CN206845239U - 一种核电厂1250mw汽轮机高压缸 - Google Patents

Abstract

一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，属于发电设备技术领域。本实用新型解决了现有的核电厂汽轮机高压缸整体装配难度大、装配质量差、装配周期长的问题。它采用2×10级对称双分流结构，它包括外缸及进汽导流环，所述外缸为水平中分结构，上缸的中部和下缸的中部各开设有两个进汽口，进汽导流环固接在外缸的中部内壁，四个进汽口沿进汽导流环的周向分布，进汽导流环的两侧各设置有两级隔板套，每级隔板套上各固装有五级隔板，上缸的调、电两端对称设置有两个第一排汽口，下缸的调、电两端对称设置有四个第二排汽口，高压缸整体设置两级抽汽。本实用新型采用单层缸结构、2级隔板套和10级通流部分，大大减小了高压缸的装配难度，提高了装配效率和质量。

Description

一种核电厂1250MW汽轮机高压缸

技术领域

本实用新型涉及一种汽轮机高压缸，属于发电设备技术领域。

背景技术

汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的发电设备，主要用途是在采用化石燃料(煤、石油和天然气)和核燃料的发电厂中做带动发电机的原动机。在核电厂中，来自核岛蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机高压缸和低压缸。由于汽轮机排汽口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排汽口流动，其压力和温度逐渐降低，热能转换为汽轮机转子旋转的机械能，带动发电机发电。

核电厂汽轮机与常规火电厂汽轮机的基本工作原理相同，但由于核电机组提供的蒸汽参数远低于火电机组，且在核电厂汽轮机中采用了饱和蒸汽进行工作，导致核电厂汽轮机在设计、结构和运行等方面产生一些特殊问题，这些问题需要在核电厂汽轮机设计中给予考虑和解决。

常规火电厂汽轮机高压缸设计与核电厂汽轮机高压缸设计存在较大区别，一般火电机组高压缸模块为高中压合缸结构，火电机组高中压合缸结构与核电机组相比，因为机组运行时温度更高，缸体温度梯度更大，所以使用材料更好。并且，火电机组的高压缸结构更为复杂，比核电机组高压缸多平衡环、喷嘴组、调节级、中压隔热罩、高压内缸部套，缸体增加了平衡管和调节级疏水。汽轮机高压缸是核电厂常规岛的一个重要设备，它对核电厂的正常经济运行起着至关重要的作用，其作用是将蒸汽包容在汽缸中进行做功。

核电厂汽轮机高压缸设计时需要重点考虑以下几个因素：

1、核电厂汽轮机蒸汽初参数低且湿度大。核岛蒸汽发生器供给汽轮机的蒸汽参数较低，压力一般为4.0～7.0MPa，湿度为0.25％～0.40％，温度大约270℃，即为略带湿度的饱和蒸汽。这比常规火电汽轮机初参数低得多；

2、核电厂汽轮机进汽量和容积流量大。由于核电厂汽轮机初参数低，其有效焓降仅为常规火电汽轮机的50％左右，致使同等功率机组，核电厂汽轮机的进汽量是火电机组的2倍，而容积流量则为4～6倍，同时疏水量也猛增。

3、核电厂汽轮机单机功率大且承担基本负荷。因为核电站投资成本高，运行费用低，所以核电厂汽轮机都设计成大功率的，并承担电网的基本负荷。

结合上述几个因素，一般火电再热机组中压缸进汽温度高，可达500～600℃，采用外缸和内缸双层缸结构，外层汽缸不至于和高温蒸汽接触，从而可降低热应力。而核电高压缸进汽温度低，进汽温度仅200～300℃，现有的双层缸结构的高压缸常出现其内缸与外缸或内缸与隔板套毛坯面碰撞的问题，因高压隔板套与内缸都为铸件，装配时多处会发生相碰，只能临时打磨或铣削处理，影响高压缸装配质量，并且不利于保持高压缸内部抽汽流道畅通。

同时，现有的650MW核电高压缸为3级隔板套和7级通流部分，隔板套数量较多使布置安排上抽汽流道较为紧凑，增加了高压缸装配难度。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有的核电厂汽轮机高压缸整体装配难度大、装配质量差、装配周期长的问题，进而提供了一种核电厂1250MW汽轮机高压缸。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，它采用2×10级对称双分流结构，它包括外缸及进汽导流环，所述外缸为水平中分结构，所述外缸包括关于水平中分面正对设置的上缸和下缸，并且上缸和下缸通过法兰螺栓紧固，上缸的中部和下缸的中部各开设有两个进汽口，进汽导流环固接在外缸的中部内壁，四个进汽口沿进汽导流环的周向分布，进汽导流环的两侧各设置有两级隔板套，每级隔板套上各固装有五级隔板，外缸、进汽导流环、隔板套以及隔板均同轴设置，上缸的调端、电端对称设置有两个第一排汽口，下缸的调端、电端对称设置有四个第二排汽口，高压缸整体设置两级抽汽，下缸在进汽口的调端、电端两侧各设置有两级抽汽口，其中第一级抽汽口分别位于调端、电端两侧第五级动叶后方，第二级抽汽口分别位于调端、电端两侧第七级动叶后方。

进一步地，隔板套包括一级隔板套及二级隔板套，每级隔板套在水平中分面处分别通过支承键固定在外缸上，每级隔板套的顶部和底部分别通过径向销固定在外缸内部；外缸内壁设置有两个第一定位环及两个第二定位环，两个一级隔板套的外壁环形槽分别通过两个第一定位环配合定位，两个二级隔板套的外壁环形槽分别通过两个第二定位环配合定位。

进一步地，第一定位环上与隔板套配合处、第二定位环上与隔板套配合处，以及上缸及下缸对接处均堆焊有不锈钢保护层。

进一步地，第一级抽汽口的数量为四个，两两对称设置在下缸的进汽口调端、电端两侧第五级动叶后方，第二级抽汽口的数量为两个，对称设置在下缸的进汽口调端、电端两侧第七级动叶后方。

进一步地，上缸的两个进汽口之间以及下缸的两个进汽口之间均开设有销孔，进汽导流环通过定位销进行周向定位，同时，外缸的内壁中部设置有第三定位环，进汽导流环的外壁通过第三定位环进行轴向定位。

进一步地，外缸为ZG245-480外缸，隔板套为ZG06Cr113Ni4Mo不锈钢隔板套。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

1、本实用新型采用单层缸结构，即取消了现有的双层缸结构中的内缸结构，仅保留外缸结构，与现有的双层缸结构相比，避免了内缸与隔板套、外缸之间的装配问题，简化高压缸内部结构，使高压缸内部留有充分的空间，有利于保持高压缸内部抽汽流道畅通；高压缸取消内缸后，隔板套可直接装配在外缸上，大大减少高压缸整体装配难度，提高了高压缸的装配质量，缩短了高压缸装配周期，保证了高压缸工作效率；

2、本实用新型采用2级隔板套和10级通流部分，与现有的650MW核电高压缸相比，减少了隔板套数量，缩短了隔板套的制造周期，提高了高压缸整体装配效率和质量。

附图说明

图1为本实用新型的主剖视示意图；

图2为上缸的仰视示意图；

图3为下缸的俯视示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，它采用2×10级对称双分流结构，它包括外缸1及进汽导流环2，所述外缸1为水平中分结构，所述外缸1包括关于水平中分面正对设置的上缸11和下缸12，并且上缸11和下缸12通过法兰螺栓紧固，上缸11的中部和下缸12的中部各开设有两个进汽口3，进汽导流环2固接在外缸1的中部内壁，四个进汽口3沿进汽导流环2的周向分布，进汽导流环2的两侧各设置有两级隔板套4，每级隔板套4上各固装有五级隔板5，外缸1、进汽导流环2、隔板套4以及隔板5均同轴设置，上缸11的调端、电端对称设置有两个第一排汽口6，下缸12的调端、电端对称设置有四个第二排汽口7，高压缸整体设置两级抽汽，下缸12在进汽口3的调端、电端两侧各设置有两级抽汽口，其中第一级抽汽口8分别位于调端、电端两侧第五级动叶后方，第二级抽汽口9分别位于调端、电端两侧第七级动叶后方。

高压缸采用2×10级对称双分流结构，通流部分左右对称，因核电蒸汽参数较低，在相同功率的情况下进汽量很大，需要大的通流面积，该结构可以降低末级叶片长度，减小机组长度；

采用单层缸结构，便于隔板套4与外缸1的装配，有效提高了高压缸的装配质量，并且有利于保持高压缸内部抽汽流道畅通；

减少了隔板套4的数量，从而降低了高压缸的装配难度；

高压缸对称布置，可平衡轴向推力；把进汽口3设置在高压缸中部，有利于控制从中部向调端、电端温度梯度的均匀变化，同时利于调端、电端低温区域轴封的运行；本实用新型无高压缸进汽端轴封，防止高品质蒸汽因漏汽造成损失，避免了复杂的轴封结构。

在第七级动叶后设置抽汽腔室，以满足高压缸抽汽需要；一级隔板套41五级间无抽汽，因此均无抽汽腔室；二级隔板套42第七级动叶后有抽汽，但上缸11腔室大小无渐变，下缸12从中分面到抽汽口逐渐变大，下缸12底部加工有抽汽口。

本实用新型的高压缸不设调节级，配汽方式采用节流调节，可提高效率。由于进入高压缸的蒸汽为湿蒸汽或者饱和蒸汽，在逐级做功之后，蒸汽湿度逐渐增大，为提高效率，在高压排汽进入低压缸之前，需对蒸汽进行再热，而第一级再热的供汽由高压缸第一级抽汽提供，第二级再热则由主蒸汽中分出一部分进行供热。同时，抽汽可以带走疏水和水滴，起到去湿作用，降低后几级蒸汽湿度。

本实用新型中外缸1采用水平中分结构，以便于制造运输、安装检修。外缸1采用碳钢ZG245-480铸造。核电厂汽轮机高压缸进汽有着低参数的特点，相较于火电汽轮机组进汽温度低，降低了高温对材料的要求，但蒸汽湿度逐级加大，对材料耐腐蚀能力要求较高。由于高压汽缸缸体形状复杂，重量大，因此均为铸造而成。铸造完成的汽缸缸体还需进行加工，而不同的材料加工的难易程度也不一样，从而导致加工时间长短和成本不一，因此选材时需考虑加工性能。高压缸缸体在安装时需要与进排汽管道和抽汽管道等部分焊接，因此需要有较好的可焊性。综合多方面因素，依据经济性选取碳钢ZG245-480铸造外缸1。碳钢ZG245-480虽然耐腐蚀性能一般，但由于其室温强度、热强性、工艺性优异，且较合金钢经济性更高。隔板套4选用ZG06Cr113Ni4Mo不锈钢隔板套4。

隔板套4在汽机正常运行时，与隔板5及转子组成分压空间，强迫汽流在其内部流动逐级做功，起到减小外缸1与环境间压差的作用，另一方面采用隔板套4可使级间距离不受或少受汽缸上抽汽口的影响，从而使汽轮机轴向尺寸相对减小。此外，还可简化汽缸形状，又便于拆装，并允许隔板5受热后能在径向自由膨胀，还为汽缸的通用化创造方便条件。隔板套4材料选用ZG06Cr113Ni4Mo不锈钢，具有耐高温、高强度、良好的抗腐蚀性能，在运行过程中减少受高温、压力和水汽的影响。

一级隔板套41及二级隔板套42均固装在外缸1内部，两个一级隔板套41及两个二级隔板套42分别对称设置在进汽导流环2的两侧，且两个一级隔板套41均位于两个二级隔板套42之间，隔板5成组固定在隔板套4上，主蒸汽经过四个进汽口3进入高压缸中部，并通过进汽导流环2进入两侧的通流部分，蒸汽通过调端、电端各十级逐级膨胀做功后，通过调端和电端的各三个排汽口(上缸11一个第一排汽口6，下缸12两个第二排汽口7)排出。

进汽口3、第一排汽口6及第二排汽口7的横截面均为圆形，其中第二排汽口7的中心轴线倾斜设置，以便于铸造；

由于外缸1采取了水平中分结构，中分面处开了很多通孔，在合缸后用法兰螺栓通过这些通孔把紧上缸11和下缸12。由于在整个汽缸中，压力从进汽到排汽，逐渐降低。因此，越靠近进汽部位，外缸1直径越小，壁厚逐渐增厚，中分面法兰螺栓孔尺寸越大，而端部位置为加强密封，采用两排螺栓孔。

隔板套4上除装配位置，其余有尖角的部位均倒成大半径圆弧，一方面可以减小应力集中，另一方面部分位置可以利于蒸汽流动，与汽缸或转子的某些部位配合起到导流作用。

本实用新型将蒸汽包容在汽缸中进行做功，利于高压缸制造运输和安装检修，高压缸具有足够高的强度、刚度和耐腐蚀性，能够实现核电厂汽轮机组安全稳定运行。

现有技术是650MW功率核电厂汽轮机高压缸，本实用新型核电厂汽轮机功率为1250MW，机组容量大大提高。大功率核电汽轮机的设计和制造能够综合反映研发设计、产品配套、加工制造和系统集成水平，体现了一个企业和国家的制造水平、科技创新能力和市场竞争力。

核电厂汽轮机进汽蒸汽参数低，随着核电厂汽轮机发电功率的增加，需要相应设计更大尺寸的高压缸和高压转子、更长的高压动叶片来满足工程的需要，导致高压缸重量和尺寸增加，而现有技术的核电厂汽轮机高压缸已不能满足功率增加要求，需要新设计新的大功率核电厂汽轮机高压缸。本实用新型中的外缸1尺寸达到7206*3770*3940mm(长*宽*高)、重量113361Kg，大于现有技术的650MW核电汽轮机高压缸尺寸为5384*3740*3663mm(长*宽*高)、重量71212Kg。

具体实施方式二：结合图1～图3说明本实施方式，隔板套4包括一级隔板套41及二级隔板套42，每级隔板套4在水平中分面处分别通过支承键固定在外缸1上，每级隔板套4的顶部和底部分别通过径向销固定在外缸1内部；外缸1内壁设置有两个第一定位环101及两个第二定位环102，两个一级隔板套41的外壁环形槽分别通过两个第一定位环101配合定位，两个二级隔板套42的外壁环形槽分别通过两个第二定位环102配合定位。如此设计，隔板套4通过支承键支撑在外缸1上，保证其轴线位置；通过径向销对隔板套4进行周向固定，防止其在汽流力作用下翻转，并调整水平高度，允许随温度变化而自由膨胀；通过定位环对隔板套4进行轴向定位。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1～3说明本实施方式，第一定位环101上以及第二定位环102上与隔板套4配合处，以及上缸11及下缸12对接处均堆焊有不锈钢保护层。如此设计，由于热应力的存在，汽缸中分面可能出现变形并引发缝隙侵蚀，一旦发生缝隙侵蚀，对汽缸中分面的危害非常大，将严重损坏汽缸中分面的密封性能及机组的使用寿命，在外缸1水平中分面对接处堆焊不锈钢保护层，可有效防止此现象的发生，在隔板套4安装处堆焊不锈钢保护层，能够增加定位环支承面的强度和耐磨性，提高支承面的抗侵蚀能力。其它组成与连接关系与具体实话方式二相同。

具体实施方式四：结合图1～3说明本实施方式，第一级抽汽口8的数量为四个，两两对称设置在下缸12的进汽口3调端、电端两侧第五级动叶后方，第二级抽汽口9的数量为两个，对称设置在下缸12的进汽口3调端、电端两侧第七级动叶后方。其它组成与连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1～3说明本实施方式，上缸11的两个进汽口3之间以及下缸12的两个进汽口3之间均开设有销孔104，进汽导流环2通过定位销105进行周向定位，同时，外缸1的内壁中部设置有第三定位环103，进汽导流环2的外壁通过第三定位环103进行轴向定位。其它组成与连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1～3说明本实施方式，外缸1为ZG245-480外缸1，隔板套4为ZG06Cr113Ni4Mo不锈钢隔板套4。如此设计，现有技术中的650MW核电汽轮机高压内、外缸1材料沿用火电机组高压缸常用的ZG15Cr2Mo1合金铸钢材料，此种材料的整体耐水蚀能力较好但成本过高。ZG06Cr113Ni4Mo不锈钢具有耐高温、高强度、良好的抗腐蚀性能，使隔板套4在运行过程中减少受高温、压力和水汽的影响。另外有针对性的在外缸1内侧易出现水蚀的位置使用不锈钢焊条CR-40cb堆焊，保证了缸体耐腐蚀能力并且大大降低了材料成本，经济性较好。其它组成与连接关系与具体实施方式一、二、三或五相同。

Claims (6)

1.一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，其特征在于：它采用2×10级对称双分流结构，它包括外缸(1)及进汽导流环(2)，所述外缸(1)为水平中分结构，所述外缸(1)包括关于水平中分面正对设置的上缸(11)和下缸(12)，并且上缸(11)和下缸(12)通过法兰螺栓紧固，上缸(11)的中部和下缸(12)的中部各开设有两个进汽口(3)，进汽导流环(2)固接在外缸(1)的中部内壁，四个进汽口(3)沿进汽导流环(2)的周向分布，进汽导流环(2)的两侧各设置有两级隔板套(4)，每级隔板套(4)上各固装有五级隔板(5)，外缸(1)、进汽导流环(2)、隔板套(4)以及隔板(5)均同轴设置，上缸(11)的调端、电端对称设置有两个第一排汽口(6)，下缸(12)的调端、电端对称设置有四个第二排汽口(7)，高压缸整体设置两级抽汽，下缸(12)在进汽口(3)的调端、电端两侧各设置有两级抽汽口，其中第一级抽汽口(8)分别位于调端、电端两侧第五级动叶后方，第二级抽汽口(9)分别位于调、电两侧第七级动叶后方。

2.根据权利要求1所述的一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，其特征在于：隔板套(4)包括一级隔板套(41)及二级隔板套(42)，每级隔板套(4)在水平中分面处分别通过支承键固定在外缸(1)上，每级隔板套(4)的顶部和底部分别通过径向销固定在外缸(1)内部；外缸(1)内壁设置有两个第一定位环(101)及两个第二定位环(102)，两个一级隔板套(41)的外壁环形槽分别通过两个第一定位环(101)配合定位，两个二级隔板套(42)的外壁环形槽分别通过两个第二定位环(102)配合定位。

3.根据权利要求2所述的一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，其特征在于：第一定位环(101)上与隔板套(4)配合处、第二定位环(102)上与隔板套(4)配合处，以及上缸(11)及下缸(12)对接处均堆焊有不锈钢保护层。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，其特征在于：第一级抽汽口(8)的数量为四个，两两对称设置在下缸(12)的进汽口(3)调端、电端两侧第五级动叶后方，第二级抽汽口(9)的数量为两个，对称设置在下缸(12)的进汽口(3)调端、电端两侧第七级动叶后方。

5.根据权利要求4所述的一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，其特征在于：上缸(11)的两个进汽口(3)之间以及下缸(12)的两个进汽口(3)之间均开设有销孔(104)，进汽导流环(2)通过定位销(105)进行周向定位，同时，外缸(1)的内壁中部设置有第三定位环(103)，进汽导流环(2)的外壁通过第三定位环(103)进行轴向定位。

6.根据权利要求4所述的一种核电厂1250MW汽轮机高压缸，其特征在于：外缸(1)为ZG245-480外缸(1)，隔板套(4)为ZG06Cr113Ni4Mo不锈钢隔板套(4)。