西门子1000MW汽轮机本体结构说明

本机组由西门子公司设计，并提供整个高压缸、中压转子动静叶片及低压末级叶片等关键部件。机组的总体型式为单轴四缸四排汽；所采用的积木块是西门子公司近期开发的三个最大功率可达到1100MW等级的HMN型积木块组合：一个单流圆筒型H30高压缸，一个双流M30中压缸，两个N30双流低压缸。“HMN”组合的功率范围为300MW至1100MW。根据排汽容积流量的大小（背压及功率）可选配1至3个低压缸。本次为玉环项目提供的4X1000MW功率等级机组技术先进、成熟、安全可靠；所有的最新技术近期均有成功的应用业绩，通过这些技术的最优组合，使玉环机型的总体性能达到了世界一流的先进水平。

 

1） 总体特点：

机组具有超群的热力性能；优越的产品运行业绩及可靠性；高效、高可用率、容易维护、检修所花时间少、运行灵活、快速启动及调峰能力。

机组采用一只高压缸、一只中压缸和二只低压缸串联布置。汽轮机四根转子分别由五只径向轴承来支承，除高压转子由两个径向轴承支承外，其余三根转子，即中压转子和两根低压转子均只有一只径向轴承支承。这种支承方式不仅是结构比较紧凑，主要还在于减少基础变形对于轴承荷载和轴系对中的影响，使得汽机转子能平稳运行。这五个轴承分别位于五个轴承座内。

整个高压缸静子件和整个中压缸静子件由它们的猫爪支承在汽缸前后的二个轴承座上。而低压部份静子件中，外缸重量与其它静子件的支承方式是分离的，即外缸的重量完全由与它焊在一起的凝汽器颈部承担，其它低压部件的重量通过低压内缸的猫爪由其前后的轴承座来支承。所有轴承座与低压缸猫爪之间的滑动支承面均采用低摩擦合金。它的优点是具有良好的摩擦性能，不需要润滑，有利于机组膨胀畅顺。

2号轴承座位于高压缸和中压缸之间，是整台机组滑销系统的死点。在2号轴承座内装有径向推力联合轴承。因此，整个轴系是以此为死点向两头膨胀；而高压缸和中压缸的猫爪在2号轴承座处也是固定的。因此，高压外缸受热后也是以2号轴承座为死点只支向机头方向膨胀。而中压外缸与中压转子的温差远远小于低压外缸与低压转子的温差。因此，这样的滑销系统在运行中通流部分动静之间的差胀比较小，有利于机组快速启动。

盘车装置采用液压马达，其按装于高压转子调阀端的顶端，位于1号轴承座内

2）高压缸的特点：

高压缸采用双层缸设计。外缸为桶形设计，内缸为垂直纵向平分面结构。由于缸体为旋转对称，避免了不理想的材料集中。使得机组在启动停机或快速变负荷时缸体的温度梯度很小，这也就是将热应力保持在一个很低的水平。

 

A 、圆筒型高压缸

圆筒后外缸

圆筒前外缸

H 型单流圆筒型高压缸

无中分面的圆筒型高压缸有极高的承压能力，汽缸应力小，即使内缸有中分面，但其螺栓应力也小，安全可靠性好。目前用于玉环机型的高压缸积木块H30，其设计压力达到30MPa，与25MPa相比，提高经济性还有约0.7%的潜力。

 

B  单流程高压通流部分

百万千瓦功率等级高压缸采用单流程设计是西门子公司的特有技术风格，单流程使超超临界参数下的叶片级通流面积比双流程要增加一倍，叶片端损大幅度下降，与其他机型的高压缸相比，其效率要高4.5%~7%左右。

C 高压缸第一级叶片级的独特技术风格

第一级为低反动度

叶片级（约20%的反动度），降低进入转子动叶的温度。

=切向进汽的第一级

斜置静叶结构；效率高、漏汽损失小。

=100%的全周进汽，对动叶片

无任何附加激振力。

西门子独特的高压第一级叶片设计不仅效率高，而且非常成功地解决了大功率超超临界汽轮机调节级的强度及机组运行的可靠性问题：

= 滑压运行方式；大幅度提高超临界机组部分负荷的经济性。

= 滑压及全周进汽根本上消除了喷嘴调节造成的汽隙激振问题。

= 滑压及全周进汽使第一级动静叶片的最大载荷大幅度下降，根本解决了

第一叶片级采用单流程的强度设计问题。

 

3) 中压缸的特点：

中压缸采用双流程和双层缸设计。中压高温进汽仅局限于内缸的进汽部分。而中压外缸只承受中压排汽的较低压力和较低温度。这样汽缸的法兰部分就可以设计得较小。同时，外缸中的压力也降低了内缸法兰的负荷，因为内缸只要承受压差即可。

西门子中压缸进汽第一级除了与高压缸一样采用了低反动度叶片级（约20%的反动度），以及切向进汽的第一级斜置静叶结构外，为冷却中压转子还采取了一种切向涡流冷却技术，降低中压转子的温度，为此，可满足某些机组中压缸积

块进口再热温度比主蒸汽温度高的要求。                      

 

 

 

 

4)  高中压转子通流部分采取独有技术风格

= 小直径、多级

数，制造成本会增加，但效率高，转子应力小。

= 各叶片级与静

叶对应的转子上也装有汽封，形成较大的漏汽阻尼。

= 动叶基本采用

‘T‘叶根，与侧装式叶根相比，可减少轴向漏汽损失

 

5 ) 主调门及再热调门的独特技术风格

=布置在汽缸两侧，切向进汽，损失小；起吊高度低。

=阀门直接支撑在基础上。

= 阀门与汽缸采用大型罩螺母方式连接。

  西门子采用两个主调门及两个再热主调门，其结构及布置风格也是与众不同的。下为主蒸汽进汽部分

 

 

 

 

 

6 ) 低压缸的特点：

低压缸采用二个双流设计。

l         低压外缸由二个端板、二个侧板和一个上盖组成。外缸与轴承座分离，直接坐落于凝汽器上。它大大降低了运转层基础的负荷。

     = 低压内缸通过其前后各二个猫爪，搭在前后二个轴承座上，支撑整个内缸、持环及静叶的重量。并以推拉装置与中压外缸相连，以保证动静间隙

 

阀门采取小网格、大面积的不锈钢永久性滤网。其特点是过滤网直径小，滤网刚性好，不易损坏。

主-调门滤网

7 ）独特的阀门滤网结构设计

 

西门子公司全三维叶片技术处在世界领先地位，其体现在：

= 所有的高中低压叶片

级全部采用马刀型不仅静叶片，而且所有的动叶片（除末三级外）也是马刀型。

= 较低反动度的叶片级；

根据最佳的气动设计，已不是50%反动度的纯反动式叶片级，目前级的反动度控制在30%~40%的水平。

= 整体自带围带结构，动

应力小，抗高温蠕变性能好。

马刀型动叶片

8 ）全三维的弯扭（马刀型）叶片

马刀型静叶片

变反动度叶片级

定反动度叶片级

从气动力学角度，提出了变反动度的设计原则；即每一叶片级的反动度是不相等的。反动度是与叶片的几何尺寸、焓降、进出角特性对应的；变反动度的设计是以最佳的气流特性决定各级的反动度，而不是按统一的反动度去牺牲某些气动性能。不同反动度叶片级的组合将提高整个缸的通流效率。

 

9 ） 汽缸落地设计

= 轴承座直接落在基础上。

= 低压内缸直接通过轴承座支

撑在基础上，并以推拉装置与中压外缸相连，以保证动静间隙

所有高中压汽缸和低压的内缸均通过轴承座直接支撑在基础上，汽缸不承受转子的重量，变形小，易保持动静间隙的稳定。

10 ）独特的膨胀系统设计

     西门子的膨胀系统设计具有独特的技术风格：

= 机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处，为此动静叶片的相对间隙变化最小。

= 汽缸之间有推拉装置

转子绝对膨胀

= 汽缸与轴承座之间有耐磨、滑动性能良好的金属介质。

转子与汽缸相对膨胀

汽缸绝对膨胀

绝对死点

11 ）汽缸之间的单轴承支撑设计

除与发电机连接的低压转子外，其他两个转子之间只有一个轴承支撑，这样

转子之间容易对中，不仅安装维护简单，而且轴向长度可大幅度减少；与其他公司的四缸四排汽机型相比，西门子汽轮机的轴向总长要短8-10m，因此轴系特性简单，厂房投资可下降。

 

12 ）特有的轴系高稳定性设计

  与其他风格的机型相比，对抗超临界压力的汽隙激振方面，具有非常明显的技术优势：

= 单流高压缸，转子跨度明显小于其他机型，转子刚性，临界转速比其他机型要高20%~30%。

= 全周进汽的运行方式彻底消除了一大汽隙激振源。

= 单轴承使轴承比压高，采用高粘度的润滑油，稳定性好。

= 小直径高压缸，多道汽封，包括各级叶片的转子部位也装有汽封，有利于减少汽隙激振。

 

13 ）整缸整体发运

整个高、中压缸均可在制造厂内完成安装，整体发运电厂，可大大缩短新机组的安装周期。

 

14 ）热力循环的特点

= 西门子在热力系统中采取了疏水泵。

疏水加热器

汽封加热器

疏水泵

=末两级低加进入一个附加疏水加热器的方式,一方面介决了疏水问题,另一方面可回收部分热量。

= 为提高总体效率，加上中压转子直径小，中压叶片强度余量较大的原因，

低压缸的分缸压力低于其他机型；仅0.5MPa~0.6MPa左右(其他一般为0.7MPa~1.2MPa左右)。

 

15 ）机组大修间隔长

   正因为在机组设计方面采取了一系列独特的技术，机组的可靠性好；根据西门子公司的规范，其机组的大修间隔比其他机型要大一倍左右，根据西门子的规范，玉环1000MW，HMN型机组的大修间隔可达到96000小时（约12年）。

 

16 ）   低压末级及次末级叶片具有必要的抗应力腐蚀及抗水蚀措施并设有足够的除湿用的疏水口。低压末几级叶片抗水蚀措施的说明如下：

超临界机组由于压力的原因，其低压缸的排汽湿度比同样进汽温度的亚临界机组要大，从安全性、经济性的角度，更应注重抗水蚀和抗腐蚀技术的应用，主要的特点有下列五个方面：

l         末端叶片采用抗腐蚀性能好的17-4PH材料。图示抗腐蚀强度与12Cr钢的对比，显然，17-4PH在钠盐及水中的疲劳强度均明显高于12Cr钢。

l         结构上有足够的疏水槽。

l         相当大的轴向间隙，这是公认十分有效的防冲蚀措施（见下图）。

l         末级静叶采取空心叶片结构，在内部抽出水分。

l         末级动叶片采用新型的激光表面硬化技术，这是西门子公司的一项特有技术，其特点在于：

  

   Ú 叶片的进汽边硬化层能完全穿透，见下图。

                       最新的激光表面硬化技术

Ú 表面硬度可超过500HV。，X5CrNiCUNB16-4即17-4PH材料。

Ú 激光硬化的最大优点在于，它与其他技术不同，在表面形成压应力不但

不会降低（一般下降20%-50%），反而有利于提高材料的抗疲劳强度和抗应

力腐蚀能力。

 

17 ）世界上（有运行业绩）最大尺寸的3000r/min低压缸

虽然世界上各公司长叶片的技术贮备已很充分，但真正有运行业绩的叶片并不多，西门子公司在玉环项目应用的低压缸N30积木块与外高桥超临界900MW相同，末级叶片为1146mm。

该叶片是目前世界上有运行业绩，3000r/min最长、排汽面积最大的叶片。下为参与玉环项目外国公司的长叶片概况。

                  百万千瓦等级低压缸末级长叶片

该1146mm叶片1997年投运，至今运行已超过27500小时，见下业绩表：