汽轮机技术设计变更与实施方法研究

摘要：广东粤电油页岩发电项目电厂一期2×210MW循环流化床发电工程三大主机于2006年11月完成招标并签订技术协议，三大主机均由东方电气集团中标。东方汽轮机有限公司在实施该项目过程中，对汽轮机部分技术参数作了变更调整，特别是对该机组的通流部分作了较大的设计变更，本文叙述了该项目汽轮机部分技术参数变更前、后的情况及机组通流部分设计变更后对汽轮机组的影响比较和我公司当时采取的技术措施及应对方法。

关键词：汽轮机；技术设计；变更

前言

广东粤电油页岩发电项目电厂一期2×210MW循环流化床发电工程，是国家鼓励扶持开发的综合开发利用项目，该工程是矿电联营项目，属坑口电厂。三大主机均由东方电气集团中标。东方汽轮机有限公司在实施该项目过程中，为保证对投标时该机组技术指标经济性、可靠性及交货期的承诺，东方汽轮机有限公司经充分研究考虑之后，对原投标汽轮机部分技术参数作了变更调整，特别是对该机组的通流部分作了较大的设计变更。该型号机组是东方汽轮机有限公司为我公司设计的第一台210MW高中压合缸且具备中压缸启动功能的机组，虽然东方汽轮机有限公司是一个特大型的国有企业，且技术力量雄厚，对200MW等级汽轮机组来说技术也是很成熟的，但本着对双方负责任的态度，我公司对该项目汽轮机技术的设计变更方案采取了相应的措施及应对方法。

1.汽轮机设计变更说明及汇总

东方汽轮机有限公司为保证对广东粤电油页岩发电项目机组经济性、可靠性和交货期的承诺，经充分研究考虑后对原投标机组热力、通流等部分进行了设计变更，变更后的通流设计降低了分缸压力，提高了机组的经济性，并提高了高中压模块的通用性，可缩短设计制造周期。其调整后的技术数据变化汇总如下：

1.1通流级数

经设计变更后，高压缸、中压缸及低压缸的通流级数分别调整为（见表1）：

经通流设计变更后高压缸效率提高0.4%、中压缸效率提高0.58%、低压缸效率降低0.34%。但总体缸效率是提高了（见表2）。

经通流设计变更后，总体上各级抽汽参数变化不大，各加热器均能满足变更后的参数要求（见表3）。

1.2通流调整后各工况热耗比较

由表4可看出，经通流设计调整后，THA工况热耗维持不变，但T-MCR、VWO工况热耗均有改善，特别是TRL工况热耗下降了9k J/kW.h，对机组的经济性运行是有利的。

1.3轴系设计方案简介

根据该机组的总体设计方案：高中压缸采用合缸结构的全新设计，低压缸参考东方汽轮机有限公司200MW机组的成熟低压模块进行改进设计。以下为该机组轴系简图及计算结果：

1.3.1机组轴系简图

1.3.2计算结果

（1）临界转速

从表5及表6可以看出，通流设计变更后，轴系各阶临界转速依然能满足设计规范避开率-10%～+15%（2700 rpm ～3450rpm）的区间，是能够满足机组的安全稳定运行要求的。

（2）轴承形式

通流设计变更后，为保证机组的安全稳定运行，1#～4#的轴瓦形式不变，但1#轴承的轴颈由φ300mm调整为φ360mm，这样更有利机组的安全稳定运行。

（3）轴承比压

通流设计变更后，由于1#轴承的直径有调整，1#轴承的轴颈由φ300mm调整为φ360mm，为保证各轴承的安全稳定运行，各轴承比压的调整仍能满足可倾瓦为0.6～1.6，椭圆瓦1.0～1.8的比压设计规范，是能够满足机组安全稳定运行的（轴承比压数据见表7）。

1.3.3计算结果分析

计算结果表明：①轴承是沿用300MW机组的轴承及成熟的轴承技术，负载裕度大，抗扰性好，能满足机组各工况的安全运行。②机组轴系临界转速满足-10%～+15%的避开率要求，轴系的临界转速分布合理。③该方案的轴系动力特性与东方汽轮机有限公司的成熟机组一致，轴系静动特性良好，能够满足机组各工况下的安全稳定运行，是能够达到当时投标的技术要求的。

1.4末级长叶片说明

1.4.1东方末级长叶片设计程序

根据工程需要，首先选择某只有良好运行业绩的叶片型线为母型进行模化设计，以保证良好的气动特性，并采用CFD方法进行验证。然后初步确定动叶片结构型式，采用有限元进行强度、振动分析。 强度、振动、气动的数值分析必须满足设计要求。首台叶片生产出来后，必须在厂内做动调频试验，以确定围带最终车削量。

1.4.2低压末级动叶片由原762mm改为800mm

低压末级动叶片由原762mm改为800mm的原因：

（1）采用762mm叶片，排汽速度为239m/s；而采用800mm叶片，排汽速度为220m/s，所以改为800mm叶片排汽损失更低。

（2）800mm叶片是东方汽轮机有限公司在新引进的856mm叶片型线的基础上模化设计而来，其具有更优良的汽动性能。

（3）800mm叶片其结构是采用当今行业最广泛采用的自带冠加阻尼拉金凸台结构，叶根采用大刚度的5叉叶根，所以其安全性更高。其材料为1Cr12Ni2W1Mo1V（即300MW机组851mm末叶的材料）。

以上分析结果表明，通流设计变更后，机组的低压末级动叶片由原762mm叶片改为800mm叶片，既能保证机组的安全稳定运行，又能提高机组的经济性，与原投标设计相比较，对机组的安全经济更有利。

1.4.3 800mm叶片型线来源

800mm叶片是东方汽轮机有限公司在新引进的856mm叶片型线的基础上模化设计而来，其具有优良的气动性能；856mm叶片是日立公司最新一代300MW机组末级动叶，该机组在来宾电厂已安全投运几年了。

1.4.4 800mm叶片结构

800mm叶片其结构是采用当今行业最广泛采用的自带冠加阻尼拉金凸台结构，叶根采用大刚度的5叉叶根，该叶根与东汽公司投运多年的老800mm叶片（拱型围带）的叶根一样，而这两只叶片离心力相当，所以叶根安全得以保证。防水蚀措施是东汽公司非常成熟的高频淬火，其具有良好的防水蚀效果。

1.4.5 800mm叶片强度振动计算结果

由表8及表9可知，800 mm动叶片各部分的静强度合格，各部分的应力水平均满足设计规范，其技术数据是可以满足机组安全运行的。该叶片的设计结构决定了其振动特性为阻尼成圈特性，东汽公司按“三重点”理论进行考核。并在厂内做动调频试验，合格后方可出厂。

1.5中低压分缸压力

由表2-10可知，通流设计变更后，中低压分缸压力降为0.266MPa，该压力与三缸200MW机组的中低压分缸压力一致，因此可以大部分借用有大量成功运行业绩的三缸200MW机组的低压缸缸体结构，这样既可保证低压缸的安全可靠性，又可缩短设计制造周期，并可减少机组安装检修的工作量，这样，对机组以后的检修维护更方便有利。

凝汽器由单壳体改为双壳体（即一个凝汽器改为两个凝汽器，冷却面积相同），可半侧运行便于凝汽器清理及检修。凝汽器与低压缸刚性连接，弹性支承。机组基架采用有几十年传统的铸铁基架，吸振性好、安全可靠性有充分的保证。

2.采取的措施及应对方法

由于东方汽轮机有限公司是在中标签订汽轮机技术协议后对该机组原投标设计方案进行设计变更的。该机组是东方汽轮机有限公司为粤电油页岩发电公司设计的第一台210MW高中压合缸且具备中压缸启动功能的机组，还没有运行业绩，为了慎重起见，并本着对双方公司负责任的态度，粤电油页岩发电公司对该项目汽轮机技术设计变更方案采取了相应的措施及应对方法。

2.1开评审会

我公司组织召开了广东粤电油页岩发电项目210MW汽轮机设计变更评审会。 鉴于东方汽轮机有限公司对汽轮机设备原中标方案进行了设计更改，会议要求该公司对210MW汽轮机设计更改方案进行了介绍，更改内容包括通流部分级数的调整（高压缸由I+8级改为I+9级，中压缸由7级改为8级，低压缸由2x6级改为2x5级），中、低压分缸压力变化及低压缸由双层缸改为单层缸、凝汽器由单壳体改为双壳体、末级叶片由762mm叶片改为800mm叶片。东方汽轮机有限公司对上述变更内容的原因与目的进行了阐述，并对与会专家及人员提出的相关问题进行了解答。

2.1.1与会专家提出相关问题

与会专家对东方汽轮机有限公司的汽轮机设计变更方案进行了认真细致的审查，特别是对投标时和变更后有变化的技术数据进行了推敲研究，并对有疑问的技术数据，要求东方汽轮机有限公司解答。专家组要求东方汽轮机有限公司就以下问题作出说明及解答。

（1）210MW汽轮机设计变更的目的和技术路线。

（2）800mm末级叶片与原设计的762mm末级叶片余速损失的比较、800mm叶片模化设计的原则和方法，其模化母型856mm叶片的使用业绩。

（3）通流部分热力设计改变后各抽、排汽口参数的变化及对热力系统的影响。

（4）低压缸由双层缸改为单层缸、凝汽器由单壳体改为双壳体的说明。

（5）改动后轴系临界转速及转子强度变化的情况等。

东方汽轮机有限公司对以上问题在本文的第2部分“汽轮机设计变更说明及汇总”中都作了详细说明及解答。

2.1.2专家评审意见

经过与会专家认真细致的审查，专家组一致认为：

（1）210MW汽轮机设计变更方案，机组THA工况热耗率不变，其它工况的热耗率有所降低，对经济性是有利的。

（2）机组轴系的稳定性、安全性均在相关设计规范要求的范围之内，可以保证机组的安全稳定运行。

（3）采用800mm末级叶片技术上是可行的，东方汽轮机有限公司在动调频试验结束后提供关于800mm末级叶片振动特性计算分析、坎贝尔图及相关试验验证数据。

（4）东方汽轮机有限公司提供210MW汽轮机设计方案改动后对热力系统、转子、轴系、凝汽器及辅机系统等影响的书面说明，并及时与锅炉厂和设计院等相关单位进行沟通和协调。

2.2评审结果

最后，与会专家一致认为，东方汽轮机有限公司提出的210MW汽轮机设计变更方案，技术上是可行的，可以保证参与投标的210MW汽轮机组的经济性及安全性。

3.结论

本文在参阅了大量文献资料的基础上，综合分析了东方汽轮机有限公司在实施广东粤电油页岩发电项目过程中，在中标签订汽轮机技术协议后对该机组原投标设计方案进行的设计变更，进行了分析比较，主要是从经济性和安全性对其设计方案进行分析，通过分析比较，肯定了变更后的设计方案，突出了变更后的设计方案能满足机组的安全经济稳定运行，能达到原投标方案的技术要求，甚至优于原投标设计方案，为广东粤电油页岩发电公司最终与东方汽轮机有限公司重新签订汽轮机设备技术协议打好了坚实的基础。

参考文献：

[1]东方汽轮机有限责任公司.广东粤电油页岩发电项目一期2×210MW循环流化床发电工程汽轮机设备投标文件.东方汽轮机有限责任公司，2006年11月.

[2]东方汽轮机有限责任公司.油页岩项目汽机变动说明及汇总.东方汽轮机有限责任公司，2007年3月.

[3]张廷峰.汽轮机改造技术.北京：中国电力出版社，2006年3月.

作者简介：吴桂年（1967-），男，广东茂名人，工程师，热能动力工程，本科毕业，主要从事发电厂的运行及电厂筹建的设备技术的管理。