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1、杭汽汽轮机技术体系及开展介绍注意：本文仅介绍杭州汽轮机股份主体的汽轮机技术和业务，杭汽子公司杭 州中能的冲动式汽轮机业务（陕鼓汽轮机引进）不在本文介绍范围内。1 .杭汽汽轮机概述杭汽主要生产反动式工业汽轮机，其技术源于上世纪70年代引进的西门子三系列 体系，主要特点是采用积木块系统和通流局部计算机优化而进行设计，产品主要应用于 各类工业驱动和能源综合利用的发电领域。通过近年来不断的自主创新，产品技术水平 始终处于国内领先水平，在国内目标市场一直拥有较高的市场占有率，尤其是在高端石 化行业的拖动领域。国内竞争对手的产品均为冲动式汽轮机，其为固定参数选型，即产品具有系列性, 并不能根据用户的具体参
2、数和工艺要求进行“量体裁衣”式的设计制造，只能就近选择 机型或采用个别部件的更换，进行名义上的个性化设计制造，其设计工况一般容易偏离 实际运行工况。根据杭汽基于热力计算结果和用户使用情况的调查说明，杭汽反动式背 压机额定工况下汽耗比冲动式低9-12%,变参数、变负荷运行时优势更大，最高可达 20%以上。2005年，基于当时国内市场对三菱1000MW给水泵汽轮机技术方案高度认同性的 背景，杭汽与三菱进行技术合作，引进三菱给水泵汽轮机技术。通过两年时间消化吸收 掌握了三菱1000MW等级冲动式单流小汽机技术，成为目前国内同类型给水泵汽轮机 运行业绩最早也是最多的汽轮机制造商。但在现阶段给水泵汽轮机
3、领域中，杭汽主推基 于西门子三系列的反动式双分流技术方案。2,杭汽三系列汽轮机产品特点杭汽引进的三系列汽轮机分成假设干区段，根据用户的要求，通过热力和强度计算将 所需要的区段组合起来，再配上各类相应的部套即组合成各种不同类型的汽轮机。三系 歹IJ汽轮机共有 12 个基型 NK, ENK, NG, ENG, HNK, EHNK, HNG, EHNG, HG, WK, MG, EMGo每种基型由尺寸大小不同的许多积木块构成，每一种积木块区段又有数个 尺寸分档，可拼出大量不同机型、不同尺寸的汽轮机,共计可以组成280多种不同功率、 转速、流量的汽轮机，加上抽汽机组那么机组品种更多。G- fVk式汽轮
4、机E-抽汽式汽船机K-凝汽式汽轮机W-双流式汽轮机 R 再热式汽轮机Gs Backpressure turtMneN-Normal pressure in outer casing H=Highpressure in outer casing E=Extraction turbrneKsCondensing turbineW-Double flow turbineR Reheating condensing turbine图1杭汽三系列汽轮机符号说明三系列汽轮机主要三个局部组成：进汽段（新蒸汽进口、中区段（叶栅局部）和排 汽段（排汽局部）。进汽段可分为正常进汽参数（N）和高压进汽参数（H）,正
5、常进汽参 数（N）进口压力和温度为10兆帕/501摄氏度，高压进汽参数（H）可达14兆帕/540 摄氏度。引进技术基本上包含了排汽面积小于1.8m2的绝大多数机型，蒸汽参数也包含 从低压饱和蒸汽至高温超高压蒸汽范围，高温高压参数下最大功率可到达80000kWo三系列机组均有转子和静子两局部组成。转子采用整锻，调节级是冲动式叶片，装 入转鼓形转子上的压力级叶片均为反动式叶片，末几级为带叉形叶根的扭曲叶片，转子 上设有平衡活塞。静子那么包括外缸、蒸汽室、导叶持环、迷宫式汽封、轴承等局部，调 节汽阀及机械杠杆与调速系统的油动机相连。图2杭汽积木块系列反动式汽轮机NK40/56 NK50/63 NK5
6、0/71 (H)NK50/80 NK63/80 (H)NK63/90图3杭汽汽轮机与陕鼓轴流压缩机功率对应关系汽粕机系列 series of turbine汽轮机类型 Turbine types 1 2)谕出功军范圈 Range of power output 3) kw设计转速范图 Range of design speed r/min最高进汽参数 Max. inintialsteam conditionsMPWC |最高可谓抽汽压力 Max. controHed extraction pressure MPafabs)最高排汽压力 Max exhaust Pressure MPa(abs)
7、NG500-5000016000-30001(X5102.0汽毙机配电N型进汽技ENG1000-5000016000-300010/5105.52.0TurtkieswithNNK1000-6500015000-300010/510及汽豁空 condvac.admission sectionENK1000-B000015000-300010/5105.5发汽亨H空 condTvac.HNG2000-8000016000-300014/5402.0汽轮机配有HN空进汽段EHNG2000-8000016000-300014/5405 52.0Turtineswith HN admission se
8、ctionHNK2000-10000015000-300014/540凝汽雅真空 cond.vac.EHNK2000-12000015000-300014/5405 5及汽器鼻空 cond.vac汽轮机配病H型透汽除 高背压Turbines with H adm*Sson section and for high back pressureHG1000-5000016000-300014/5405.0双分流双汽式汽轮机 Double flow con densing turtinesWK5000-8000015000-30001 67420凝汽器H中 cpmd.vac再热温汽式汽轮机3600/
9、300014/540茶汽浙K空Reheat condensing turbineRHNK50000-150000.cpmd vac.图4杭汽反动式汽轮机当前产品的技术数据范围3,杭汽汽轮机特色产品由于杭汽汽轮机产品线较多，以下仅局部列举(1) 1000MW双分流给水泵汽轮机双分流工业汽轮机是杭汽引进西门子三系列反动式工业汽轮机产品中的一个重要 组成局部，为引进的12个基型中的一种，机型代号WK。WK型双分流工业汽轮机结构 特点为中间进汽，蒸汽向两边均匀分流，分别通过两端的低压级组扭叶片排入冷凝器， 汽缸的两端和内部的通流局部为镜面对称，其结构特点类似于大汽轮机的双分流低压缸。 WK型汽轮机主要
10、应用于进汽压力、温度比较低，容积流量比较大的场合。其特点是叶 片级组呈对称布置；转子两侧的压力分布相似，剩余推力很小，对推力轴承要求较低。 由于轴向推力非常小，取消了平衡活塞的设计。(2)大型PTA装置余热利用汽轮机该产品是大型PTA装置中驱开工艺空气压缩机的关键动力设备。在PTA装置的流 程中，会产生大量难于利用的低压和超低压饱和富蒸汽，工业汽轮机能利用这些饱和蒸 汽来驱开工艺空气压缩机，到达能量的回收和利用。该工程每套设备中共存在4台机组， 为“汽轮机+轴流式压缩机+离心式压缩机+尾气透平”直联，杭汽PTA汽轮机为单出 轴、双进汽、补汽凝汽式，型号为WK63/71O汽缸为单缸、单轴、反向双
11、分流结构设计， 无调节级节流调节，向下排汽的结构。(3)百万千万机组电站引风机驱动用汽轮机火力发电厂锅炉引风机一般采用电动机驱动方式。随着近年来电力行业装机规模日 益扩大，各大电力公司纷纷采取节能降耗措施。引风机采用汽轮机驱动，可以有效降低 电站运营中的能耗，成为国内各大电力公司和设计院关注的焦点。在经历了海门电厂、沁北电厂、北仑电厂三个工程的招投标、签约、装置资料的交付过程后，杭汽形成了 NKS(50/56、63/56、63/71)、HNG两大系列、4个典型机型，逐步形成驱动弓I风机用汽 轮机系列产品(4)大型乙烯装置用汽轮机乙烯三机驱动用汽轮机是工业汽轮机中难度最大的高端产品。结合百万吨乙
12、烯装置 非标准参数高压抽汽冷凝汽轮机的特殊要求，重点解决性能优化、转子蒸汽推力平衡计 算、转子轴向振动分析、扭叶片设计和轴系扭振分析、新型调节汽阀的研制、新型内缸、 高压进汽段和中分面连接螺栓液压方式拧紧技术的开发。经过努力，杭汽成功开发了系 列产品，目前已承接100万等级的乙烯三机产品十余项，基本囊括了国内该领域的所有 订单。100万吨/年乙烯装置 中石化天津分公司(2008)图5杭汽乙烯装置用汽轮机开展历程(非最新)4,杭汽反动式汽轮机技术体系杭汽反动式汽轮机技术体系包含设计程序和设计准那么两局部。三系列汽轮机的设计程序由33个子程序组成，含有语句十几万条和巨大程序包。其 中经常用的有近十
13、个程序，包括调节级详细计算程序TW0020.转鼓级方案计算程序 TW0010.转鼓级详细计算程序TM0010、变工况计算程序TW0070、汽耗修正曲线计算 程序TW0050、轴承油耗及耗功计算程序TM0101、转子推力计算程序TM0303、转子振 动计算程序TMS05、叶片图及通流绘制程序TF0010、TW0040调节阀计算程序等。三系列汽轮机设计准那么包括TAK准那么-结构开发设计准那么、TEK准那么-结构设计准那么、 TER准那么-调节设计准那么、TAR准那么-调节结构设计准那么、TPR准那么调节系统设计准那么等。5.杭汽研发设计部门的组织架构工业透平研究院是杭汽的核心研发设计机构。目前包
14、括汽轮机研究所、燃气轮机研 究所、工艺研究所、工程工程所和研究院办公室五个部门。其中汽轮机相关研发设计人 员数量为200+。由于杭汽工业汽轮机技术的日趋成熟，汽轮机部门的人员基本为常规 产品设计人员。近年来杭汽研发重点聚焦在中小型燃气轮机领域，燃气轮机研究所的研 发人员数目每年均有增多，很多汽轮机核心研发人员已转到燃机部门，目前人数已达 50+ o二业透平研究院便于管理缩短周期便于管理缩短周期新技术应用F流体分析强度分析转子动力学研究，果题试验机室 汽机室汽三工艺编制 工艺研究 工装设计 工艺试验组组组组组工艺研究室组长利于技术的规范与进步图6杭汽研发设计部门的组织架构（2012年，非最新）6
15、,杭汽汽轮机研发能力杭汽与西门子公司签订了两份为期10年的“长期技术合作协议”。通过合作生产， 加快了消化吸收新技术的速度，还陆续获得了西门子公司的“扩、补、改”技术，使杭 汽的技术与西门子基本保持同步开展，其合作关系一直保持到上世纪90年代末。在其 后，尤其近十年来，杭汽在汽轮机领域开展了较强的独立研发创新能力。目前，杭汽反动式汽轮机的开展已进入了成熟期，其性能、可靠性和使用寿命等已 到达很高水平，正在并已经向大容量、高参数、高效率、高自动化和高可靠性等方向发 展。总体上看，其开展动向主要表现在以下方面：（1）不断提高运行效率；杭汽对引进的转鼓级叶片和低压级组叶片进行了自主研发优化，全面升级
16、了气动性 能。其研发过程中将已有的叶型库与商用软件结合，不仅可以快速进行一维、二维、准 三维的设计和优化、结构设计和优化，还能够方便地进行三维气动分析、强度振动分析 和流固耦合分析。构成了一个完整的叶片通流设计、优化、分析、校核体系。不断开发更高功率的工业汽轮机；2012年完成100MW（十万千瓦）等级工业汽轮机系列技术的开发，将杭汽反动式汽 轮机系列技术适用范围扩大到以下范围：新汽0314MPa/540C。抽汽：0.2-5.5MPa ； 排汽：0.006 5.5MPa ；转速：15000转/分以下；功率：500kW - 150MWo应用新技术 可组合出300多种新的工业汽轮机型号，加上引进的
17、280种型号，杭汽轮生产制造的反 动式工业汽轮机就有了 600种型号可供用户选择，形成了覆盖150MW以下的工业汽轮 机技术新体系。为了适应驱动市场的需求，杭汽近年来向上扩展，自主开发了排汽面积分别为2.0m 2.8m2、3.0m2. 3.2m 3.6m 5.0m2等新的排汽段，同时，进汽段前缸半径扩展开发了 71、80等，段，整机功率增至150-200MWo当前，杭汽正在开展驱动领域排汽面积 5.6m 6.3m2的研发工作。汽轮机向高转速、高切线速度开展；当前国际顶级汽轮机企业的末级钢制动叶片顶部圆周速度极限一般均为650m/s, 而杭汽引进技术的末级钢制扭叶片顶部圆周速度最大仅为450m/
18、s,相差约30%。这是因 为杭汽引进的汽轮机通常使用三级低压扭叶片，其中前两级扭叶片的叶根为倒T型，末 级扭叶片的叶根为四叉型，这两种叶根的承载能力都较小且材料为普通合金钢。为开发 高切线速度汽轮机，杭汽已完成了钛合金低压扭叶片，高强度枫树型叶根，新型低压级 组叶片等的关键技术研发。继续提高汽轮机运行的可靠性；杭汽依托于使用的CAE工具开展了基于流固耦合技术的叶片平安性判断方法。将单 向流固耦合技术应用到求解叶片气流弯应力，结合汽轮机行业技术手册给出的叶片平安 性评判准那么，将流固耦合计算方法与该评判准那么相结合，综合评价叶片的平安性和可靠 性。大力开展电子调节、保安系统，提高自动化水平；由于
19、数字控制系统具有机械和液压控制系统无法比较的优点及当今对工业汽轮机 调节系统的控制要求日趋苛刻，工业汽轮机的调节系统已有原来的纯机械式开展到电子 液压式调节系统，电子调速器已取代了传统的机械液压式调速器。目前杭汽汽轮机的调 节系统为全液压式，由一系列标准部套组合构成，功能按用户要求选择，并配备具有不 同功能的保安监控系统。拓宽工业汽轮机的使用范围杭汽近年来寻求在太阳能光热、联合循环、垃圾发电领域的突破，扩大其产品在大 容量低参数余热发电及化工动力站领域的影响力，抢占大容量给水泵汽轮机市场，巩固 引风机汽轮机的市场领先地位。今年4月拿到入选中国首批光热发电示范工程的中控德 令哈50MW塔式汽轮机
20、工程。在工业发电领域，对标西门子STT-400系列，基于台塑河静干熄焦余热发电工程， 开展高转速发电领域的研发，开发了排汽面积为1.3m2, 1.7m2, 2.1m2, 2.6m? 的高速发电机型。降低工业汽轮机工程的投资本钱杭汽研制的K56、K2.8、K3.2轴向排汽缸，可以减小厂房高度，降低建设本钱，首 台套轴向排汽方式的HNK63/2.8汽轮机于2015年首台套出口印尼。7 .杭汽研发的对外合作在上世纪90年代，为了更好的消化引进的西门子汽轮机技术，杭汽聘请了退休的 德国西门子公司威塞尔厂原技术厂长维克尔和原生产厂长吕希曼两位专家，担任公司的 技术顾问，解决杭汽在科研生产中的技术难题。近
21、年来，随着技术的日趋成熟，在工业 汽轮机领域杭汽已不需任何海外专家顾问。而在燃机这一杭汽目前重点研发领域中，杭 汽也并未跟某个专家合作，而是与AGEMA公司建立了燃机研发咨询伙伴关系。8 .杭汽研发过程中的仿真工具的应用杭汽在高性能叶型的优化、低压叶片级组气动分析、整圈自锁叶片振动分析、叶片断裂失效分析、排汽管道强度分析等方面大量使用商用软件，包括三维建模软件 SolidWorkSx叶轮机械设计分析软件Axstream、二维叶型流场分析软件Mises、叶片造 型参数化软件 Bladegen 和 Autoblade,有限元软件 Ansys 和 SolidWorks Simulation、 CFD
22、软件CFX和NUMECAS三维气动优化软件DESIGN3D等。在多学科优化领域，杭汽与大连理工大学钟万勰院士合作，引进了 SiPESC.OPT集 成软件平台，基于该软件建立了汽轮机低压排汽缸优化设计系统，完成了一系列低损失 排气缸的优化。9,杭汽研发的试验能力近几年来，杭汽一直在推进汽轮机试验和加工厂房的搬迁工作，未来石桥路老厂区 仅存留机关和科研人员。由于主营业务同为引进成熟技术，杭汽的常规试验能力同陕鼓轴流压缩机类似，厂 内仅能在总装试车台上进行机械运转试验。因此，在高效叶型开发等研发工程中，杭汽 依托大连理工大学的叶栅吹风试验台进行优化后叶型的验证。近期，杭汽利用杭州市政府的财政支持，规
23、划了一系列燃机部件试验台。10.杭汽研发设计领域的信息化杭汽是杭州市第一批信息化应用示范企业，其产品研发设计和生产的信息化工作由 杭汽计算机应用研究所规划实施。杭汽于2013年启动了 PDM/PLM工程评估，选择PTC 公司的代理商上海湃睿信息科技作为PDM/PLM工程战略合作伙伴，开始全面 部署Windchill系统，涉及PDMLink（研发数据管理）、PartsLink（零件管理）、ProjectLink（项 目管理）、MPMLink（工艺管理）、CAD集成等模块。当前，杭汽重点推进智能制造、PLM系统二期和MES等信息化重点工程。采用元 工国际的MES实施团队和实施方案，通过工程实施过程
24、中跨部门、跨业务的整合资源 和协调，提高杭汽的制造水平和制造效率。针对杭汽离散型装备制造业需求个性化、设 计差异化、小批量多品种的业务模式，启动智能化制造工程“离散型智能制造与数字化车间建设”研究设计和模拟仿真、制造的数字化和自动化、用户远程服务智能化中的 关键技术。试靛蝮济 塞部等部产品MCAD件分堂就悬度建轮（1012个月）内M3V.indchiH PDV- E. hill Pvtslink桃汽轮PLM总体烧剧CAPP可坟生命 与生 成PMIS口锂 旨理K3-评遁丁震涔企业的创新至基*a* 可靠折& ng统一产品开本1%理平白使家娱性生阅丽3町量用制度化建整设计用率改苦内理的工快机出后蜘工
25、粳登更物图式置杀自可视化过程中内滥 YitJSSE回网35A的at面向可蠹性第安计WindchilC ProjectUnkWorkGroup for manager for Solidworks 爽育 WorkGroup for manager for AutoCAD 根埃 View Adapter for SoltdworksWindchill Visualization Adapter SUrtWindchill InfoengineCreo View LiteWidchill MPMLmkyArtxxtert Publishing fngine J 一/Aitxxtexl IsoDfdwWindchill Svice PartArtxxtext Service InformationCenterWindchill Services informationmanagerWindchill Quality Solution图7杭汽PLM系统总体规划