摘要:
南京汽輪電機（集團）有限責任公司建廠50年來，一直致力于電站汽輪機的設計制造。企業不斷緊跟經濟的發展，市場的需求。開發不同類型的產品，迄今為止，已設計制造各類汽輪機100多個品種，派生產品400多種。進入二十一世紀，集團公司領導更是著眼于發展，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，共同研制開發具有世界先進水平的各類型電站汽輪機。在研制開發過程中，吸取總結了我國在葉輪機械氣動熱力學取得的科研成果，在已成功應用于我國汽輪機行業老產品改造、新產品開發的全三維技術基礎上，努力開拓進取，不斷技術創新，開發出更為先進具有當代國際領先水平的準四維/全四維技術，并把這一頂尖技術進一步應用于汽輪機老產品改造和新產品的開發。集團公司落實科學發展觀，本著建設資源節約型社會宗旨，組織開發了多種余熱利用發電設備，其中水泥生產線余熱發電用汽輪機是近幾年重點開發的，具有國內先進水平的產品。
目前國內最先進的水泥生產線，仍然有大量350℃以下的低溫余熱不能完全利用，回收水泥生產過程中的低溫余熱，用來發電，可有效減少水泥生產過程中的能源消耗，同時降低了廢氣排放的溫度，有效的減輕水泥生產對環境的熱污染，具有顯著的節能和環保意義，符合循環經濟和可持續發展的戰略方針，有很大的推廣價值和應用前景，南汽輪集團研制開發的這種技術先進的汽輪機，已和各水泥企業簽定了30多臺套合同，其中海螺集團占了絕大多數。引起水泥行業和汽輪機行業的普遍關注。
1．水泥窯低溫余熱汽輪機主要設計技術特點
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的用于水泥生產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汽輪機主要技術規范
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7MW系列 |
9MW系列 |
18MW系列 |
30MW系列 | |
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額定功率MW |
7.5 |
9 |
18 |
30 |
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功率等級范圍MW |
6～12 |
8～12 |
17～24 |
25～32 |
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額定主蒸汽壓力MPa.a |
1.05 |
0.689 |
0.689 |
0.689 |
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主蒸汽溫度℃ |
320 |
317 |
315～330 |
312～330 |
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主汽壓力范圍MPa.a |
0.981～1.27 |
? |
? |
? |
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補汽壓力 |
0.12～0.25 |
0.12～0.137 |
0.11～0.14 |
0.12～0.14 |
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補汽流量t/h |
1～5 |
1～6 |
1～6 |
3～11 |
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給水溫度℃ |
35～45 |
35～45 |
35～45 |
35～45 |
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汽耗kg/kW.h |
5.68 |
5.61 |
5.6 |
5.58 |
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熱耗kJ/kW.h |
16285 |
16845 |
16075 |
16458 |
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汽輪機級數 |
11 |
9 |
9 |
10 |
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末級葉片葉片長度mm |
300 |
330 |
485 |
665 |
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汽輪機本體重量t |
～46.5 |
～45 |
～61 |
92 |
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配汽方式 |
節流調節 |
節流調節 |
節流調節 |
節流調節 |
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回熱系統 |
無 |
無 |
無 |
無 |
1.2通流部分設計技術特點
水泥窯低溫余熱汽輪機通流部分的設計，在技術方面最突出的特點是采用當代更為先進的、在成熟的全三維技術基礎上開發的、具有當代國際領先水平的準四維/全四維技術，對通流部分及主汽閥、調節閥、汽缸等各部分主蒸汽流經的部位進行全面系統設計，達到節約能源、降低消耗、提高經濟性和增加出力（在同等主蒸汽流量下）的目的。
（1）采用先進的非數值優化方法（遺傳算法）與常規的數值優化方法相結合，針對不同工作條件下的葉片型線進行優化設計。使得葉片型線損失很小；葉片前緣設計使得葉片對來流攻角變化不敏感；較薄的葉片尾緣減小了葉片的尾跡損失；較大的葉片最大厚度增強了葉片的剛性。
（2）末幾級采用彎扭聯合成型靜葉柵。改變靜葉柵內部的流場，減小葉片損失，從而大幅度提高汽輪機的級效率。
（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接。通過預扭裝配使動葉片形成整圈聯接，可以使動葉片振動應力減小，不存在鉚接造成的應力集中，運行安全可靠。
（5）采用新一代梳齒式汽封。經過多年實驗研究，及國內外機組實際運行經驗表明，梳齒式汽封是密封效果最好的結構形式。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，能夠保證靜葉內汽道形狀準確，光潔度高。
1.3汽輪機結構設計技術特點
南汽輪集團設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。其基本結構如上圖所示。
汽輪機采用節流調節，無調節級。汽輪機轉子根據進汽參數和功率的不同分別由9、10、11個壓力級組成。采用組合套裝結構。
汽缸前端借助于“貓爪”與前軸承座相連，在垂直方向設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的后座架上，在左右后座架與后缸連接面上設有橫銷，與汽輪機軸中心線的交點構成汽缸熱膨脹的死點。
前軸承座內裝有測速機構，主油泵，危急遮斷裝置，軸向位移傳感器，徑向及推力聯合軸承。后軸承座與后汽缸一體，裝有汽輪機后軸承和發電機前軸承。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動，通過蝸輪蝸桿副及齒輪減速達到所需要的盤車速度。當轉子的轉速高于盤車速度時，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，可以進行手動盤車。
水泥爐窯余熱鍋爐產生的低壓蒸汽經電動隔離閥進入位于汽輪機前部的一個或者兩個主汽調節聯合汽閥，通過主蒸汽管路，由前汽缸下部進入前汽缸蒸汽室，經若干級作功后，與補汽混合，再經后幾級壓力級作功后排入凝汽器凝結成水，借助于凝結水泵打出，經汽封加熱器及除氧器后，再重新進入余熱鍋爐。