吴长军 王海成

（华电能源股份有限公司，黑龙江哈尔滨，150001）

  【摘 要】电力系统节能降耗、高效环保一直是我国节能减排工作的重要组成部分；为了加快节能步伐，热电联产是节能的重要途径之一，热电联产中属背压供热节能效果最为显著。目前小机组纯凝改背压的实例很多，改造成功最大机组为210MW机组，本文主要就华电能源富拉尔基发电厂汽轮机低压缸光轴改造技术中低压转子的结构进行了详细论证，分析了低压转子套装结构的必要性和特点，同时阐明了如何保证低压缸具备低压转子互换能力。

  【关键词】三缸三排汽；200MW汽轮机；低压光轴转子；结构形式

  随着国家对城市化进程的不断推动，城市热用户不断增加，热用量不断的加大，怎样才能更好、更有效地对整个热网进行管理，实现热网的可靠经济运行就成为人们迫切关注的问题，而蓄能系统就是在这样的背景下应运而生，但是蓄能系统的供热能力毕竟有效，为了更进一步发挥汽轮机组的供热能力和深度调峰水平，我们提出了光轴改造技术，即将汽轮机低压缸原有的叶片拆除，形成光轴，以满足冬季采暖供热，扩大热网供热能力，降低机组运行热耗。本文主要就华电富拉尔基电厂三缸三排汽200MW汽轮机进行低压光轴供热改造进行深度探析。

  1 机组简介

  富拉尔基发电厂汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产N200-130/535/535型超高压一次中间再热、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，机组有三个低压缸。总装机容量1200MW，分为二期建设，一期3台200MW机组，二期扩建3台200MW机组，共6台200MW凝汽式机组。汽轮机均为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司八十年代产品，汽轮机为冲动式三缸三排汽凝汽式汽轮机。分别于1982、1983、1984、1987、1988、1989年投产发电。其中二期3台汽轮机分别在1996、1997、1998年采用全三维技术进行了通流部分扩容改造，额定功率达到210MW。

  2 低压缸转子光轴改造的原理

  富拉尔基发电厂200MW汽轮机，是哈尔滨汽轮机厂有限责任生产的三缸三排汽超高压一次再热机组。根据业主要求，要对机组进行供热改造。为了增加供热量，拟将4#机组的2#低压缸内的双分流的全部通流拆除，更换成光轴，并改造连通管，成为供热机组。将现有汽轮机改后，从中压缸排出的蒸汽的一部分仍然进入1#低压缸做功并进入冷凝器凝结，而2#低压缸不再有蒸汽进入，直接从连通管抽出去供热。2#低压转子拆除，更换成一根光轴，连接中压转子与发电机，起到传递扭矩的作用。

  改造后，低压缸采用双转子互换形式，非供热期仍采用原机组低压转子，低压缸以纯凝形式运行；供热期低压转子采用低压光轴，只起连接作用，低压部分并不作功发电，中低压联通管排汽用于供热，充分利用汽轮机排汽供热，减少冷源损失，增大供热量，以满足冬季采暖供热，扩大热网供热能力，降低机组运行热耗，能有效的满足富发电厂规划的250万平方米的供热负荷，并为富发电厂新机供热提供备用热源，保障供热安全。

  3 低压光轴转子的选型分析

  为确保低压缸改造工作顺利进行，我们重新设计一根新低压转子，转子为无叶片光轴转子，只起到将中压转子和发电机转子连接传递扭矩的作用。为保证新旧转子的互换性，新光轴转子采用套装结构。新设计光轴转子主轴尺寸与原机组低压转子主轴尺寸相同，都是整体锻造结构，用新设计配重套筒来代替原转子正反五级叶轮及叶片，转子配重套筒采用等通径结构，并尽可能保证套筒重量及位置与原叶轮基本相同，这样使新设计转子重量、扬度和临界转速与原低压转子接近。主轴轴径处尺寸与原低压转子轴径尺寸相同，无需更换原低压支持轴承。如图1所示。

  从图2、图3可以看出套装光轴低压转子与原低压转子冷态挠度曲线基本相同，这样新旧转子有很好的互换性。

  4 低压光轴转子在光轴改造中的应用及特点

  汽轮机低压缸及转子经一次性改造后，尽管冬季采暖供热期能够实现高背压循环水供热，而且具有显著经济性和安全性，但非采暖供热期机组运行工况严重恶化，机组出力、运行经济性、安全性均无法恢复到原纯凝工况，致使全年运行经济性无明显改善。为了解决这个问题，我们想到了一个好的解决办法——即低压转子互换技术，而低压转子互换技术实施的必要性就是低压转子套装结构，为了解决排气温度高和叶片颤振，采用供热期用专门设计的供热低压转子，供热结束后换回到纯凝低压转子，低压转子套装结构具有一下特点：

  优点：在设计工况下排气温度不高，不会产生颤振。安全性高。

  缺点：投资偏大，变工况时，温度略有增加（85度左右），本身抽汽量达不到要求的温度，需要其它几组抽汽提温。每年需要例行更换转子一次。

  基于上述分析，我们提出了汽轮机低压缸“双转子互换”循环水供热的改造理念。所谓的低压缸“双背压双转子互换”循环水供热，即：在供热运行工況时，使用新设计的动静叶片级数相对减少的高背压低压转子，凝汽器运行高背压（40～45kPa），对应排汽温度提高至80℃左右，进行循环水供热；在非采暖期，再将原纯凝转子和末级、次末级隔板恢复，排汽背压恢复至原设计背压（4.9kPa），完全恢复至原纯凝机组运行工况。

  5 确保两条低压转子前后对轮具有良好互换性的技术措施

  实现汽轮机低压缸“双转子互换”的技术关键点就是保证两条转子具有良好的互换性，避免在转子更换时对轮螺孔重复铰孔。

  富拉尔基发电厂改造时采取的技术措施：

  （1）将汽轮机高中压转子、原纯凝低压转子、低发对轮全部运至哈尔滨汽轮机厂，对低压转子前后对轮螺孔进行标准化处理，定位对轮螺孔精确坐标，是两个低压转子契合度最高。

  （2）制定严密的机加工工艺，利用高精度数控镗床加工对轮螺孔，使两套低压转子在互换时，对轮螺孔严丝合缝，误差可控。

  （3）对轮螺栓采用液压膨胀螺栓，弥补微小加工误差。

  通过采用上述严密的加工技术措施后，成功实现了两条低压转子互换，避免了现场重复铰孔。

  6 关键技术及创新点

  （1）冬季供热运行时取消#2、#3低压缸2×5级通流，去掉低压全部隔板和转子，汽轮机组的基础、汽缸等尽量不动，通流部分改造后夏季仍可恢复原纯凝运行，这样可充分发挥低压缸双转子互换的优势，既满足了夏季机组接带负荷的需求，还可满足机组冬季运行的深度调峰。

  （2）重新设计制造一根无叶片的光轴转子代替原低压转子，将中压转子和发电机转子连接起来，起到传递扭矩的作用。为保证新旧转子互换性，新设计低压光轴转子仍采用套装结构，以保证新设计低压光轴转子尽量与原纯凝转子扬度及临界转速相近，套装结构使两套转子更换工作量大大减小，增加了转子的使用寿命，套装结构转子提高了机组在额定工况运行的安全性能。

  （3）改成光轴供热运行后，由于低压光轴会产生鼓风，从而使低压缸发热，影响机组安全运行，引一部分冷却蒸汽进入低压缸进行冷却，凝汽器继续保持运行，新引入的一路汽源在机组冬季供热期间面临机组启停操作时，可有效减低汽轮机低压缸的排气温度，防止汽轮机低压缸安全膜破裂损坏。

  7 结语

  随着城市供热的多元化发展，城市供热面积的逐渐增大，与供热发展成反向的是国家经济加速速度的放缓和热电厂出力的急剧下降，在这样的背景下研究低压缸光轴技术就显得很有必要，在低负荷情况下，仍然能保证供热机组的优势，在机组深度调峰期间，低压缸光轴改造发挥的巨大作用就是从省调的两个细则中获得了补偿电量，给企业的经营带来的新的利润增长点，本文主要就在汽轮机低压缸光轴改造技术中低压转子机构形式的选型进行了详细分析和认真论证，为今后有相关技术改造需求的单位提供必要的理论依据。

来源：《中国科技纵横》2016年24期