满足温度和压力要求的模块化设计

摘 要：模块化设计主要参数之一是主蒸汽条件。主蒸汽温度不断升高，高温需要昂贵的材料来承受相关的最佳压力水平。对于这种先进的蒸汽循环，模块化概念的一个重点是将所需耐高温材料的数量降到最低。在不同的温度水平（例如，565°C和600°C）对主要部件采用相同的设计，只改变材料，焊接主要部件，以尽量减少高温材料的数量.保护部件不受热蒸汽的影响，为其降温。

关键词：转子；模块；冷凝器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.040

1 适用于600℃以下温度的涡轮材料设计

联合HP/IP涡轮由内、外壳体，上半、下半部分与水平法兰组成。热应力使高主蒸汽和再热蒸汽引起的热负荷以及压力完全由内套管承担。为此，根据特定的应用温度选择内套管的材料。同样，转子材料是根据K型涡轮的尺寸、应用温度和转速（50或60 Hz）而选择。

该设计由保护外壳免受热主蒸汽和再热蒸汽温度的特殊特性组成。该阀门通过一个灵活的L形环和一个热套管，分别引导热蒸汽直接进入内套管、HP或IP叶片。因此，外壳只需承受ip排气压力和温度。所有应用的外壳材料都是球状铸铁，相当大的降低成本。同样，阀门外壳材料的成本也是根据不同的设计压力和温度情况进行优化的。

2 焊接转子设计

焊接设计已应用于新的电子涡轮转子。小叶片热IP截面和大离心冷Lp截面所需材料性能、力量是完全不同的。因此，只有焊接转子设计才能使热IP段和冷Lp段都能使用最佳材料。两种材料的组合，转子产生最佳值。

在广泛的再热温度范围内的机械性能，高达565℃时，IP转子块和内壳使用2%铬钢。高达600℃时，转子和内壳材料由10%铬钢代替。Lp转子块由3.5%镍钢组成。转子焊缝位于LP前端的后面。这为实施成本效益高的焊接提供了优势。

3 虚拟活塞冷却

为了达到最大的热力学效率，选择了一种新的电子涡轮的直流电涡轮设计。与反向流的概念不同，选择的直流设计需要一个足够大的轴向推力的活塞直径。由于这种大活塞直径在再热温度下的机械冲击，已为活塞开发了强制转子冷却，用以保证高效循环。冷却蒸汽（350℃）被吹入IP活塞前面的一个特殊混合空间，并从IP入口与再热蒸汽（565℃至600℃）混合，以达到一个最适宜温度450℃。在此温度下，IP转子和IP活塞的两个优点结合在一起，得到最佳的转子寿命周期和IP活塞密封的最小间隙。因此2%-铬钢可用于565°的IP转子。保持性能和可靠性的高水平，而不增加材料成本，冷却系统已经成功地实现了。

4 冷凝器模块设计

模块化设计的另一个主要参数是流过Lp端级的体积流量，它与质量流和冷凝器压力直接相连。排气扩压器与该地区的平均轴向速度密切相关。因此，需要一些不同的lp尺寸来覆盖冷凝器压力的范围。在这种情况下，模块化概念的重点是实现最大LP性能和适度成本之间的最佳平衡。定义一组最优的LP标准级，以涵盖所需的体积流范围。使lp和ip组件的所有必需组合具有成本效益的连接，从而保持最佳性能。考虑使用20至200 mbar的大冷凝器压力范围。

5 Lp叶片

由于末片后的轴向速度主要与出口面积有关（而与最后叶片的长度无关），因此选择了出口区域的均匀分布。LP标准阶段对于每个给定的出口区域，设计了一套由三个标准阶段组成的系统。附加的防腐蚀措施适用于最后的固定叶片。它们被设计成空心叶片，由排水槽组成以去除水分，可以用蒸汽加热。采用先进的三维翼型设计，以增加叶片轮毂的阶段反应，从而提高低负载时的性能。为了允许由于热膨胀而产生更大的轴向运动，在涡轮的Lp段中应用了非联锁迷宫密封。密封设计提供了最佳的密封效果，密封长度相对较短。

6 单流电子涡轮低压排气缸

模块化概念的电子涡轮只提供三个不同的低压排气罩，以涵盖完整的出口区域范围，六套相关的标准lp级是以标准化接口的方式引导。同时，轴向连接lp排气套管和ip外壳，允许任何组合的标准接口。

7 排气几何优化

在设计阶段进行了详细的计算流体力学分析，以优化低压涡轮排气系统的几何形状以及向凝汽器过渡的区域。连用在模型和现场的涡轮机上进行测量时，工作重点在于增加排气压力恢复并因此改善整体的蒸汽涡轮性能。用于安装在涡轮下面的冷凝器的典型涡轮甲板布置的流线的排气分析结果。蒸汽在下游流动。末级透平进入排气罩后，在排气罩内部的流动中也观察到了相当大的涡旋。当涡流在流动中造成能量损失时，引导叶片已安装，以改善流量，从而减少压力损失。

为CCPP和SPP提供了100 MW至700 MW的汽轮机产品线。这涡轮由两个套管设计。适用于单流Lp段，以最佳速度获得蒸汽流量的情况。对于大功率输出和低冷凝器压力，生产线采用双流低压涡轮。这两种设计都是基于模块化的设计理念。

8 结论

本文详细介绍了如何补偿主要设计参数对温度的影响。因此，主要目标是减少主要部件的变体数量，并尽量减少高溫对材料成本的影响。该设计所有配置都由最新的lp组成。在hp和ip部分，采用了高性能的全三维反应叶片。已成功地应用于生产线，并被视为满足当今汽轮机市场具有挑战性需求的基础。时间短，成本低，同时，有助于缩短启动时间，操作的灵活性。

作者简介：呙泰（1991-），男，湖北荆州人，本科，学士，初级工程师，研究方向：压力容器、换热器。