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[摘 要]汽轮机是用于发电的主要设备之一。随着我国科学技术的不断提升，我国对于汽轮机的改造也在逐渐提升。汽轮机通流部分是工质在汽轮机本体中流动做功所经过的汽轮机部件的总称。对于这部分的改造有利于机组效率的提升，对与节能降耗是一个重要手段。本文简述了汽轮机通流部分改造的必然性，之后对改造采用的技术特点、改造内容、效果做了探讨，以期为汽轮机的改造提供一定的借鉴。
[关键词]汽轮机；通流部分；改造；技术；内容
中图分类号：TK263 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0280-01
为了加快实现我国能源的可持续发展，满足战略要求，近年来我国节能降耗的政策不断在各行中推行。火力发电厂作为能源消耗的一个重要部门，必须重视将节能降耗和发展紧密结合，实现电厂的可持续发展。汽轮机是燃煤发电三大主机设备之一，目前在役300MW 等级的汽轮机多存在通流效率低、热耗率高等问题，这也是电厂煤耗偏高的一个重要原因。经过长期运行，机组实际供电煤耗率已远超过设计值。20 世纪 90年代以来，以全三维气动热力设计体系为核心的第三代技术使汽轮机效率提高了1.5%[1]。21 世纪初汽轮机设计开始进入第四代——非定常流体力学设计时代，使得结构设计更加可靠、简约，汽轮机效率又得到进一步提高。在此基础上，一些先进国家开始在原有热力系统基础上，引入第三、四代技术对汽轮机进行改造，以提高现役机组的出力和经济可靠性。我国大型火电机组改造起步于1987 年，此后全国 125MW、200MW 以及300MW 机组开始有计划、有步骤、有规模地实施在役旧机组通流部分改造，以增加出力、降低电厂煤耗。
一、汽轮机通流部分改造的必要性
由于国产200MW及300MW汽轮机组设计年代早，限于当时设计技术水平和制造条件，加之运行时间长，主设备严重老化，热力系统过于复杂的通病，所以汽轮机通流部分效率较低，热耗、煤耗高，机组热力性能较差，与现代大型汽轮发电机组相比，缺少竞争力。因此，为了提高汽轮机通流部分效率、增加功率及降低煤耗，提高机组运行可靠性，增强机组在行业中的竞争力，应用现代科学技术和先进设计方法改造老机组是势在必行之举措。
二、汽轮机通流部分改造采用的主要技术特点
2.1 弯扭联合全三维成型叶片技术
弯扭联合成型叶片俗称马刀型叶片，是第三代汽轮机先进技术的集中体现。世界各国的大量理论与实践都证明采用这一技术可使汽轮机级的效率提高1.5%-2%[2]。这种叶片在根、顶区不同方向弯曲，在叶道内沿径向形成“C”型压力分布。边界层内压力两端高，中间低（C型）二次流由两侧向中间流动并汇入主流，从而使两端边界层减薄，减小了端部二次流损失。国内制造厂家已通过计算分析与实验研究已开发出不同长度的弯扭叶片系列，这些叶片已在100MW、200MW、300MW、600MW汽轮机通流部分广泛采用。国内外的大量理论和实验研究以及实际应用效果均表明，采用弯扭联合成型动静叶栅可以比直叶片的损失降低25%以上，从而大幅提高汽轮机的级效率。
2.2 自带圍带设计技术
传统动叶片顶部的围带是采用铆接方式，而新设计的动叶顶部围带则与叶片成为一个整体，并通过不同方式，如预扭装配、焊接或在围带部分采用特殊结构使动叶片形成整圈联接。这种结构的动叶片振动应力小，不存在铆接造成的应力集中，运行十分安全可靠。自带围带优点如下：1）高、中压部分动叶采用内斜外平的自带围带，可以形成光滑的通道子午面，减少汽流的流动损失。2）自带围带外缘是平的，叶顶汽封齿数可增多至4片以上，可以减少叶顶漏汽损失20%，提高了级效率，在高压部分动叶围带漏汽损失较大，所以采用自带围带效果较好。
2.3 防水蚀技术
通过采用弯扭静叶片等多项措施，可将设计工况下末级根部反动度提高到25%以上，末级气动性能大为改善，特别是防止了在低负荷时末级根部通常容易出现的脱流和倒流以及由此带来的动叶根部出汽边水蚀现象，大大提高了低压缸运行安全可靠性，增强了机组调峰运行能力。
2.4 光滑的通道子午面设计技术 原机组的中压部分叶片顶部采用铆接围带，所以汽流的通道子午面呈阶梯状，级间流动损失较大。动叶采用内斜外平的自带围带后，隔板顶部子午面也采用斜通道，形成了光滑的通道子午面，可以大大降低级间损失，缸效率提高1%左右。
2.5全三维弯扭静叶栅技术
第2～15级隔板静叶片全部采用新开发的高效后加载叶型，高压缸第8一15级静叶栅采用全三维弯扭静叶栅，低压静叶片全部采用最新开发的弯扭静叶[3]。
2.6 采用焊接钢隔板技术
新设计隔板全部采用焊接钢隔板。焊接钢隔板材质好、叶栅部分加工精度高，能保证静叶栅达到设计气动热力性能，并可延长隔板使用寿命。
2.7弯曲叶片设计技术
主要采用全三维粘性流设计思想，利用先进的计算机技术及实验流体力学技术进行设计，以大幅度地减低叶片根部和顶部的端损。
三、机组通流部分改造内容
3.1 叶片改进
①高压各反动级、中低压动叶片及静叶片型线均采用全新设计制造的高效变截面扭曲型叶片，以减少二次流损失，提高各级热效率。②低压次末级拉筋型动叶改为整圈自锁阻尼型长叶片，以提高末级叶片运行的安全性。
3.2 汽封结构改进
①高中压部分动叶顶部由原来两齿平汽封改为密封效果更好的四齿高低齿汽封，减少漏汽损失。②低压末级、次末级动叶顶部原来没有汽封，改造后加装汽封，改造的同时减小原动叶顶部间隙，以减少漏汽量，提高级的效率。
3.3 缸体改进
①对高、中、低压内缸、各静叶持环进行优化设计并加以改进，以适应动叶、静叶改造的要求，提高各缸效率。②对汽轮机高压进汽插管弹性密封进行改造，增加密封环数量，降低漏汽损失。
3.4 调节级改进
①动叶采用高效平衡动叶，改进动叶围带结构，增加叶顶汽封齿数，减小漏汽损失。②静叶采用子午端壁型线，减小端部二次损失。
四、改造效果
汽轮机通流部分进行改造后，大气污染物排放大幅降低，环保效益显著，热力系统按照单元制运行，并依系统隔离清单对整个机组热力系统进行隔离。综合各试验工况发现，系统不明泄漏量（外漏流量）约占满负荷时主蒸汽流量的0.3%，满足试验大纲要求。各项技术指标较改造前有明显提高。
五、结语
总之，要提高发电企业的经济效益，实现节能降耗，就要从制约发电成本因素即汽轮机的改造入手。通过对汽轮机通流部分节能改造，可以实现降低机组热耗率、供电煤耗率的效果，并且投资小、风险小、见效快，是提高发电企业的技术创新能力和市场竞争力的重要手段。
参考文献
[1] 赵杰，朱立彤，付昶，杨寿敏.300MW等级汽轮机通流部分改造综述[J].热力透平，2011，01：39-42.
[2] 程源.300MW汽轮机通流改造及性能试验研究[D].苏州大学，2014.
[3] 秦海岩，牛彦涛，柯细勇，李承曦.汽轮机通流部分改造节能量计算及分析[J].陕西电力，2010，11：19-23.
[关键词]汽轮机；通流部分；改造；技术；内容
中图分类号：TK263 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0280-01
为了加快实现我国能源的可持续发展，满足战略要求，近年来我国节能降耗的政策不断在各行中推行。火力发电厂作为能源消耗的一个重要部门，必须重视将节能降耗和发展紧密结合，实现电厂的可持续发展。汽轮机是燃煤发电三大主机设备之一，目前在役300MW 等级的汽轮机多存在通流效率低、热耗率高等问题，这也是电厂煤耗偏高的一个重要原因。经过长期运行，机组实际供电煤耗率已远超过设计值。20 世纪 90年代以来，以全三维气动热力设计体系为核心的第三代技术使汽轮机效率提高了1.5%[1]。21 世纪初汽轮机设计开始进入第四代——非定常流体力学设计时代，使得结构设计更加可靠、简约，汽轮机效率又得到进一步提高。在此基础上，一些先进国家开始在原有热力系统基础上，引入第三、四代技术对汽轮机进行改造，以提高现役机组的出力和经济可靠性。我国大型火电机组改造起步于1987 年，此后全国 125MW、200MW 以及300MW 机组开始有计划、有步骤、有规模地实施在役旧机组通流部分改造，以增加出力、降低电厂煤耗。
一、汽轮机通流部分改造的必要性
由于国产200MW及300MW汽轮机组设计年代早，限于当时设计技术水平和制造条件，加之运行时间长，主设备严重老化，热力系统过于复杂的通病，所以汽轮机通流部分效率较低，热耗、煤耗高，机组热力性能较差，与现代大型汽轮发电机组相比，缺少竞争力。因此，为了提高汽轮机通流部分效率、增加功率及降低煤耗，提高机组运行可靠性，增强机组在行业中的竞争力，应用现代科学技术和先进设计方法改造老机组是势在必行之举措。
二、汽轮机通流部分改造采用的主要技术特点
2.1 弯扭联合全三维成型叶片技术
弯扭联合成型叶片俗称马刀型叶片，是第三代汽轮机先进技术的集中体现。世界各国的大量理论与实践都证明采用这一技术可使汽轮机级的效率提高1.5%-2%[2]。这种叶片在根、顶区不同方向弯曲，在叶道内沿径向形成“C”型压力分布。边界层内压力两端高，中间低（C型）二次流由两侧向中间流动并汇入主流，从而使两端边界层减薄，减小了端部二次流损失。国内制造厂家已通过计算分析与实验研究已开发出不同长度的弯扭叶片系列，这些叶片已在100MW、200MW、300MW、600MW汽轮机通流部分广泛采用。国内外的大量理论和实验研究以及实际应用效果均表明，采用弯扭联合成型动静叶栅可以比直叶片的损失降低25%以上，从而大幅提高汽轮机的级效率。
2.2 自带圍带设计技术
传统动叶片顶部的围带是采用铆接方式，而新设计的动叶顶部围带则与叶片成为一个整体，并通过不同方式，如预扭装配、焊接或在围带部分采用特殊结构使动叶片形成整圈联接。这种结构的动叶片振动应力小，不存在铆接造成的应力集中，运行十分安全可靠。自带围带优点如下：1）高、中压部分动叶采用内斜外平的自带围带，可以形成光滑的通道子午面，减少汽流的流动损失。2）自带围带外缘是平的，叶顶汽封齿数可增多至4片以上，可以减少叶顶漏汽损失20%，提高了级效率，在高压部分动叶围带漏汽损失较大，所以采用自带围带效果较好。
2.3 防水蚀技术
通过采用弯扭静叶片等多项措施，可将设计工况下末级根部反动度提高到25%以上，末级气动性能大为改善，特别是防止了在低负荷时末级根部通常容易出现的脱流和倒流以及由此带来的动叶根部出汽边水蚀现象，大大提高了低压缸运行安全可靠性，增强了机组调峰运行能力。
2.4 光滑的通道子午面设计技术 原机组的中压部分叶片顶部采用铆接围带，所以汽流的通道子午面呈阶梯状，级间流动损失较大。动叶采用内斜外平的自带围带后，隔板顶部子午面也采用斜通道，形成了光滑的通道子午面，可以大大降低级间损失，缸效率提高1%左右。
2.5全三维弯扭静叶栅技术
第2～15级隔板静叶片全部采用新开发的高效后加载叶型，高压缸第8一15级静叶栅采用全三维弯扭静叶栅，低压静叶片全部采用最新开发的弯扭静叶[3]。
2.6 采用焊接钢隔板技术
新设计隔板全部采用焊接钢隔板。焊接钢隔板材质好、叶栅部分加工精度高，能保证静叶栅达到设计气动热力性能，并可延长隔板使用寿命。
2.7弯曲叶片设计技术
主要采用全三维粘性流设计思想，利用先进的计算机技术及实验流体力学技术进行设计，以大幅度地减低叶片根部和顶部的端损。
三、机组通流部分改造内容
3.1 叶片改进
①高压各反动级、中低压动叶片及静叶片型线均采用全新设计制造的高效变截面扭曲型叶片，以减少二次流损失，提高各级热效率。②低压次末级拉筋型动叶改为整圈自锁阻尼型长叶片，以提高末级叶片运行的安全性。
3.2 汽封结构改进
①高中压部分动叶顶部由原来两齿平汽封改为密封效果更好的四齿高低齿汽封，减少漏汽损失。②低压末级、次末级动叶顶部原来没有汽封，改造后加装汽封，改造的同时减小原动叶顶部间隙，以减少漏汽量，提高级的效率。
3.3 缸体改进
①对高、中、低压内缸、各静叶持环进行优化设计并加以改进，以适应动叶、静叶改造的要求，提高各缸效率。②对汽轮机高压进汽插管弹性密封进行改造，增加密封环数量，降低漏汽损失。
3.4 调节级改进
①动叶采用高效平衡动叶，改进动叶围带结构，增加叶顶汽封齿数，减小漏汽损失。②静叶采用子午端壁型线，减小端部二次损失。
四、改造效果
汽轮机通流部分进行改造后，大气污染物排放大幅降低，环保效益显著，热力系统按照单元制运行，并依系统隔离清单对整个机组热力系统进行隔离。综合各试验工况发现，系统不明泄漏量（外漏流量）约占满负荷时主蒸汽流量的0.3%，满足试验大纲要求。各项技术指标较改造前有明显提高。
五、结语
总之，要提高发电企业的经济效益，实现节能降耗，就要从制约发电成本因素即汽轮机的改造入手。通过对汽轮机通流部分节能改造，可以实现降低机组热耗率、供电煤耗率的效果，并且投资小、风险小、见效快，是提高发电企业的技术创新能力和市场竞争力的重要手段。
参考文献
[1] 赵杰，朱立彤，付昶，杨寿敏.300MW等级汽轮机通流部分改造综述[J].热力透平，2011，01：39-42.
[2] 程源.300MW汽轮机通流改造及性能试验研究[D].苏州大学，2014.
[3] 秦海岩，牛彦涛，柯细勇，李承曦.汽轮机通流部分改造节能量计算及分析[J].陕西电力，2010，11：19-23.