢或镍基合金大型锻件，降低了640℃～650℃汽轮机高温转子锻造与焊接的技术难度与造价，保障了640℃～650℃汽轮机高温转子的服役安全性。

附图说明

图1为实施例1中单流高温转子蒸汽冷却进汽部位示意图；

图2为实施例1中单流高温转子内部冷却结构示意图；

图3为实施例2中双流高温转子蒸汽冷却进汽部位示意图；

图4为实施例2中双流高温转子内部冷却结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

某型号二次再热1000mw汽轮机的主蒸汽温度为650℃，汽轮机的超高压转子为单流高温转子，蒸汽冷却的进汽部位如图1所示，超高压单流高温转子内部冷却结构如图2所示。

该型号汽轮机超高压单流高温转子采用焊接转子结构，母材为fb2铁素体钢，焊材牌号r827。转子焊缝1位于第1级动叶片的进汽侧2与转子平衡活塞3之间，且靠近第1级动叶片的进汽侧2。

在该650℃二次再热汽轮机超高压单流高温转子工作温度处于620℃～650℃的高温段，设置内部冷却结构，以降低该转子高温段的工作温度使其不超过620℃，冷却蒸汽采用过热蒸汽。

该650℃汽轮机超高压单流高温转子，冷却蒸汽通过汽轮机进汽的进汽管道4，进入单流高温转子的第1级动叶片5与转子平衡活塞3之间的空间，单流高温转子上冷却蒸汽的进汽部位，设置在第1级动叶片5的进汽侧与转子平衡活塞3之间，且靠近转子平衡活塞3的一侧。

该650℃汽轮机内部冷却的高温转子的冷却蒸汽通过均匀布置的轴向圆孔6进入焊接转子的高温段内部腔室，所述轴向圆孔6的直径d取为35mm，沿圆周方向两个轴向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

进入该650℃汽轮机超高压单流高温转子的高温段内部腔室的冷却蒸汽，通过均匀布置的径向圆孔流出，冷却单流高温转子的第1级动叶片5的进汽侧2、叶根槽7和出汽侧8的高温段，以降低该650℃汽轮机高温转子高温段的工作温度，径向圆孔直径d为5mm～20mm，在所述高温段内腔室表面沿圆周方向两个径向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

该650℃汽轮机单流高温转子，汽轮机进汽温度比fb2铁素体钢工作温度高30℃，在该超高压单流高温转子高温段的第1级动叶片的进汽侧2、叶根槽7和出汽侧8的三个部位设置三排径向圆孔进行蒸汽冷却。

该650℃汽轮机内部冷却的超高压单流高温转子，在第1级动叶片5的进汽侧2设置直径d为15mm的径向圆孔，在第1级动叶片5的叶根槽7设置直径d为10mm的径向圆孔，在第1级动叶片的出汽侧8设置直径d为5mm的径向圆孔，在焊接转子的高温段内腔室表面沿圆周方向两个径向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

该650℃二次再热汽轮机超高压单流高温转子冷却结构所采用的冷却蒸汽，取自锅炉过热器的中间集箱，冷却蒸汽的抽汽流量对汽轮机热耗率没有影响。

该型号650℃的1000mw汽轮机超高压单流高温转子技术优点是：采用锻造与焊接性能良好的fb2铁素体钢焊接转子和内部冷却结构，实现了650℃汽轮机高温转子采用铁素体钢的工程应用。采用铁素体钢锻件与内部冷却结构替代奥氏体钢或镍基合金大型锻件，降低650℃汽轮机超高压单流高温转子锻造与焊接的技术难度与造价，保障了650℃汽轮机超高压单流高温转子的服役安全性。

实施例2

某型号二次再热1000mw汽轮机的一次再热蒸汽温度为650℃，汽轮机的高压转子为双流高温转子，蒸汽冷却的进汽部位如图3所示，高压双流高温转子内部冷却结构如图4所示。

该型号汽轮机高压双流高温转子采用焊接转子结构，母材为fb2铁素体钢，焊材牌号r827，该焊接转子的焊缝9设置于两个第1级动叶片10的进汽侧11和12之间，且靠近右侧第1级动叶片10的进汽侧12。

在该650℃二次再热汽轮机高压双流高温转子的620℃～650℃的高温段，采用内部冷却结构，以降低该转子高温段的工作温度使其不超过620℃，冷却蒸汽采用过热蒸汽。

冷却蒸汽通过汽轮机进口区域的进汽管道13和导流锥14，进入导流锥14与两个双流第1级动叶片10的进汽侧11和12之间的空间，转子上冷却蒸汽的进汽部位，设置在两个双流第1级动叶片10的进汽侧11和12之间，且靠近左侧第1级动叶片的进汽侧11。

该650℃汽轮机内部冷却的高压双流高温转子的冷却蒸汽通过均匀布置的轴向圆孔15进入焊接转子的高温段内部腔室，所述轴向圆孔15的直径d为40mm，沿圆周方向两个轴向圆孔15的圆心之间的距离大于2d。

进入该650℃汽轮机内部冷却的双流高温转子的高温段内部腔室的冷却蒸汽，通过均匀布置的径向圆孔流出，以冷却高压双流高温转子的第1级动叶片10的进汽侧16、叶根槽17和出汽侧18所处的高温段，以降低该650℃汽轮机高温转子高温段的工作温度，径向圆孔直径d为5mm～20mm，在所述高温段内腔室表面沿圆周方向两个径向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

该650℃汽轮机高压双流高温转子，汽轮机进汽温度比fb2铁素体钢工作温度高30℃，在高压双流高温转子的第1级动叶片10的进汽侧16、叶根槽17和出汽侧18的六个部位设置六排径向圆孔进行蒸汽冷却。

对于该650℃汽轮机内部冷却的高压双流高温转子，在该高压双流高温转子第1级动叶片10的进汽侧16设置直径d为20mm的径向圆孔，在该高压双流高温转子第1级动叶片的叶根槽17设置直径d为15mm的径向圆孔，在该高压双流高温转子第1级动叶片的出汽侧18设置直径d为10mm的径向圆孔，在焊接转子的高温段内腔室表面沿圆周方向两个径向圆孔的圆心之间的距离大于2d。

该650℃二次再热汽轮机高压双流高温转子冷却结构所采用的冷却蒸汽，取自汽轮机超高压缸的排汽或抽汽，冷却蒸汽的流量g1对汽轮机热耗率下降的值δhr1可以按照公式δhr1＝a1×g1估算，a1为计算常数，取值0.3708至0.4708，a1取上限值0.4708，高压双流高温转子的冷却蒸汽流量g1＝20(t/h)，得出该型号汽轮机热耗率下降的值δhr1＝a1×g1＝0.4708×20＝9.416kj/kwh。该型号二次再热650℃汽轮机的热耗率为6690kj/kwh，发电效率为50.7％，冷却蒸汽流量g1＝20(t/h)对该汽轮机热耗率的影响为0.14％，对该650℃二次再热发电机组的发电效率影响0.071％。

该型号650℃的二次再热1000mw汽轮机高压双流高温转子技术优点是：采用锻造与焊接性能良好的fb2铁素体钢焊接转子和内部冷却结构，实现了650℃汽轮机双流高温转子采用fb2铁素体钢的工程应用。采用铁素体钢锻件与内部冷却结构替代奥氏体钢或镍基合金大型锻件，降低650℃汽轮机高压双流高温转子锻造与焊接的技术难度与造价，保障了650℃汽轮机高压双流高温转子的服役安全性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。