1、 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司2015年5月哈汽公司高效1000MW超超臨界汽輪機技術介紹2目錄目錄3目錄目錄4 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司（原哈爾濱汽輪機廠）是我國一五期間由蘇聯援建的156項重點工程中之一。1956年動工興建,1958年投產,公司占地面積59萬平方米,已形成30000MW的年綜合生產能力。擁有具有世界先進水平的大型精密設備,為制造大型、優質發電設備提供了可靠的技術保證。 公司秉承“承載民族工業希望,彰顯中國動力風采”的使命。始終把科技進步和新產品研發作為公司的核心工作。截至目前共獲國家級獎勵30項,省部級獎勵70項,獲發明專利120項,實用新型專利286項。哈汽公司簡介5哈汽

2、公司簡介火力發電蒸汽輪機核能發電蒸汽輪機燃氣-蒸汽聯合循環項目設備EPC重型燃氣輪機及30MW燃壓機組太陽能熱發電系統設備設計制造及EPC控制保護系統（DCS、DEH、TSI、ETS及其服務）汽機主要本體輔機（凝汽器、低加、MSR等）3.質保體系6哈汽公司簡介4.哈汽汽輪機技術發展歷程7第一階段（上世紀50年代 ）：前蘇聯援建創始階段 主要生產25MW、50MW以下純凝和抽汽汽輪機第二階段（上世紀60 70年代）：自力更生發展階段 主要生產200MW以下純凝和抽汽汽輪機（25、50、100、200MW）第三階段（上世紀80年代2000年）：引進消化西屋公司技術階段 主要生產反動式300、600

3、MW亞臨界以及650MW核電汽輪機第四階段（20002008年）：引進優化多方技術合作階段， 三菱： 超臨界和超超臨界600MW汽輪機，AP1000核電汽輪機 東芝： 超超臨界1000MW汽輪機 GE： F級燃機及聯合循環機組 ALSTOM：E級燃機及聯合循環機組第五階段（2008年 ）：自主創新、技術升級階段 自主研發350MW、660MW、1000MW等級汽輪機及在役機組的技術升級 AP1000核電汽輪機技術升級、CAP1400核電汽輪機哈汽公司簡介8哈汽公司簡介5.300MW等級汽輪機發展歷程新型 73B#亞臨界300MW(原型機)亞臨界300MW改進 73A#優化 73#1980199

4、02000199520022006300MW供熱及空冷超臨界350MW亞臨界300MW300MW兩缸雙抽2007超臨界350MW空冷及供熱亞臨界350MW(60HZ)2008亞臨界350MW（NCB）20102011超臨界350MW雙抽（兩缸、三缸）2012新型超臨界350MW濕冷、空冷、低真空供熱2014亞臨界300MW等級超臨界350MW技術升級9哈汽公司簡介6.600MW等級以上汽輪機發展歷程2005200620081980199020024缸亞臨界600MW2002200820122014(原型機)4缸亞臨界600MW改進 75A#優化 75#新型 75B#4缸亞臨界600MW亞臨界6

5、00MW空冷超臨界600MW超超臨界600MW超超臨界1000MW660MW超臨界空冷超臨界600MW供熱超超臨界1000MW空冷 660MW超超臨界核電AP10001995核電650MW1958年：中國首臺25MW汽輪機1959年：中國首臺50MW汽輪機1960年：中國首臺100MW汽輪機1971年：中國首臺200MW汽輪機1984年：中國首臺210MW汽輪機（出口巴基斯坦）1989年：中國首臺300MW亞臨界汽輪機（試驗機）1989年：中國首臺600MW亞臨界汽輪機1989年：中國首臺200MW間接空冷汽輪機2001年：中國首臺650MW核電汽輪機2004年：中國首臺600MW超臨界汽輪機

6、2004年：中國首臺300MW亞臨界直接空冷汽輪機2005年：中國首臺600MW亞臨界直接空冷汽輪機2007年：中國首臺600MW超超臨界汽輪機(2缸)2008年：中國首臺350MW超臨界汽輪機2009年：中國首臺660MW超臨界直接空冷汽輪機2010年：中國首臺350MW(60HZ)亞臨界汽輪機（出口巴西）7.歷史年表10哈汽公司簡介11目錄目錄高效1000MW汽輪機設計理念： 600MW超超臨界、AP1000核電設計理念。整機通流采用哈汽最新反動式設計技術，擁有自主知識產權。高效1000MW汽輪機主要技術特點： 1.借鑒600MW超超臨界閥門優化設計高壓閥門； 2.節流調節方案（無調節級、

7、全周進汽），高中壓通流采用哈汽最新反動式設計技術，高中壓缸效率進一步提高； 3.低壓進汽壓力降為0.5MPa，改善低壓缸運行環境，減少漏汽損失，低壓內缸、外缸端汽封、軸承箱全部采用落地結構。 12高效1000MW超超臨界汽輪機高效1000MW超超臨界汽輪機14單流程高壓缸雙分流中、低壓缸高壓閥對稱布置高壓缸兩側，與汽缸剛性連接，彈性支架支撐；再熱閥對稱布置在中壓缸兩側，與中壓缸剛性焊接，彈簧支撐；高效1000MW超超臨界汽輪機15高效1000MW超超臨界汽輪機 根據經典理論：按反動度大小，汽輪機的級分為純沖動級（反動度0）和純反動級（反動度0.5），相應的機組稱為沖動式汽輪機和反動式汽輪機。沖

8、動級蒸汽主要在噴嘴柵（靜葉）中膨脹， 在動葉柵中只有少量膨脹，反動級蒸汽在汽輪機的噴嘴柵和動葉柵中都有相當程度的膨脹。16高效1000MW超超臨界汽輪機沖動級反動級 1. 反動式的動、靜葉型線基本相同，沖動式的則不同，導致沖動式動葉柵的氣流轉折角較大，以及葉柵反動度的差異，造成沖動式葉型損失比反動式葉柵大。2. 反動式葉型進汽側小圓直徑大，攻角適應范圍廣，部分負荷的效率高。3. 反動式隔板厚度小，可以多布置級數，重熱系數大，且反動式級不存在平衡孔漏汽，泄露損失小，可提高機組效率。4. 沖動式采用隔板結構，由于承受的壓差較大，隔板內徑又小，因此隔板的厚度較厚。雖然級數反動式少，但通流長度卻相差不

9、多。5. 反動級的靜葉出汽側至動葉進汽側的軸向間隙較沖動級大，可減少對動葉的激振力，同時可容許轉子和靜子間有較大的相對膨脹，對提高機組的負荷適應性有利。6. 反動式機組在設計、加工制造方面，相對沖動式更簡單，沖動式隔板需要焊接，反動式隔板可采用裝配方案，無焊接及熱處理導致的變形，精度好，效率高。7. 反動式葉型的葉柵損失比沖動式的小，但隔板汽封直徑大，平衡鼓汽封直徑大，這兩處的泄露損失比沖動式大。8. 大機組功率大，流量大，汽封漏汽損失占的比重小，所以大機組宜采用反動式設計。17高效1000MW超超臨界汽輪機 哈汽公司是國內唯一在350MW600MW1000MW全系列機組同時擁有反動式和沖動式

10、設計技術的制造廠。 對于高效600MW1000MW機組，國際上通流采用反動式技術設計的廠家有：法國ALSTOM，德國西門子，日本三菱。美國GE公司是沖動式技術流派的鼻祖，但GE公司最新設計開發的用于聯合循環的D650機組也采用了反動式設計技術。 綜上所述：300MW以上容量機組通流一般采用反動式設計, 300MW以下容量機組通流一般采用沖動式設計，這一點從目前各大汽輪機制造廠的主要產品上也可以得到證明。18高效1000MW超超臨界汽輪機19高效1000MW超超臨界汽輪機20高效1000MW超超臨界汽輪機序號項 目單位高效1000MW等級1機組型式 超超臨界，一次再熱，單軸、四缸四排汽、濕冷凝汽

11、式超超臨界，一次再熱，單軸、四缸四排汽、濕冷凝汽式2汽輪機型號 N1000-28/600/620N1000-27/600/6103主蒸汽額定進汽量t/h2721.52730.94配汽方式 節流調節節流調節5額定轉速r/min 300030006給水回熱級數（高加除氧低加） 3+1+5(帶外置式蒸汽冷卻器)3+1+5(帶外置式蒸汽冷卻器)7低壓末級葉片長度mm122012208通流級數高壓缸級1515中壓缸級212212低壓缸級2252259低壓缸進汽壓力MPa 0.500.5021項目收益 kJ/kW.h備注主汽參數28/600/62027/600/610提高參數56（減少對熱耗）33.5參數

12、由25/600/600提高取消調節級3434高壓缸效率提高2%高壓缸多級反動式1717高壓缸效率提高1%閥門改進44無主汽管道、低壓損型閥門中壓缸多級反動式2020中壓缸效率提高1%九級回熱2222相對原八級回熱外置式蒸冷器1212提高給水溫度總計165142.5高效1000MW超超臨界汽輪機高壓末三級三維實體圖 靜、動葉型線高壓末三級中部截面馬赫數云圖 具有較小的二次流損失和葉型損失的后加載葉型 控制二次流損失-合理控制展弦比 -采用后加載葉型 -彎葉片 降低葉片的根徑（頂徑）以減小靜葉根部和動葉頂部漏汽面積 利用增加重熱系數來提高通流部分效率 控制漏氣損失-彎曲靜葉片 -可控渦流型 高效1

13、000MW超超臨界汽輪機高效1000MW超超臨界汽輪機100%負荷下高壓典型級中截面馬赫數等值線60%負荷下高壓典型級中截面馬赫數等值線100%負荷下高壓典型級中截面葉型表面壓力60%負荷下高壓典型級中截面葉型表面壓力與100%負荷工況相比，60%負荷工況下各排葉片前緣不可避免地產生了較大的負攻角。但由于葉型具有良好的攻角適應性，負攻角的存在并沒有對級效率產生很大的影響，級效率僅僅下降了0.3%。裝配式隔板實體圖焊接隔板實體圖 參照動葉片的設計理念和裝配方式 裝配式導葉的圍帶與圍帶、葉根與葉根之間有接觸緊力，能夠保持相互連接的穩定性 拆裝的便利性，裝配式隔板有損壞時可以更換指定的葉片，安裝拆卸

14、方便 裝配式隔板不進行焊接，因此不存在由于焊接和焊接后進行熱處理帶來的葉片變形，從而更好保證葉片通流的精度，提高機組效率高效1000MW超超臨界汽輪機焊接隔板縱剖圖裝配式隔板縱剖圖焊縫焊縫導葉25 主汽調節聯合閥就近布置在高壓缸兩側運轉層上，減少閥后管路沿程損失，結構緊湊，方便檢修 采用低壓損型主汽調節聯合閥，閥門全開壓損小于2% 切向蝸殼進汽，節流調節高壓第一級采用橫置靜葉 各級動葉采用T型葉根 內缸采用緊箍環密封技術 高壓模塊整體運輸。高效1000MW超超臨界汽輪機高壓內缸采用規則的圓筒形結構，取消水平結合面的法蘭。內缸材料ZG1Cr10MoVNbN，紅套環的材料為2Cr10MoVNbN

15、26高效1000MW超超臨界汽輪機27 高壓缸進汽采用切向蝸殼，減小第一級導葉進口參數的切向不均勻性，提高效率。 渦殼結構能夠減小進口部分的流動損失。 蒸汽在速度和方向不發生驟變的情況下流入葉片。 允許提高蒸汽流速，并具有很高的蒸汽動能轉換效率 第1級靜葉與進汽蝸殼聯合計算，總壓損失系數0.6%。 汽輪機進汽蝸殼實體圖高壓進氣蝸殼壓力云圖高效1000MW超超臨界汽輪機u 配合切向蝸殼全周進汽形式，高壓缸第一級靜葉片采用軸向布置形式，采用低反動度大焓降葉片級，有效降低高壓轉子接觸到的最高蒸汽溫度。u 氣動性能提高1.3%。且由于第一級靜葉不存在漏汽損失，級效率會進一步提高。u 全周進汽，滑壓運行

16、，無部分進汽損失， 滑壓及全周進汽根本上消除了噴嘴調節造成的汽隙激振問題。28第一級軸向布置靜葉實體圖第1、2級子午面溫度云圖高效1000MW超超臨界汽輪機調節汽閥開度100%75%50%25%主汽閥壓損 %0.5230.5020.5000.435調節汽閥壓損%0.7070.8561.6349.187總壓損 %1.2301.3582.1349.62229高效1000MW超超臨界汽輪機u增加高壓轉子剛度，提高汽輪機高壓轉子臨界轉速；u所有軸承采用油膜動特性系數交叉耦合項小、穩定性更好的四瓦可傾瓦軸承；u進行考慮汽流激振影響的軸系穩定性的計算分析，減小高壓轉子的強迫撓度系數，減小汽流激振發生的概率

17、；u取消噴嘴進汽，采用全周進汽的方式；u采用防汽流渦動汽封；30高效1000MW超超臨界汽輪機u表面硬化處理(擴散滲透法滲硼)；提高表層材料的硬度最小950Hv。實踐證明采用滲硼的方法強化噴嘴表面腐蝕程度下降到原來的20%u新型的防侵蝕葉型，合理的動靜間隙，減少固體顆粒的碰撞速度，改變碰撞角度，使固體顆粒避開材料的高沖蝕區，因而減少對葉片的沖蝕。u利用旁路系統，啟動前可用旁路帶走一部分固體顆粒。31高效1000MW超超臨界汽輪機高壓模塊包裝后尺寸6.6m3.9m3.8m，高壓模塊總重約160T（帶支架）。 現場安裝：將高壓模塊整體起吊，緩慢落在軸承箱中，外缸貓爪支撐在軸承箱上，轉子支撐在軸承上

18、。調好后，拆卸定位環，連接轉子對輪，高壓模塊與閥門連接。32高效1000MW超超臨界汽輪機u中壓主汽閥碟與調節閥碟共享一個閥座；u降低中低壓缸分缸壓力。33高效1000MW超超臨界汽輪機u中壓通流采用正反向布置的12級反動式壓力級，中壓轉子、中壓內缸以及中壓前2級靜葉材料選取高溫性能更好的CB2（鑄件）和FB2（鍛件）材料。34高效1000MW超超臨界汽輪機35降低低壓缸進汽壓力至0.5MPa,一方面將更多焓降放在效率更高的中壓缸，提高整機效率，一方面降低低壓進汽壓力，從根本上杜絕低壓缸中分面和抽汽管泄露導致的機組效率降低，提高機組運行安全性。這個參數也兼顧到了將來供熱抽汽的要求。高效1000

19、MW超超臨界汽輪機落地軸承箱落地內缸落地端汽封1220mm末葉片36轉子和內缸在真空變化、低壓噴水、低負荷運行等各種工況下都保持完美的同心度，因為外 缸的變形不會導致通流部件動靜中心變化； 可將因轉子和靜子零件接觸而產生摩擦振動的危險降到最小。高效1000MW超超臨界汽輪機37落地軸承、 落地內缸轉子直接支撐在基礎上 汽缸與轉子系統同心高效1000MW超超臨界汽輪機381220mm葉片設計參數葉高1219mm根徑1728mm環形面積11.3m2葉頂圓周速度678m/s葉根形式加強樅樹形連接形式阻尼凸臺+自帶圍帶整圈連接材料17-4PH鋼1220mm葉片開發歷程1998199920002001氣

20、動設計和結構設計性能驗證試驗 阻尼圍帶 高抗振衰減性 凸臺拉筋 高抗振衰減性 17-4PH不銹鋼 高強度 薄葉片 高效率 減少離心力 樅樹型葉根 降低葉片重量 降低離心力 高效1000MW超超臨界汽輪機導葉出汽側排水對比分布圖導葉高度相對排水量實心導葉空心導葉導葉外環出汽側開縫進汽側開縫導葉內環末級葉片39高效1000MW超超臨界汽輪機 汽輪機為防止漏氣，降低熱耗，主要通過葉頂圍帶汽封、軸封等實現高溫高壓氣體的密封； 為保證機組安全起動，降低汽封片同圍帶或轉子軸摩擦的風險，密封位置均存在0.5-0.75mm間隙； 隨著機組參數不斷提高，通過汽封間隙損失的蒸汽質量流量增多，而且造成級間主流道氣流

21、擾動，影響機組效率。考慮汽封漏汽的全三維數值計算 動葉頂部的漏汽損失占全部損失的22%，軸封漏汽占全部損失的7%； 減少汽封的漏汽損失是提高通流部分效率的主要措施。汽輪機通流部分的損失包括兩大部分：級內損失和級外損失。40高效1000MW超超臨界汽輪機設計轉子轉速在400r/min以下完成汽封片間隙的摩擦。試驗用模擬高壓轉子試環材料為30Cr1Mo1V，低壓轉子材料為30Cr2Ni4MoV，圍帶材料選擇最具代表性的2Cr12NiMo1W1V進行試驗。轉速在2000r/min，試環直徑300mm，線速度在32m/s。實驗的目的是找到一種可以與轉子、葉片圍帶摩擦，但不損傷轉子、葉片圍帶的 汽封片。

22、根據試驗所用時間和汽封片磨損量，可以 為進一步縮小汽封間隙，確定小間隙啟動 汽封間隙數據和啟動時摩擦時間提供數據 支持。41高效1000MW超超臨界汽輪機試驗結果表明：從使用實際使用習慣、原材料成本控制、汽封片硬度控制方面考慮，進行多種材料的汽封片試驗，確定了合適的汽封材料，并申請了相關專利。42用專用材料加工的汽封片，通過合理的工藝處理后，可以用于“小間隙啟動汽輪機”，該汽封片可以與轉子軸、葉頂圍帶進行直接接觸摩擦，不會對轉子軸，圍帶造成損傷。粘連磨損無損傷高效1000MW超超臨界汽輪機小間隙啟動應用哈汽專利汽封齒材料，經多次試驗驗證，采用此材料與轉子葉片磨擦不會對轉子、葉片產生任何損傷。并

23、且以實際運行轉子中心位置偏置為依據，安裝時對汽封采取預偏置，使轉子在實際運行中與汽封同心，保證各處間隙均勻。這種設計方式可以保證汽封間隙最小（0.3mm)，漏氣損失最小，在保證機組安全穩定運行的同時能夠有效降低汽輪機熱耗，提高機組效率。原300MW機組汽封間隙要求現哈汽機組汽封間隙要求（300MW、350MW、600MW、1000MW等機組）1.轉子撓度；2.汽缸撓度；3.各相關部套撓度（汽封、平衡環、隔板套等）；4.全實缸狀態；1.轉子撓度；2.汽缸撓度；3.各相關部套撓度（汽封、平衡環、隔板套等）；4.全實缸狀態；5.半實缸狀態；6.現場間隙測繪次數；7.找中后，所有部套下半就位/上下半就

24、位，轉子不安裝時各部套的撓度值X/Y；8.半實缸狀態修正系數Z=Y-X；9.部件調整值；10.轉子測量值及調整值。11.汽缸不同的脹差值（汽缸裝配修正值）；43高效1000MW超超臨界汽輪機44u現GE公司、西門子、阿爾斯通等汽輪機公司300MW、600MW、1000MW機組以及聯合循環機組潤滑油系統大多采用純電動主油泵系統。u哈汽9F同軸聯合循環汽輪機以及絕大部分雙軸聯合汽輪機采用純電動主油泵系統。u哈汽百萬機組所選電動主油泵采用國外成熟可靠產品，主要是日本TAIKO，德國ALLWEILER、德國KSB、美國布法羅公司產品，通過與以上公司進行技術交流后可以滿足我公司現在所用電動主油泵要求，并

25、有參數相當的油泵業績。例如：陽江百萬核電、三門核電、半山9F同軸機組、芬蘭核電站等。u考慮油泵切換啟動油壓波動，泵選型過程中要求，快速啟動（考慮因素：泵的轉動慣量、電機轉動慣量、轉速、啟動力矩、啟動電流倍數等）。高效1000MW超超臨界汽輪機p 采用純電子超速保護系統45p取消機械超速后，電子超速由以下三道電子超速裝置構成，其原理框圖如下：u 1. DEH 110%超速(位于前箱轉子延伸軸處)，前軸承箱處轉速信號通過DEH系統傳到ETS危機跳閘判斷后，通過OPC/AST電磁閥組控制主汽門實現跳機。高效1000MW超超臨界汽輪機46u 機組設計三套電子超速系統，且轉速信號單獨選取，同時其中一套超

26、速保護系統為完全獨立于DEHETS及TSI系統，因此該機組純電子保護完全滿足機組跳機要求。u 機組電子保護跳機系統設計符合下列設計標準。 火力發電廠汽輪機電液控制系統技術條件（DL/T 996-2006）： 固定式發電用汽輪機規范（GB 5578-2007）: 汽輪機調節（控制）系統技術條件（JB-T 10086-2001）：u 2.TSI 110%超速（位于盤車齒輪處），盤車大齒輪處轉速信號通過TSI系統傳到ETS危機跳閘判斷后，通過OPC/AST電磁閥組控制主汽門實現跳機。u 3.獨立的超速保護系統（位于1#低壓缸5#軸承處），該超速系統電子硬件完全獨立于DEHETS及TSI系統；是一個以

27、三冗余超速保護控制器為核心的完全獨立系統，控制周期可小于20ms, 任何模塊故障不停機，具有在線熱替換的特點。p結論：高效1000MW超超臨界汽輪機47可選高效1000MW超超臨界汽輪機高壓主汽閥0#抽汽閥門0#抽汽管道高壓汽缸為提高部分負荷的運行經濟性，在低負荷時設置0號高加，提高給水溫度；根據計算曲線，啟用0號高加后，低于額定負荷都能起到降低熱耗的效果。48可選高效1000MW超超臨界汽輪機外置式蒸冷器蒸汽冷卻器由于中壓缸中間抽汽級的抽汽溫度較高，其過熱度較大，直接加熱給水會降低機組朗肯循環效率，采用外置蒸汽冷卻器先加熱高溫給水可提高給水溫度4-5，提高汽輪機內效率0.2%左右。增加外置蒸冷器后，既降低機組熱耗，同時減少三號高加的設計難度。可選49高效1000MW超超臨界汽輪機低溫省煤器低溫省煤器根據鍋爐低溫省煤器提供的熱量和進出口水溫的要求，選擇適合的位置，盡量提高熱量的利用率，減少對其他加熱器的影響。不同類型鍋爐排煙溫度存在差異，一般要求給水入口水溫80，給水出口水溫115 。可選50高效1000MW超超臨界汽輪機51高效1000MW超超臨界汽輪機電廠名稱型號類型缸數功率M