南京汽輪電機（集團）有限責(zé)任公司建廠50年來，一直致力于電站汽輪機的設(shè)計制造。企業(yè)不斷緊跟經(jīng)濟的發(fā)展，市場的需求。開發(fā)不同類型的產(chǎn)品，迄今為止，已設(shè)計制造各類汽輪機100多個品種，派生產(chǎn)品400多種。進(jìn)入二十一世紀(jì)，集團公司領(lǐng)導(dǎo)更是著眼于發(fā)展，著眼于未來，非常正確的選擇與北京全四維動力科技有限公司合作，共同研制開發(fā)具有世界先進(jìn)水平的各類型電站汽輪機。在研制開發(fā)過程中，吸取總結(jié)了我國在葉輪機械氣動熱力學(xué)取得的科研成果，在已成功應(yīng)用于我國汽輪機行業(yè)老產(chǎn)品改造、新產(chǎn)品開發(fā)的全三維技術(shù)基礎(chǔ)上，努力開拓進(jìn)取，不斷技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出更為先進(jìn)具有當(dāng)代國際領(lǐng)先水平的準(zhǔn)四維/全四維技術(shù)，并把這一頂尖技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于汽輪機老產(chǎn)品改造和新產(chǎn)品的開發(fā)。集團公司落實科學(xué)發(fā)展觀，本著建設(shè)資源節(jié)約型社會宗旨，組織開發(fā)了多種余熱利用發(fā)電設(shè)備，其中水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電用汽輪機是近幾年重點開發(fā)的，具有國內(nèi)先進(jìn)水平的產(chǎn)品。

 

     目前國內(nèi)最先進(jìn)的水泥生產(chǎn)線，仍然有大量350℃以下的低溫余熱不能完全利用，回收水泥生產(chǎn)過程中的低溫余熱，用來發(fā)電，可有效減少水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗，同時降低了廢氣排放的溫度，有效的減輕水泥生產(chǎn)對環(huán)境的熱污染，具有顯著的節(jié)能和環(huán)保意義，符合循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，有很大的推廣價值和應(yīng)用前景，南汽輪集團研制開發(fā)的這種技術(shù)先進(jìn)的汽輪機，已和各水泥企業(yè)簽定了30多臺套合同，其中海螺集團占了絕大多數(shù)。引起水泥行業(yè)和汽輪機行業(yè)的普遍關(guān)注。

 

1．水泥窯低溫余熱汽輪機主要設(shè)計技術(shù)特點

     南汽輪集團與北京全四維動力科技有限公司共同研制開發(fā)的用于水泥生產(chǎn)線低溫余熱利用汽輪機，皆為雙壓（帶一級補汽）、單缸、沖動凝汽式汽輪機。

1.1汽輪機主要技術(shù)規(guī)范

1.2通流部分設(shè)計技術(shù)特點

    水泥窯低溫余熱汽輪機通流部分的設(shè)計，在技術(shù)方面最突出的特點是采用當(dāng)代更為先進(jìn)的、在成熟的全三維技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的、具有當(dāng)代國際領(lǐng)先水平的準(zhǔn)四維/全四維技術(shù)，對通流部分及主汽閥、調(diào)節(jié)閥、汽缸等各部分主蒸汽流經(jīng)的部位進(jìn)行全面系統(tǒng)設(shè)計，達(dá)到節(jié)約能源、降低消耗、提高經(jīng)濟性和增加出力（在同等主蒸汽流量下）的目的。

（3）    通流部分子午面光顧。光滑順暢的子午面型線可以減小因子午面形狀突變而帶來的額外損失。

 

（4）    動葉自帶圍帶整圈聯(lián)接。通過預(yù)扭裝配使動葉片形成整圈聯(lián)接，可以使動葉片振動應(yīng)力減小，不存在鉚接造成的應(yīng)力集中，運行安全可靠。

 

（5）    采用新一代梳齒式汽封。經(jīng)過多年實驗研究，及國內(nèi)外機組實際運行經(jīng)驗表明，梳齒式汽封是密封效果最好的結(jié)構(gòu)形式。梳齒式汽封以其特有的擾流作用，最大限度的減小漏汽，尤其是在沖動式汽輪機。

 

（6）    全部采用焊接隔板。焊接隔板剛性好，強度大，能夠保證靜葉內(nèi)汽道形狀準(zhǔn)確，光潔度高。

 

1.3汽輪機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)特點

     南汽輪集團設(shè)計制造的水泥爐窯低溫余熱利用系列汽輪機，為低壓、單缸、沖動、帶一級補汽（雙壓）凝汽式汽輪機。其基本結(jié)構(gòu)如上圖所示。

 

     汽輪機采用節(jié)流調(diào)節(jié)，無調(diào)節(jié)級。汽輪機轉(zhuǎn)子根據(jù)進(jìn)汽參數(shù)和功率的不同分別由9、10、11個壓力級組成。采用組合套裝結(jié)構(gòu)。

 

     汽缸前端借助于“貓爪”與前軸承座相連，在垂直方向設(shè)有定位左右膨脹的垂直鍵，以保證軸承座在膨脹時中心不致變動。前軸承座坐于前座架上，前座架上裝有熱膨脹傳感器，以反映汽輪機靜子部分的熱膨脹。后汽缸則支承在左右兩側(cè)的后座架上，在左右后座架與后缸連接面上設(shè)有橫銷，與汽輪機軸中心線的交點構(gòu)成汽缸熱膨脹的死點。

 

     前軸承座內(nèi)裝有測速機構(gòu)，主油泵，危急遮斷裝置，軸向位移傳感器，徑向及推力聯(lián)合軸承。后軸承座與后汽缸一體，裝有汽輪機后軸承和發(fā)電機前軸承。30MW系列僅裝有汽輪機后軸承。后軸承蓋上裝有汽輪機盤車裝置。盤車裝置由電動機驅(qū)動，通過蝸輪蝸桿副及齒輪減速達(dá)到所需要的盤車速度。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于盤車速度時，盤車裝置能自動退出工作位置。在無電源的情況下，在盤車電動機的后軸伸裝有手輪，可以進(jìn)行手動盤車。

 

     水泥爐窯余熱鍋爐產(chǎn)生的低壓蒸汽經(jīng)電動隔離閥進(jìn)入位于汽輪機前部的一個或者兩個主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥，通過主蒸汽管路，由前汽缸下部進(jìn)入前汽缸蒸汽室，經(jīng)若干級作功后，與補汽混合，再經(jīng)后幾級壓力級作功后排入凝汽器凝結(jié)成水，借助于凝結(jié)水泵打出，經(jīng)汽封加熱器及除氧器后，再重新進(jìn)入余熱鍋爐。

 

1.3.1汽缸的設(shè)計

    該系列汽輪機的汽缸，根據(jù)功率的不同，分為兩種組合形式：汽缸前部（前汽缸）和排汽缸（后汽缸）兩段組成；汽缸前部（前汽缸）、汽缸中部（中汽缸）和排汽缸（后汽缸）三段組成。各部分之間采用垂直中分面和螺栓聯(lián)接。汽缸分為上下兩半，前后分別裝有汽封，以保證蒸汽不外泄漏。前汽缸在下半前端有支承貓爪與前軸承座聯(lián)接，前汽缸前貓爪采用下貓爪中分面支承方式，消除了機組運行中汽缸中心抬高問題。

 

     前缸內(nèi)鑄有蒸汽室，蒸汽室為全周進(jìn)汽，下部有兩個進(jìn)汽口與主蒸汽管道焊接聯(lián)接到主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥。由于采用節(jié)流調(diào)節(jié)，改變了常規(guī)電站中、小機組群閥控制或凸輪配汽的方式；沒有回?zé)岢槠?，減少了下半抽汽口，前汽缸的結(jié)構(gòu)十分簡單，接近薄壁圓筒型，使得在啟動和運行過程中，受熱均勻，膨脹穩(wěn)定。

 

      該系列汽輪機為雙壓汽輪機，中間有一部分更低壓力的飽和蒸汽，進(jìn)入汽輪機，與主流蒸汽混合后，繼續(xù)做功。為了保證低壓飽和蒸汽能與主流蒸汽很好的混合，不影響機組的正常運行。也就是說為使補汽順利進(jìn)入汽輪機，真正實現(xiàn)雙壓運行。在汽缸的設(shè)計中，除設(shè)有補汽進(jìn)汽口外，在缸體上適當(dāng)增加汽室空間，使補汽進(jìn)入汽缸后，可迅速擴散，減少對主流蒸汽的擾動沖擊，穩(wěn)定的流向后幾級，完成作功使命。

低壓缸基本借用常規(guī)電站汽輪機高一功率等級汽輪機的低壓缸。如7MW系列、9MW系列的汽輪機，用常規(guī)電站15MW等級汽輪機的后汽缸；18MW系列的汽輪機用常規(guī)電波30MW等級汽輪機的后汽缸；30MW系列的汽輪機用常規(guī)電站50MW等級汽輪機的后汽缸。

 

1.3.2汽輪機配汽的設(shè)計

     水泥爐窯余熱發(fā)電用汽輪機為了快速啟動，而且能夠在滑壓方式下運行，要求汽輪機的配汽能夠滿足這樣的要求。常規(guī)中小汽輪機采用噴嘴配汽，這種配汽方式在空載和低負(fù)荷時只有部分進(jìn)汽度，這種情況對汽機暖機不利，特別在快速啟動時尤為明顯，為此在設(shè)計配汽時，進(jìn)汽部分的控制不再采用普通的噴嘴調(diào)節(jié)方式，而是采用全部噴嘴同時進(jìn)汽的節(jié)流調(diào)節(jié)控制方式，汽機啟動時靠調(diào)節(jié)閥控制轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機并網(wǎng)；正常運行時，調(diào)節(jié)閥全開，汽輪機處于滑壓運行狀態(tài)。此種進(jìn)汽方式使汽輪機進(jìn)汽部分始終處于均勻受熱狀態(tài)，這樣就能滿足在整個啟動過程，及低負(fù)荷時能夠保證汽機進(jìn)汽均勻，以利于汽機快速啟動，特別在汽機利用調(diào)節(jié)汽閥自動升速啟動時。同時這也為汽機自動啟動奠定了基礎(chǔ)。

 

1.3.3主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥的設(shè)計

      主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥布置在汽輪機頭部運轉(zhuǎn)層上。分為單主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥和雙主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥。單主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥，位于汽輪機軸中心線上，雙主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥，布置于軸中心線的兩側(cè)。汽閥用剛性座架安裝在基礎(chǔ)上。主汽閥分為立式與臥式兩種，調(diào)節(jié)汽閥為立式布置。兩閥閥殼鑄為一體，使結(jié)構(gòu)緊湊。聯(lián)合汽閥在水平方向鑄有四個支腳，整個汽閥靠此支撐在構(gòu)架上，受熱膨脹時，汽閥在構(gòu)架中以其中一個腳為死點，其余三個腳可以在平面內(nèi)滑動。汽閥構(gòu)架是用鋼板焊接而成的，座落在汽輪機運行平臺的基礎(chǔ)上，用螺栓加以固定。

 

      主汽閥為單座球形閥，閥碟的端部為半球形。啟動時，先打開預(yù)啟閥，減小閥碟前后的壓差，從而減小了閥門的提升力。閥座與閥殼采用熱壓裝配保證過盈，閥座帶有一段擴散段減少蒸汽流動損失。預(yù)啟閥開足后閥桿繼續(xù)移動帶動閥碟開啟。閥碟上方由定位塊固定，主汽閥開到位后定位塊與閥蓋配合緊密完全吻合，達(dá)到了密封的效果。閥蓋向下延伸一部分作為閥碟套筒，在閥碟開啟過程中能起到導(dǎo)向作用。在套筒與閥碟間又裝有平鍵以防止閥碟在汽流沖擊下旋轉(zhuǎn)。閥桿外裝有閥桿套筒和隔離套，兩個隔離套形成兩個抽汽腔室，第一段隔離套形成的抽汽腔室引出的也就是閥桿的一次漏汽，與補汽管道相連。第二段隔離套形成的抽汽腔室引出的也就是閥桿的二次漏汽，與汽封抽汽器相連。因而不會使漏汽漏入汽機房，同時又充分利用了漏汽的熱量。閥桿和閥桿套筒的表面均經(jīng)過氮化以提高耐磨性。在閥碟外裝有一個蒸汽濾網(wǎng)，網(wǎng)板是用不銹鋼板卷成的圓筒，上邊鉆有若干個小孔，能防止汽流中的機械雜質(zhì)進(jìn)入汽輪機的通流部分。

 

      調(diào)節(jié)汽閥有閥碟、閥座、閥桿汽封、閥套等零件。閥蓋用雙頭螺栓、罩螺母堅固在閥殼上，其閥蓋與閥殼的密封面上不放墊片，而以表面加工精度和研磨的方法來保證汽密性。閥碟與閥座的配合部分為球形截面。閥座上的配合部分為的錐體，下面帶有一個擴散段，減少了流動損失。在閥蓋上用銷子固定有一個閥套，套在閥碟外面，閥碟外圓有汽封槽。閥碟內(nèi)一個預(yù)啟閥。閥碟上部空間為卸載室，設(shè)計中選用卸載直徑與閥碟配合直徑相同的結(jié)構(gòu)，達(dá)到了100%卸載，減小了閥門提升力。閥座與閥殼采用熱壓裝配保證過盈。閥座與閥殼另被兩個徑向?qū)χ玫膱A柱銷固定，保證在運行中閥座不松動。閥桿汽封和隔離套抽汽形式及去向與主汽閥相同。

 

1.3.4補汽結(jié)構(gòu)的設(shè)計

    雙壓式汽輪機，補汽能否真正投入，是汽輪機能否實現(xiàn)雙壓運行的關(guān)鍵所在。在我們所設(shè)計的用于水泥爐窯低溫余發(fā)電汽輪機投運之前，國內(nèi)也有過水泥窯低溫余熱發(fā)電雙壓（帶補汽）汽輪機投入運行，但補汽不能真正投入，實際都是單壓運行，沒有達(dá)到最初的設(shè)計要求，影響整個電站的出力，降低了經(jīng)濟效益。

我公司在設(shè)計該類汽輪機之前，已經(jīng)設(shè)計制造了用于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置的雙壓（帶補汽）汽輪機，并且運行情況良好，真正實現(xiàn)了雙壓運行。我們在設(shè)計制造水泥斷窯低溫余熱發(fā)電汽輪機的過程中，充分利用我們已有的成功?