西门子百万核电汽轮机通流部分设计特点

西门子百万核电汽轮机通流部分设计特点 第35卷第1期 2006年3月 热.力逮平 r卜RMLT~JRBINE Vo1.35No.1 Mar.2006 西门子百万核电汽轮机通流部分设计特点 余炎 (上海汽轮机有限公司,上海200240) 摘要:西门子作为世界级的电站设备供应商,在核电汽轮机的设计,制造方面有着 大量成熟的业绩和经 验.本文以百万等级半速核电蒸汽轮机为例,介绍其在通流部分设计方面的一些特 点,主要包括第一级斜置 静叶,各级叶片型式,束级长叶片以及去湿装置的:特点等.本文还概迷了西门子在 提高核电汽轮机经济性和 安全可靠性上采取的一些方法和手段. 关键词:核电汽轮机;西门子i通流部分 中圈分类号:TK262文献标识码:A文章编号:1672—5549(2006)01—0037—04 DesignFeaturesofBladePathforSiemensIO00MWClassNuclearSteamTurbine yU lShanghaiTurbineCompanyLtd.1Shanghai200240,China) Abstract:Asaworld-classpowerequipmentsuppher.Siemenshasgainedmaturedachievem entsandexperiences indesigningandmanufacturingnuclearturbine.TakingIO00MWclassnuclearturbinewith half-speedasfin example.thispapercoverssomefeatures.includingthefirststageofdiagonalstaticblading.v ariedblade typesinotherstages.laststagelongbladesandmoisture~removaldeviceetc.Thepaperalsode scribesthe measurestakentoimprovethec0st_effectivenessandreliabilityfornuclearturbines. Keywords:nuclearturbine:Siemens:bladepath l概述 随着我国经济的高速发展,电力紧张和能源 危机逐渐凸显,大功率等级的核电机组已成为我 国今后电力建设的一大重点.据国家能源部门规 划,到2020年核电总规模将达到3600万千瓦,这 意味着我国将建成27个百万千瓦级核电机组,今 后15年内每年将有两到三台核电机组开工建设. 2020年中国的电力装机总量如达到9亿千瓦,中 国核电装机容量将达到总装机容量的4%甚至更 多,核电将成为中国电力工业的重要组成部分. 这些给相关核电设备制造企业带来了很好的发展 机遇. 目前我国已经具备开发,设计和建设3O万于 瓦级和6O万千瓦级核电站的能力,但在IO0万:于 瓦级核电机组的技术,设计与制造等方面尚处于 开发研究阶段.由于2020年前我国要投资兴建 的核电站均为100万千瓦级以上,所以目前设计 制造100万千瓦级核电设备需要与国外企业合 作,引进技术.Siemens作为世界级的电站设备 供应商,在核电汽轮机的设计,制造方面有着大量 成熟的经验和运行业绩.1为Siemens半速核 蒸汽轮机的部分参考电厂. 目前我国核电厂采用的反应堆以压水堆为 主,其蒸汽轮机通常具有以下特点:主蒸汽为不饱 和蒸汽,压力低,容积大,同功率等级下主蒸汽流 量较大;汽轮机的大部分部件都在湿蒸汽区工作; 为了增大单机功率,百万等级以上机组通常采用 半转速,因此在设计,制造时,就要充分考虑这些 因素.本文就以Siemens公司的百万等级蒸汽轮 机(三缸四排汽)为例,介绍其在通流部分设计方 面的一些特点. 收稿日期:2005--09—2z 作者筒介:余炎(1978--),女,工程师,主要从事汽轮机热力计算及通流设计I现就读 于上海变通大学,工程硕士,动力工程专业. 西门子百万棱电汽轮机通流部分设计特点 表1Siemens半速核电汽轮机业绩寰 NO.电厂反应堆类型国家额定功率(MWe)转速r/rain投运时间 1StadePWR德国67215OO1971 2Atucha2D2O阿根廷74515002005 3BrunsbiittelBWR德国80615001976 低4IsarIBWR德国91215001977 压5PhilippsburgIBWR德国92615001979 缸6Coman chePeakIPWR美国12151500199O四 排7ComanchePeak1IPWR美国121515001993 汽8GundremmingenBBWR德国128415001984 9GundremmingenCBWR德国128815001984 10GrafenrheinfeldPWR德国134515001981 11EmslandPWR德国140015001988 12NeckarwestheimlIPWR德国126915001989 1BihlisAPWR德国122515001974 2BiblisBPWR德国130015001976 3GrandGulfIBWR美国126015001985 低4KrUmmelBWR德国13161500i983 压5Angra2PWR巴西135O15002000 缸6Angra3PWR巴西135015002007 六 排7UnterweserPWR德国134515001978 汽BWR德国1458150019848PhilippshurglI 9GrohndeBWR德国143015001984 10BrokdorfPWR德国144015001986 11Isar2PWR德国147515001988 2第一级斜置静叶 一 般情况下,核反应堆的运行压力保持不变, 汽轮机常采用定压节流方式来调整机组的负荷, 因此在核电汽轮机设计中,常采用全周进汽方式, 以提高机组经济性.Siemens的百万核电机组就 是如此,它的第一级静叶被设计成进汽环(Inlet Ring),见图1,或者称之为对角级(Diagonal Stage).一个进汽环由四部分焊接而成,双流两 侧的两个进汽环柔性连接 图1进汽环示意图 进汽环弹性安装在静叶持环上,见图2.通 过叶片的斜置,可以把进口蒸汽的流向从径向导 流为轴向,从而改善流体的流动特性,减小蒸汽在 折转处的冲击损失.与其它压力级不同的是,第 一 级被设计为低反动度级,这样大部分压降由静 叶承担,而静叶的静叶环和叶身都由一片材料加 工而成,所以第一级可以视为零径向间隙. 图2双流高压缸通流部分示意图 新型,高效的叶片型式 汽轮机的效率很大程度上取决于叶片的型线, 因为蒸汽的能量在这里转换为有用功.多年来,研 究人员一直致力于火电机组叶片的设计和开发,现 在这些成果也已经广泛应用在核电汽轮机,以达到 最佳的气动性能随着现代计算机技术的不断发 展,汽轮机的流场计算中越来越多地引入三元流动 西门子百万核电汽轮机通流部分设计特点 要特点有: 叶高1396mm(55inch);根径2912mm;自 由叶片;进汽边火焰淬 火硬化}薄出汽边;弯的 枞树型叶根(轧制而成); 装配时具有残余压应力; 精确的应力控制;大圆角 结构,减少应力集中;防 止应力腐蚀裂纹;长的疲 劳寿命;有成功的运行 经验图955英寸长叶片 通流部分的防水蚀装置 核电汽轮机由于进汽参数较低,排汽湿度较 大.由蒸汽凝结而成的水滴,以及沿流道壁面流 动的水膜,撞击在高速旋转的动叶顶部,即发生浸 蚀,尤其是低压末几级叶片较长,圆周速度较大, 水蚀情况更加严重.同时,由于水滴的制动作用, 导致汽轮机效率下降,因此需要设置一定的去湿 装置以减小蒸汽湿度. 图1O为西门子低压末几级去湿装置的示意 图.末级静叶采用空心结构,在型线的内弧和背 弧开有径向槽,叶片表面的水被这些槽吸入静叶 的中空腔室,腔室内部通过内外环与凝汽器相通, 收集到的水在静叶下半持环里被导入凝汽器.在 每一级动叶的出口都开有疏水口,分别与回热抽 汽口或凝汽器相连.另外还通过增大动静叶间 隙,尽量减小叶片出汽边厚度等方法来避免水滴 对叶片的冲蚀. 6结论 图1O低压末几级的去湿装置 验,又根据核电机组的特点进行针对性设计,达到 了世界级先进水平,许多方法和思路值得我们学 习和借鉴. 如上所述,西门子在核电机组的通流部分设 计方面具有一些独特之处:第一级采用斜置静叶 结构,改善流道特性,减少漏汽损失;全部采用 3DVTM叶片型式,提高汽轮机效率;安全高效的末 级长叶片系列以及空心静叶防水蚀等.通过以上 技术手段提高了汽轮机运行经济性和安全可靠 性.这些技术一方面吸收了火电机组的成功经 参考文献: [1]MathiasDeckersandErnstWilhelmPfitzinger,wilfried Ulm.AdvancedHP/IPBladingTechnologiesfortheDe— signofHighlyEfficientSteamTurbinesrJ].热力透平, 2004,33(4):209,215. [21AndreasWichtmann,NorbertSchindler,WilfriedUlm.Ad— vancedNuclearSteamTurbineforHighestPowerOutput [J].热力透平,2003,32(4).212~217.