冷凝式汽轮机的现代化技术改造

朴文哲

（哈尔滨动力设备股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 汽轮机现代化技术改造的必要性

1.1 原机组设计、制造方面存在的问题：

1.1.1 高压缸

A：早期叶型的型损大。早期的125机组采用苏联的叶型，与现在所采用的新型叶型相比型损要大1倍左右。

B：加强筋型隔板。原高压缸均采用带加强筋型的隔板结构，由于早期的加强筋结构和制造加工的原因，在汽道中引起强烈的旋涡，进一步加剧了端损和型损。使高压缸效率下降约4-6%，甚至更大。

C：动叶径向间隙的漏汽较大。由于动叶采用伸出式的铆钉头结构，径向汽封齿数只能布置二个。与现在的结构相比，漏汽损失较大。

D：动、静之间的泄漏。原高压缸各级的根部反动度接近于零，甚至更低，动叶根部前后的压力基本相等甚至动叶根部出口压力大于动叶根部进口压力。使通过隔板径向间隙的漏汽一部分通过叶轮的平衡孔流出，还有一部分流入主流道对主流产生扰动，增加流动损失。

1.1.2 中压缸

A：进口流道汽流组织不合理。在汽缸中分面处有二个加强筋，堵塞了进汽流道，使高中压的分缸压力提高，并恶化了进口流场。

B：叶型落后。由于中压缸叶片的高度比高压缸的大，因而二次流损失所占的比例相对小些，主要是型损占很大比例。

C：动叶径向漏汽大。这与铆钉头结构有关，只能安排二个齿。

D：流道不光顺，汽流没有组织好。中压缸的后几级的扩张角较大，流道仍用阶梯形从而增加了损失。

其中，只能为状态良好的车组编配车次。指定任务包括早高峰与指定车次两类，若B股道车组有早高峰任务，也应为A股道状态良好的车组编配车次。

1.1.3 低压缸

A：设计方法落后。低压缸采用一元流设计，没有经过流场计算（当时没有方法，也没有计算工具），热降分配上有不足之处。

B：子午面流道不光顺。叶片的根部和顶部的流道成阶梯型，特别是最后二级其顶部的扩张角达45°。

C：漏汽损失大。一般讲，漏汽损失在低压缸总损失中占比例不大。但由于老的125MW机组的低压缸，前二级有围带，后四级都没有围带，径向的泄漏很严重。

D：叶型陈旧，损失较大。

E：末级叶型没有按超音速叶栅的设计要求设计，末级性能的好坏对低压缸的效率影响甚大。

1.2 机组自身存在的问题

高中压转子因弯曲曾两次直轴，弯曲部位材料表面硬度已降低到HB176左右，若经常调峰运行其后果难以预料。

由于机组长期在低负荷下运行，使低压末二级动叶水蚀严重，每次大修中均要修整，特别是末级左侧叶片根部出汽边水蚀较重，这是在低负荷条件下末级动叶片根部负反动度较大的缘故，虽经修磨，但还是不能完全保证不存在潜在的裂纹源，影响末级叶片的安全。

低压转子多次发生断叶片及围带脱落事故，中压缸、低压缸隔板变形严重，经多次整修仍不能从根本上解决问题。除此以外，阀门卡涩、汽缸膨胀不畅、动静间隙过小、汽缸跑偏等，这些都成为影响安全运行的缺陷。

高中压汽缸变形严重，高中压缸水平结合面外张口严重，特别是中压缸东侧有约400mm长的0.5mm~0.6mm的间隙消除不掉，而且张口幅度每次大修均发现有所增加。

汽轮机在使用中常出现的一些问题：中压排汽缸接缝处变形严重，每次检修后用补焊处理，漏汽问题一直存在。中压隔板部分级塑性变形严重。高压缸进汽插管泄漏，造成外缸及一级抽汽温度过高。汽缸法兰加热柜变形，泄漏严重。汽缸在启停时膨胀不畅。 一级旁路经常卡涩，减温水不能投用。疏水系统复杂，运行操作强度大，不适应调峰运行。汽轮机的监测、控制、保护系统的自动化程度低，设备老化，故障率较高，可控制性差，维护工作量大。

综上所述，该N125型机组由于设计制造的原因及本身存在的问题，使汽轮机效率与先进机组比存在很大差距。因此不论是从经济性还是从安全性来看，采用当代汽轮机先进技术来对该N125型机组进行改造是必要的，而且从其他厂汽轮机改造成功经验来看，通过改造达到大幅度增容降耗、延长机组寿命，提高机组运行可靠性，增强调峰性能的目标是可行的。

2 改造的主要原则和目标

2.1 改造原则

在技术性能等方面应优于国内同类机组；采用当代汽轮机已有的先进技术；在保证机组安全运行的前提下，尽量提高机组效率和变工况性能；提高自动化水平。

2.2 改造目标

提高通流部分效率，改造后机组在额定工况下热耗不大于8122 KJ/KW·h；在锅炉出力不变的前提下，机组额定出力至137MW；消除老机组存在的缺陷，大幅度提高运行安全可靠性；提高机组运行灵活性，增强调峰能力；延长机组寿命；提高机组的自动化运行水平。

3 改造主要内容

通流部分改造（高中、低）。更换高中压转子、低压转子、高中、低压隔板、隔板套、汽封等；汽缸改造（高中压内、外缸）。更换高中压内外缸、低压内缸等；轴承箱改造。更换前、中、后轴承箱；轴承改造（#1、#2、#3、#4 及推力轴承）；阀门改造（高、中压主汽阀及调节阀的伐芯组件）；连通管改造；调节部分改造（DEH、TSI）等。

4 现场安装主要措施

除保留轴承座基础台板及低压外缸之外，其余所有部件均拆除；各轴承座基础台板不动，各台板面全部重新研磨。用激光水平仪测量各台板的标高值，根据设计标高值，加工各轴承座底面，保证各轴承座标高符合设计要求；根据低压外缸中心，确定各轴承座中心位置，同时兼顾发电子静子中心；确定各转子中心，轴系扬度调整至设计值；根据转子中心，调整各汽缸中心，隔板中心合格，调整汽缸水平合格，调整至汽缸负荷分配合格；通流部分间隙调整至设计值；保留各主汽门、调速汽门壳体不动，其余部件全部更换；所有高、中压导汽管，连通管全部更换。按实际位置安装。

5 改造效果分析

机组改造后各缸效率均得到较大提高，热耗率比改造前下降了1469KJ/(KW·h)，最大增容达1300KW以上。相当标准煤耗下降50.2g/(KW·h)，按部分负荷2500小时，额定负荷运行时间3000小时计算，每年节约标准煤34513吨。按标准煤价格400元/吨计算每年可创直接经济效益1380万元以上，改造取得了明显的经济效益。

改造后高、中、低缸效率分别为81.96%、92.26%和88.05%。与汽轮机厂设计值相比低压缸效率达到设计要求，高、中压缸还有一定的差距。由于试验时DEH系统无法实现三阀运行，采用顺序阀运行方式，#3调节阀没有开足，#4调节阀微开，造成一定的节流损失，故考核试验时高压缸效率比实际值偏低。

改造后热耗率为8155 KJ/KW·h。考虑到高压缸节流损失影响缸效0.5个百分点，影响热耗率达8 KJ/KW·h，因此，实际热耗率应为8147 KJ/KW·h左右。

[1]思娟.冷凝式汽轮机内穿孔挡板的应用[J].热能动力工程，2002-05-20.

[2]高洪涛等.冷凝式汽轮机性能计算及其软件[J].汽轮机技术，1996-08-10.