張東梅，陸斌杰，申慶超

（上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠，上海 200240）

在水資源相對緊缺，而人口卻又最多的中國，為了應對水資源危機和污染，搞好海水淡化、加快海水淡化配套設施的建設對我國建設創(chuàng)新型國家有著重大的戰(zhàn)略意義。去年河北國華滄東電廠黃驊三期2.5萬t／d海水淡化主設備蒸發(fā)器在臨港開工制造，這是目前國內自主設計開發(fā)的單機產(chǎn)水量最大的海水淡化項目，它對提升自主海水淡化關鍵技術、推動電站集團海水淡化新產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。而黃驊電廠用于海水淡化項目的可調整抽汽凝汽式汽輪機是上海汽輪機廠亞臨界600MW 系列汽輪機中的一個新機型，按設計用于海水淡化的抽汽量為50～400t／h，抽汽壓力為0.75±0.2MPa，日制水能力可達10 000t。機型為單軸、四缸四排汽中間再熱抽汽凝汽式汽輪機。它是根據(jù)市場需求，在亞臨界600MW 凝汽式汽輪機的基礎上發(fā)展而來的。本文結合黃驊600MW 抽汽機組介紹了我廠的大功率600MW亞臨界可調整抽汽汽輪機的特點。

1 與母型汽輪機結構上的主要區(qū)別

該汽輪機的母型機是具有良好運行業(yè)績的亞臨界600MW 凝汽式汽輪機，并且該汽輪機采用了與母型機完全相同的積木塊：單流高壓缸BB034、雙流中壓缸BB051 及兩個雙流低壓缸2×BB074。本文著重介紹為滿足調整抽汽而具有的一些設計和結構特點。

該汽輪機除了繼承傳統(tǒng)四缸四排汽中間再熱凝汽式600MW 機組的優(yōu)點外，與母型機結構上的最大不同是為了保證供汽壓力，在中低壓連通管上設置調節(jié)蝶閥，便于對進入低壓缸的蒸汽量進行節(jié)流，以此來滿足抽汽壓力為0.75±0.2 MPa的要求：關小閥門，減少進入低壓缸的汽量，提高閥前抽汽壓力；開大閥門，增大進入低壓缸的汽量，降低閥前抽汽壓力。不抽汽時該閥門全開或者用接管取代，以減少壓損，提高效率?？紤]到現(xiàn)場更換方便，調節(jié)蝶閥和接管都采用法蘭連接。另外還在相應的抽汽管路上設置了快關調節(jié)閥來調整抽汽量。通過這樣的雙閥調節(jié)，對進入抽汽管道的抽汽量和抽汽壓力進行控制?？刂朴蒁EH 完成。關于這種雙閥調節(jié)的方式，我們已積累了不少的成功經(jīng)驗。

該機組除增加了調整抽汽功能，蒸汽流量、中壓排汽壓力略有變化外，其他設計與母型機完全相同，因此設計重點放在如何滿足調整抽汽的要求上。

2 滿足調整抽汽要求的新設計

2.1 抽汽方式的確定

汽輪機對外提供蒸汽常用兩種方式：一種為非調整抽汽，這種方式抽汽壓力將隨工況而變化。當抽汽口壓力過高時，過高的壓力由抽汽管道上的節(jié)流調節(jié)閥節(jié)流掉，而當抽汽口壓力偏低時，就必須引入壓力較高的蒸汽來滿足用汽設備的需要。因此，該種抽汽方式適用于用汽設備壓力變化范圍不大、用汽量變化不大、工況較穩(wěn)定的電廠，這種方式的抽汽系統(tǒng)和設備布置都較為簡單方便。另一種為可調整抽汽，其抽汽量和壓力都可以調整，因而提供蒸汽的壓力不隨工況變化，但可隨用汽設備的需要而變化，所以對機組運行工況的要求比非調整抽汽模式寬松。但是抽汽量較小時，將對抽汽帶來較大的節(jié)流損失。常規(guī)抽汽方式的選擇將主要考慮用戶對蒸汽量以及蒸汽品質的要求，并與汽輪機組特點相結合考慮。

黃驊電廠已有4臺600MW 汽輪發(fā)電機組在運行，同時正在建設日產(chǎn)量達10萬t的海水淡化裝置，需要利用汽輪機四段抽汽生產(chǎn)淡水，并且抽汽需求變化很大（每臺機組的抽汽量變化范圍為50～400t／h，壓力變化范圍為0.75±0.2MPa）。因此從機組運行的經(jīng)濟性、工程的便利性等角度出發(fā)，經(jīng)過論證后決定采用調整抽汽。

2.2 調整抽汽的實現(xiàn)與有關閥門的配置

為確保本抽汽機組的安全穩(wěn)定性，并保證在所有的工況下均能提供符合制水抽汽壓力要求的蒸汽，本機組采用與我廠已投運的天津楊柳青機組一致的雙閥調節(jié)模式，即中壓缸排汽一部分經(jīng)過設置在連通管上的調節(jié)閥進入低壓缸；另一部分經(jīng)過抽汽管上的快關調節(jié)閥和串聯(lián)的抽汽逆止閥后進入抽汽系統(tǒng)，該機組的可調整抽汽口布置在中壓排汽口下方（即中壓4號抽汽口）。母型機在該處采用“先并管后布閥門”的管路布置：先將2根DN500管子并成1根DN700管子，再串聯(lián)布置2只DN700的抽汽逆止閥。因制水抽汽的要求，B157的4號抽汽口擴大為配2根DN700管子。若采用母型機“先并管后布閥門”的管路布置，先將2根DN700管子并成1根DN1000管子，再布置2只DN1000的抽汽逆止閥，這將帶來兩個問題：第一，DN1000 管子將引起很大的推力；第二，2只DN1000的抽汽逆止閥將增加采購成本。因此B157機組采用“先分管后布閥門”的管路布置：將一路DN700 的管路分成一路DN700和另一路DN450，再分別布置DN700 和DN450的抽汽逆止閥（見圖1）。這不但降低了管道推力，而且減少了采購成本。

2.3 調整抽汽口的設置

由于調整抽汽壓力與吳涇600MW 機組的4號抽汽壓力接近，因此本機組在有成功投運經(jīng)驗的吳涇600MW 純凝汽輪機基礎上進行修改設計。經(jīng)過計算論證，決定在本體上僅把原來的4號抽汽口按最大抽汽量的需要擴大為調整抽汽口，其余一切不變，這樣就能可靠地保證原來汽輪機結構的良好特性，而且設計工作量也大大減少。

2.4 抽汽蝶閥支架設計

該機中壓缸為雙分流兩排汽，共有4個中壓排汽口，通過2根中低壓連通管將中壓排汽引入低壓缸。而且在中低壓連通管上的抽汽調節(jié)蝶閥很重，因此閥門布置必須與支撐方式一起考慮。曾經(jīng)考慮過采用坐中缸式，但這種方式閥門太多（需4只閥門），布置也困難；又考慮過采用坐低缸式布置，但這種方式既會增加低壓缸的負荷，也會遇到空間布置的困難。最后根據(jù)黃驊電廠所配汽輪機的特點，決定采用“直接走管的連通管布置、門框形落地剛性架配彈簧支座的閥門支撐方式”［2］，見圖2。這個方案僅有2根連通管和2只壓力調節(jié)閥，因此結構簡單、布置方便。該方案獲得國家實用新型專利，專利號為ZL2004200816596。

圖1 調整抽汽系統(tǒng)閥門布置圖

3 有關強度的考慮和計算

雖然此型汽輪機與母型機相比，在結構上僅有的2個4號抽汽口從Φ509／Φ490（外徑／內徑）擴大為Φ713／Φ683（以使抽汽流速符合設計規(guī)范，保證抽汽量滿足用戶要求），而通流部分完全一樣，但畢竟有純凝與抽汽的區(qū)別，其工況條件不一樣，所以我們對有關部件的強度等進行了考慮和計算，以保證機組的安全可靠性。

3.1 中壓末級、次末級葉片的動強度核算

因機組的改型設計需要根據(jù)調整抽汽方案進行，所以機組在大抽汽量、低調整抽汽壓力工況下，中壓的最后2級運行條件最惡劣，需對其進行考核。母型機的中壓動葉為我廠成熟的自帶整體圍帶－碰撞阻尼的結構形式，其葉根采用高強度的葉根型線。這種結構形式的葉片廣泛運用于國內外100MW 等級以上機組的中長葉片中，至今已有近1000例成功運行的業(yè)績，從未發(fā)生一起事故，充分說明了這種形式葉片的安全可靠性和設計準則的成熟性、先進性。經(jīng)過計算，我們所采用的同類中壓動葉完全滿足有關設計準則的要求，其載荷遠低于我廠設計的、已經(jīng)成功運行多年的楊柳青抽汽300MW 機組。

3.2 中壓缸的強度、剛度和運行穩(wěn)定性

對中壓缸來說，強度和剛度都是很重要的，而新設計的中壓缸因4號抽汽口很大，導致中壓缸下半在排汽端出現(xiàn)1個很大的孔，對汽缸的強度和剛度帶來一定影響。因此，我們用有限元法按國際準則對新設計的中壓缸進行計算，確保中壓外缸的剛度及強度都在安全范圍內。另外，根據(jù)母型機的運行情況，對用戶管道在4號抽汽口處的推力和力矩的允許值做了規(guī)定，保證機組運行時汽缸的穩(wěn)定性。

4 結論

本文對新型大容量抽汽汽輪機本體結構設計的有關內容作了介紹。綜上所述，該型汽輪機是我廠設計的一款新型的亞臨界600MW 大功率可調整抽汽凝汽式汽輪機（在設計時也是國內容量最大的抽凝機組）。由于設計人員以成熟的、具有世界先進水平的亞臨界600MW 純凝汽輪機作為該型汽輪機的母型，結合了我廠長期以來的抽凝機組的成功經(jīng)驗，因此該汽輪機具有技術先進、結構合理、運行靈活等特點。2013年，用戶對海水淡化進行了試生產(chǎn)，我廠生產(chǎn)的汽輪機運行情況良好；預計不久之后，海水淡化的生產(chǎn)規(guī)模就會擴大。隨著海水淡化應用的不斷增多和節(jié)能減排要求的不斷提高，技術先進的抽汽汽輪機的市場將會非常廣闊。

［1］蔡頤年.蒸汽輪機［M］.西安：西安交通大學，2007.

［2］張東梅.600MW 抽汽機組連通管上調節(jié)調節(jié)蝶閥的支架設計［J］.熱力透平，2005（2）：101－103，112.