STC-SIEMENS聯合設計制造單軸四缸四排汽1000MW超超臨界汽輪機技術介紹介紹內容一。百萬等級超超臨界汽輪機的技術來源二。總體結構三。本體結構部分四。汽、水、油系統部分五。啟動方式及對旁路容量的要求六。小結

一。百萬等級超超臨界汽輪機的技術來源SEC-STC超超臨界1000MW汽輪機中國第一個900MW機組-外高橋Ⅱ期-2X900MW超臨界2003/2004投運(24.95/538/566)中國第一個超超臨界項目-玉環4X1000MW-2003年11月簽定合同。(26.25/600/600)中國最高參數的超超臨界百萬千瓦機組-外高橋三期2X1000MW機組-2005年2月簽定合同。(27/600/600)引進西門子單軸1000MW等級,世界上最成熟、最高參數,最高效率的50Hz機組技術轉讓及合作設計制造

1999年-2003年外高橋2X900MW-四年實踐為基礎2003年12月4X1000MW合作設計制造合同開始啟動，西門子進行汽輪機本體的設計，提供全套設計制造資料，從2003年12月起分2個月、5個月、7個月、11個月完成全部設計制造及資料圖紙。2003年12月與西門子簽定百萬千瓦技術轉讓合同-設計技術、制造、質保、安裝、服務技術。正在執行合同6臺,與西門子合作設計制造合同H30高壓單流積木塊M30中壓雙流積木塊N30低壓雙流積木塊

產品核心設計技術轉讓計算機程序系統轉讓圖紙及制造、安裝、維護、質保技術資料1000MW等級超超臨界汽輪機技術轉讓

合作制造外高橋

2X900MW超臨界

合作設計及制造玉環、外高橋6臺1000MW超超臨界超超臨界1000MW汽輪機與西門子的合作產品及積木塊的轉讓內容主要項目技術支持內容1單流高壓缸H30，雙流中壓缸M30-100，雙流低壓缸N30-12.5三個積木塊2002年用于日本ISOGO的N600-25/600/610及玉環N1000-26.25/600/600機組的全套圖紙資料2設計手冊、運行、安全及維護全套產品對應的資料3外購件采購規范、備件清單全套產品對應的資料4COE設計技術計算機程序及手冊、報告5制造工藝、檢驗、材料、標準件全套產品對應的資料6設計制造培訓STC具備獨立的COE設計能力主要項目技術支持1按產品要求的出力、參數、抽汽及回熱系統定義程序、手冊、報告、圖紙、設計規范、工程報告、接口清單、采購規范等2按流量及參數，在模塊范圍內設計HP、IP、LP葉片通流部分（級數、葉型及尺寸）3HP、IP、LP逐級熱力性能計算4HP、IP、LP逐級強度計算5軸系設計：推力、轉子動力特性6DEH系統設計技術：調節閥流量升程，控制邏輯、輸入與輸出、熱應力計算；輔助系統設計及采購技術規范

西門子“HMN”機型同時在超超臨界汽輪機發展的三大技術領域處于明顯的領先地位西門子600°C超超臨界汽輪機技術儲備（1）600°C高溫參數（材料、結構及產品應用）（2）更高壓力參數技術儲備（3）單軸、百萬千瓦容量西門子機型適應更高參數的結構優勢西門子、三菱、東芝600°C/610°C。

日立600°C/600°C；ALSTOM550°C/580°C

西門子獨特的結構、高壓設計模塊壓力30MPa.

外高橋三期27MPa為百萬千瓦世界最高壓力。傳統的結構形式,日本1990年后全部25MPa以下。世界運行的單軸8臺50Hz機組全為歐洲，西門子為6臺，最大1025MW。西門子在單軸、發電機、材料、高參數結構四方面均處于世界領先地位西門子是世界上唯一有50HZ單軸超超臨界1000MW產品業績（領先10年以上）的公司

高溫材料在大功率機組的應用業績高溫材料的應用業績

9Cr-10Cr鐵素體高溫材料-10多年的應用業績,形成標準采購規范從1993年起產品壓力及溫度不斷提高的成功業績百萬千瓦高壓缸“H”及中壓缸“M”模塊最高投運溫度600°C及

610°C–2002年西門子同時實現超超臨界三大技術的突破

高溫材料-鐵素體馬氏體鋼適應更高溫度的結構型式高壓圓筒型外缸，緊湊的結構-熱應力小西門子“600°C超超臨界技術”儲備中壓進口切向渦流冷卻適應更高壓力的獨特結構型式西門子同時實現超超臨界三大技術的突破30MPa壓力積木塊的技術儲備獨特的圓筒型高壓缸結構壓力不斷升高的產品應用業績傳統結構風格難以承受更高的壓力西門子專門針對超臨界壓力的一系列獨特結構型式周波60Hz50Hz地區日本日本歐洲雙軸高中全速，低壓半速6臺：東芝-1臺三菱-5臺3臺：東芝-1臺日立-2臺單軸2臺：東芝-2臺（注）8臺：西門子-6臺

ALSTOM-2臺注（1）日立第一臺單軸、百萬千瓦機型將安裝在鄒縣注（2）東芝第一臺單軸、50Hz、百萬千瓦機型將安裝在泰州（3）西門子機型在玉環及外高橋另有6臺百萬千瓦汽輪機運行業績（至2004年）日本電廠超超臨界業績

1990年后壓力不大于25MPa

溫度普遍達到600/600，三菱、東芝、西門子達到600/610700MW以下單軸50HZ,900MW無單軸，全為雙軸歐洲電廠超超臨界業績(西門子為主)注：歐洲銘牌按VWO出力全部單軸全速,壓力逐漸升高全部50Hz2x874MW德國黑泵電廠-1997投運25.3MPa,544°C/560°C-5kPa,

工業調整抽汽最大800t/h,0.45MPa2級熱網抽汽最大120MW1個H30-1001個M30-100-配抽汽口2個N30-10-1個H30高壓缸1個M30中壓缸3個N30-10低壓缸908MWBoxberg,Germany-1999年投運-25.8MPa/541°C/580°C

2.91/3.68kPa

1025MWNiederaussem,Germany-2002年投運26.5MPa,576°C/600°C

2.91/3.68kPa;-1個H30高壓缸1個M30中壓缸3個N30-12.5低壓缸STC國內單軸百萬千瓦機組業績

2003年11月簽定華能玉環4X1000MW-26.25MPa/600°C/600°C

2003-2004投運,外高橋II-2X900MW-25.MPa/538°C/566°C

2005年2月簽定外高橋Ⅲ期2X1000MW-27MPa/600°C/600°C2x900MW外高橋II期-2003/2004投運24.95MPa,538°C/566°C

4.9kPa

-1個H30高壓缸1個M30中壓缸2個N30-12.5低壓缸2x1000MW外高橋III期27MPa,600°C/600°C

4.19/5.26kPa-1個H30高壓缸1個M30中壓缸2個N30-12.5低壓缸二。總體結構采用SIEMENS成熟的單軸、HMN組合機型H-高壓單流缸K-高中壓合缸M-中壓雙流缸E-中低壓合缸N-低壓雙流缸本次介紹機型為：1H+1M+2N，出力1000MW

工作壓力：25~30MPa，工作溫度：600°C壓力等級：25~30MPa，溫度：600°C/620°C機組外型布置圖機組布置特點機組型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機高、中壓缸及低壓內缸由貓爪支撐于前后軸承座上。閥門布置于汽缸兩側，與汽缸直接連接，無導汽管。

單連通管導汽進低壓缸。低壓外缸直接座于凝汽器上，與基礎不直接接觸。轉子由單軸承支撐，結構緊湊，并能減少基礎變形對軸承載荷及軸系對中的影響。機組總長~29m,比同等級的其他機組縮短約8~10m。中壓部分高壓部分低壓部分發電機凝汽器長(mm)寬(mm)高(mm)轉子重量（T）整體重量（T）高壓缸H3036653800345014.1133中壓缸M3048254200434044.7205低壓缸2XN30710010400839596396#1-#2(mm)#2-#3(mm)#3-#4(mm)#4-#5(mm)軸承跨距4275607580008050機組縱剖面圖長(m)寬(m)高(m)機組外形2910.47.75汽缸支撐結構及膨脹特點低壓外缸直接連接在凝汽器上，不參與整個靜子滑銷系統的膨脹，大大降低了靜子部件的膨脹推力。各轉子均采用無中心孔整鍛轉子，剛性好，應力小軸系為單軸承支撐；軸承少、承壓比大、穩定性較好。轉子與轉子之間以超緊配液壓拆裝的聯軸器螺栓連接，扭矩傳輸能力高，安裝拆卸迅速、簡便，對中精確。5個軸承座均固定在基礎上，不隨靜子的膨脹而移動。#2軸承座內裝有徑向推力聯合軸承。高、中壓缸搭在#2軸承座上的貓爪與其固定不動。機組的絕對死點及相對死點均在高中壓之間的軸承座上。中壓外缸與低壓內缸間用推拉桿在貓爪處連接，同時軸承座與需滑動的汽缸貓爪之間的滑動支承面均采用耐磨低摩擦合金。有利于汽缸的軸向滑動，減少汽缸與轉子間的相對膨脹。轉子絕對膨脹相對膨脹靜子絕對膨脹高壓中壓低壓1低壓2

三。本體結構部分獨特的圓筒型高壓外缸高壓缸整體發運。高壓缸采用雙層缸設計。外缸為桶形設計，由垂直中分面分為進汽缸和排汽缸。內缸為垂直縱向平分面結構。由于缸體為旋轉對稱，使得機組在啟動停機或快速變負荷時缸體的溫度梯度很小，熱應力保持在一個很低的水平。

內缸為垂直縱向平分面結構，中分面螺栓應力也很小，安全可靠性高。排汽缸進汽缸高排抽汽口排汽缸高壓內缸高壓轉子現場動平衡進汽口補汽閥進汽口高壓缸剖視圖貓爪貓爪高效率單流程高壓缸通流高壓通流部分采用小直徑多級數的設計原則。單流程葉片級通流面積比雙流程要增加一倍，葉片端損大幅度下降高壓切向進汽，斜置45度第一級靜葉，結構緊湊、損失小全周進汽無超臨界的汽隙激振問題；高溫第一級葉片負荷僅為其他的1/3全部采用‘T’型葉根、漏汽損失小高中低壓葉片除末三級外全部采用全三維扭葉片高效全新的反動式葉片所有的高中低葉片級（除末三級）均為彎扭的馬刀型動、靜葉片。變反動度（30%-60%）整體圍帶葉片、全切削加工；強度好、動應力低、抗高溫蠕變性能好。除低壓末兩級外，全部為“T”型葉根。低壓末級采用1146mm葉片，排汽面積達到10.96m2。OverloadinletMainsteaminletExhaust(1)與全周進汽、滑壓運行配套的標準設計(2)相當于主汽門后的第三個(高負荷調節閥)(3)等焓節流,減低溫度還可起到冷卻高壓汽缸作用獨特的補汽調節閥技術

補汽閥與兩個主調門一樣執行ATT-自動在線試驗程序，執行所有相同的跳機指令

補汽閥能執行單獨動作指令出口與高壓缸相連補汽閥設置主調門的連接方式布置在汽缸兩側，切向進汽，損失小；無蒸汽管道，直接與汽缸相連。閥門與汽缸間采用大型螺紋連接，有利于大修拆裝。閥門直接支撐在基礎彈性支架，對汽缸附加作用力小。閥門采取小網眼、大面積的不銹鋼永久性濾網。其特點是過濾網直徑小，濾網剛性好，不易損壞。獨特的液壓盤車設備液壓馬達前軸承座高壓轉子盤車設備安裝于前軸承座前，采用液壓馬達進行驅動，工作油壓力145Bar盤車裝置是自動嚙合型的，能使汽輪發電機組轉子從靜止狀態轉動起來，盤車轉速為60轉/分

盤車裝置的配有超速離合器，能做到在汽輪機沖轉達到一定轉速后自動退出，并能在停機時自動投入。盤車裝置與頂軸油系統、發電機密封油系統間設聯鎖中壓缸雙分流雙層缸結構中壓缸整體發運。內外缸雙層結構，水平中分面分成上下半。中壓外缸通過貓爪搭在軸承座上，調閥端直接固定在二號軸承座上。軸承座與貓爪之間的滑動支承面均采用耐磨低摩擦合金。雙分流形式，中部兩側切向進汽，排汽口位于汽缸頂部中間位置。整個中壓外缸處在小于300℃排汽溫度中。獨特的中壓進汽結構中壓雙流切向進汽，全部為T型葉根，漏汽損失小。第一級斜置靜葉，20%反動度，大的軸向動靜距離有效防止沖蝕獨特的切向旋渦冷卻技術

利用渦流原理降低溫度約15度，滿足較高再熱溫度的要求。主汽門及調門閥殼合為一體，結構緊湊，易于維護再熱門與汽缸通過法蘭直接相連，無導汽管，損失小，閥門支撐于基礎上，對汽缸附加力小最優擴散口流道設計，壓力損失小閥門采用電液調節的油動機進行控制，彈簧關閉。閥門動態控制性能好小網眼永久濾網，濾網剛性好，不易損壞主、再熱門的特點低壓缸縱剖圖低壓外缸現場焊接，和凝汽器剛性連接，減少了基礎載荷。低壓外缸通過軸封補償器和端部汽封彈性連接，軸封補償器可以吸收內外缸相對膨脹。從外缸伸入缸內的各部件也均采用補償器進行連接。軸封補償器端部汽封低壓內缸橫向固定裝置汽缸補償器低壓內缸低壓靜葉持環內缸及支腳示意圖低壓內缸通過其前后各二個貓爪，搭在前后二個軸承座上，支撐整個內缸、持環及靜葉的重量。

低壓內缸兩側底部設有橫向定位鍵槽與基礎埋件相連接，防止低壓內缸橫向和周向移動低壓內缸推拉裝置示意圖低壓內缸以推拉裝置與中壓外缸連接，減少低壓缸的相對膨脹低壓外缸與凝汽器剛性連接

LP馬刀型靜葉片-提高根部反動度、防水蝕空心靜葉世界上（有運行業績）最大尺寸的低壓末級葉片低壓缸N30積木塊與外高橋超臨界900MW相同，末級葉片為1146mm。

該1146mm葉片1997年投運，至今運行已超過27500小時低壓末級及次末級葉片具有良好的抗應力腐蝕及抗水蝕措施

末端葉片采用抗腐蝕性能好的17-4PH材料

末級靜葉采取空心葉片結構，有抽出水分的除濕裝置。末級動葉片采用新型的激光表面硬化技術，這是西門子公司的一項特有技術。

激光表面硬化的特點

葉片的進汽邊硬化層能完全穿透，表面硬度可超過500HV。在表面形成壓應力不但不會降低（一般下降20%-50%），反而有利于提高材料的抗疲勞強度和抗應腐蝕能力。超超臨界1000MW汽輪機主要部件材質表高壓外缸進汽缸：GX12CrMoWVNbN10-1-1排汽缸：G17CrMoV5-10高壓內缸GX12CrMoVNbN9-1汽缸螺栓X19CrMoNbVN11-1中壓內缸GX12CrMoVNbN9-1主汽門閥體GX12CrMoVNbN9-1主汽門閥殼GX12CrMoVNbN9-1主汽門螺栓X10CrMoVNb9-1再熱閥體GX12CrMoVNbN9-1再熱閥殼GX12CrMoVNbN9-1高壓第一級動葉NiCr20TiAl高壓第一級斜置靜葉X12CrMoWVNbN10-1-1中壓第一級動葉NiCr20TiAl高壓第一級斜置靜葉X12CrMoWVNbN10-1-1改進的9-10Cr鋼適當減少了Cr，加入了微量Mo、W、V、Nb、N元素，進一步加入B、Co元素，其高溫性能更好，可在620

C條件下工作。高壓轉子X12CrMoWVNbN10-1-1中壓轉子X12CrMoWVNbN10-1-1低壓轉子26NiCrMoV14-5再熱門螺栓X18CrMoNbVN11-1超超臨界1000MW汽輪機大件外形尺寸名稱長（m）寬（m）高（m）重量（t）高壓缸整體4.8753.83.45125(含運輸支架)中壓缸上半5.8904.322.2537.63中壓缸下半5.4454.322.0943.38中壓缸整體6.2754.324.9205(含運輸支架)低壓轉子帶葉片8.054.24.298低壓內缸下半4.7776.892.852.58低壓內缸上半6.476.893.28565.13低壓外缸上半7.110.43.4543.17低壓外缸端板1.610.44.9521.54低壓外缸側板6.70.54.958.9低壓外缸鋼架10.44.54.314.15主要部件起吊裝置汽輪機各部件的最大起吊高度為吊鉤距運轉層約13m。

HP整體發運技術Overalldim.8x3.8x3.5Weight:125t中壓缸整體發運技術Overalldim.9.14x4.32x4.9Weight:205t四。汽、水、油系統部分STAuxiliaries汽輪機輔助系統MADTURBINEBEARING汽輪機軸承MAV STlubeoilsupply汽輪機潤滑油供應MAWGlandsteamsupplysystem軸封蒸汽系統MAL Drainsystem疏水系統MAC LPexhausthoodspray低壓缸噴水LBC HPventvalve高排通風閥軸承布置及設計特點除高壓轉子由2個徑向軸承支撐外，其它轉子均為單軸承支撐。推力軸承位于高壓和中壓轉子之間，與#2徑向軸承組成徑向推力聯合軸承。推力軸承為可傾瓦型式，徑向軸承為橢圓軸承。高中壓軸承為球面支撐，低壓缸軸承為柱面支撐。軸承的承載力大，穩定性高。每個徑向軸承均設頂軸油接口。機組的軸向尺寸緊湊。總的潤滑油流量小，油泵耗功少。采用ISOVG46高粘度潤滑油。軸承數據(包括電機軸承)

油箱模塊容量選擇根據潤滑油的流量53.86l/s，油箱的模塊選L1型，系統總油量約35m3模塊型號油箱容量運行容量流量范圍油箱規格潤滑油系統概述系統功能 汽輪發電機組潤滑油的功能包括：潤滑和冷卻軸承驅動液壓盤車裝置在低轉速狀態頂起轉子 潤滑油供油系統由主油箱、油泵、閥門和連接管路的組成，為所有用油部件提供所需的壓力油。2×100%主油泵出口壓力5.5bar，用于軸承潤滑和冷卻1×100%危急油泵出口壓力約2.5bar，用于緊急停機時軸承潤滑2×100%(或3×50%)頂軸油泵出口壓力約175bar特點 提供2×100%電動主油泵，使系統具有下列技術優點：更佳的油泵入口吸入條件（不需要注油器或油渦輪）較少的管道布置提高了可靠性維護更加方便滑油硬件模塊標準化接口–靈活的配置2x100%LubeOilCooler滑油冷卻器MainOilTank主油箱LubeOilFilter滑油過濾器MainOilPump1&2主油泵EmergencyOilPump應急油泵LiftingOilPump(2×100%或3×50%)頂軸油泵OilDustFan風扇OilDustseparator分離器OilPurification油凈化MeasurementRack測量儀表架TemperatureController溫度控制閥汽封系統概述功能汽封密封蒸汽的功能是防止蒸汽從軸封漏出及空氣進入汽缸或冷凝器。為完成上述功能，將汽封蒸汽母管接至各汽封。在任何運行條件下，汽封蒸汽母管以及汽封內的蒸汽壓力由密封蒸汽溢流閥和密封蒸汽供汽閥來控制。蒸汽壓力大約35mbar（表壓）。

特點啟動時各汽封采用同一汽源供汽，在自密封時（約70%額定負荷），高中壓汽封漏汽直接為低壓汽封供汽，不需要減溫裝置。HDWellendichtungenHPshaftsealings高壓轉子密封MDWellendichtungenIPshaftsealings中壓轉子密封NDWellendichtungenLPshaftsealings低壓轉子密封Home轉子密封汽封冷卻器模塊GlandSteamCondenser汽封冷卻器Exhauster排氣風機DrainageValvesandPiping疏水閥及管道ShutOffValves關斷閥疏水系統功能汽缸、閥門和內部蒸汽管道內產生的凝結水通過疏水閥經疏水母管至凝汽器。按壓力等級依次將不同壓力的疏水管接到疏水母管上，壓力最高的疏水管靠近母管的端部。與母管端部相連的膨脹箱(或立管)設置噴水裝置以限制進入凝汽器的溫度。啟動時熱的蒸汽在冷的管道和汽缸內凝結，當凝結水大量積聚時將導致葉片損壞。此外，如果不能及時將凝結水排除的話，汽缸的上、下半溫差增加，導致汽缸變形。疏水閥的開關狀態取決于汽缸溫度、蒸汽溫度、負荷以及進汽閥的閥門位置。典型汽機疏水系統

典型的氣動疏水閥1。氣動執行機構2。行程開關3。電磁閥4。空氣過濾減壓閥典型汽機疏水布置Standpipes立管Collectionbranches

集水管Collectionbranch集水管Standpipe立管

典型汽輪機疏水布置Waterinjection噴水接口低壓缸噴水冷卻系統圖氣動控制閥調壓閥過濾器

低壓缸噴水系統功能低壓缸噴水系統向雙流低壓缸兩端噴水環的噴嘴提供凝結水。凝結水能使離開汽輪機末級葉片的蒸汽，在進入低壓缸排汽室之前降低溫度。減少轉子與靜子部件之間由于熱變形或過度差脹而產生碰擦的