0 项目简述
外高桥二期工程，建设两台900MW超临界汽轮发电机组。项目利用世界银行贷款，采用国际公开竞争性招标方式进行设备岛采购，其中汽轮发电机岛最终由德国 SIEMENS 公司中标，其汽轮机的基本技术参数如下：
汽轮机形式：超临界单轴、单背压、一次再热、四缸四排汽
额定出力：900MW
TMCR及VWO出力：936MW/980MW
主汽门前额定压力/温度：23.96 MPa/538℃
主蒸汽额定流量/最大流量：2537T/h/2788T/h
高压缸排汽压力：5.495MPa
再热蒸汽门前额定温度：566℃
再热汽流量：2264T/H
背压：4.9 kPa
低压缸末级叶片长度：1146mm(45″)
设计热耗：7602KJ/kW.h(1816kcal/kW.h)
经过参建各方4年多的奋战，两台机组已分别于2004年4月20日及9月22日提前投入商业运行。从调试阶段直到投产后的商业运行及性能试验，两台机组在可调性、经济性、稳定性、可靠性、以及自动化等各方面都显示出了优异的性能，其综合水平在国内领先，达到了国际先进水平。本文就汽轮机在运行性能特点方面做一些介绍及分析。
1 效率高
两台汽轮机的性能试验均已完成，热耗分别为7531.4kJ/kw·h及7500.8kJ/kw ·h，远低于合同保证值，并且机组的系统配置尚为二级高加(给水温度276℃)及单背压。若为三级高加及双背压，其热耗水平可直逼日本的l000MW超超临界机组。之所以能达到这样的高指标，与其采用的一系列特殊的技术措施有关。
1.1 取消调节级
随着机组容量的增大和参数的提高，理论和实践都已证明，对于高参数机组，特别是超临界机组，在低负荷下，滑压运行方式的经济性优于定压方式。因此，变压运行方式已被现代超临界大机组普遍采用。在此前提下，采用调节级已无必要。SIEMENS的900MW汽轮机高压缸无调节级，主蒸汽通过汽缸左右两侧的联体主汽门和调节门进入均压环室，而后直接到压力级做功。调节门采用节流调节方式(在稳定工况时维持5%门前压力的压降)。由于取消了高压缸内运行工况最恶劣的调节级，其安全性大为提高。而源于调节级的其他负面影响有：由于沿圆周方向不均匀进汽造成的推力瓦不均匀受力，个别瓦温度高;非全周进汽导致的部分进汽损失和周期性蒸汽激振;余汽的速度损失大;级效率相对最低等。随着调节级的取消，这些相关问题也迎刃而解。就运行效率而言，无调节级的超临界汽轮机，在全负荷变化范围内均优于有调节级汽轮机。
另外，在滑压运行状态时，因主蒸汽温度不随负荷变化，采用纯压力级的高压缸内的温度场在变负荷时仍能保持相对稳定，这极大地改善了变负荷时高压转子的应力状况，使得该类型汽轮机能适应很高的负荷变化速率。而变负荷下高压缸排汽温度的稳定，也相应确保了再热温度的稳定，确保了系统效率。
1.2 优化整机叶型及特殊措施
目前，SIEMENS的汽轮机叶片制造已完全柔性化，通过使用计算机控制的CAE -CAD-CAM五轴铣床，几乎可以制造任何新型的三维叶片。因此，叶片的标准化已无意义。与传统机组完全不同，目前SIEMENS的大机组，高、中压缸采用了全三维，变反动度，带一定倾斜度的叶片设计，大大降低了叶型损失及二次流损失。在低压级，通过数字优化叶形设计，能大幅减少超音速流动在叶片背弧引发的冲击波所造成的损失。借助于全数字汽缸的整体优化，能使各级叶片在满足100多个约束条件下达到效率的最大化，据称，其综合内效率可提高2%。SIEMENS曾对纯冲动级和纯反动级做了效率对比研究(见图l)，由图可见，根据不同的容积流量，两冲动橄反动级图 l 纯冲动级及与纯反动级效率比较种叶片的内效率各有千秋，随着汽缸内各级压力的逐步递减和容积流量的递增，各级的合理反动度亦不同，除第一级外，经优化后实际的各级反动度在30%-60%之间。
为提高容积流量相对较低的前级效率，高压缸采用单流设计，虽然这会造成较大的轴向推力，并因此增大了平衡盘直径及漏气损失，但与双流设计相比，叶片高度增加近一倍，级效率显著提高，故综合的缸效率是增加的。
鉴于在结构上，高、中压缸的第一级静叶无叶顶间隙及漏气损失，故该级均采用低反动度(冲动式)设计，大大减少了动叶的压降及叶顶漏气损失，最大限度地提高了级效率，同时也有效地降低了转子第一级的温度。特别是该级采用的 900 转向进汽设计，巧妙地缓解 了固体颗粒侵蚀(SPE)问题，避免了因SPE问题而引起的级效率不断下降甚至失效的风险。
机组末级为1146mm长叶片，为解决湿汽冲蚀问题，SIEMENS采用了独特的去湿措施，这是在空心的末级静叶内通以较高温度的蒸汽(三级抽汽)，使其表层水膜被静叶沿流向逐渐加热，吸收汽化潜热而逐步蒸发，使动叶免受水膜脱落产生的大水滴的冲蚀。另外，由于水滴大都会撞向动叶的背侧，这会抵消一部分蒸汽的动能。因此，消除水滴冲蚀问题的同时，也相应提高了级效率。
在二期900MW机组的调试期间，发现锅炉的再热蒸汽温度比设计值偏低约30℃ ～40℃。这会造成汽轮机低压缸排汽湿度的显著增加，末级叶片可能因此不断受到冲蚀，效率逐步下降，甚至危及叶片安全。当时，我们请SIEMENS 评估这一问题的风险，但SIEMENS 表示问题不大，也不必限制负荷。2005年3月第一台机组大修的低压缸揭缸检查发现，虽经过一年多的低再热溢度运行，末级叶片似乎毫发未损，这说明SIEMENS未级静叶的消湿措施非常有效，并能适应较宽范围的湿度变化。
1.3 采用推杆系统，减小动静间隙
900MW汽轮机的低压级的动静间隙很小，只及其他同级机组的一半，相应提高了级效率。这主要得益于采用了SIEMENS的独门绝活一一推杆系统，如图2所示。
两个低压内缸及中压外缸通过左右两侧的推杆(螺栓)相连接，这使得三个缸在机械上成为一体(组)。在热态时，缸的热膨胀量将通过推杆向后续汽缸传递。因此，虽然在启动及运行过程中转子会因热膨胀而伸长，但由于汽缸组同样受热而相应伸长，两者间的相对膨胀俊远小于其他具有同样汽缸数的汽轮机。另外，将不同级温度的蒸汽分别引入低压内缸的外侧腔室，以使其能处于一个与低压转子相似的热环境，从而使低压内缸在运行中，尤其是在变工况时能取得和转子相近的热膨胀(收缩)响应。
2 启动速度快
按设计，在冷态从机组冲转到全速，仅用短短5分钟，再用50分钟的全速暖机便可并网;在热态或极热态，升速时间甚至仅需2分钟。而在首次启动时，则安排了在360(r/min)时停留15-20min，然后继续以60Or/min2的升速率直达额定转速。按 SIEMENS 设计，在汽轮发电机组跳闸后，必须待转速降至停留平台后才能重新程控启动，而由于轴承的摩擦力小，该机组的惰走时间太长，为缩短汽轮发电机跳闸后重新启动的时间间隔，后来将中间的转速停留点改为860(r/min)。
之所以机组能达到如此好的启动特性，究其原因，主要在于以下几个方面：
2.1 对分桶装结构高压外缸
高压外缸采用独特的轴向对分桶装结构，对分面采用螺栓联接，无水平中分面及法兰。内缸形式如水泵的芯包，为圆桶结构并采用轴向对剖垂直中分面及螺栓连接，螺栓孔直接置于缸壁内。与水平中分面相比，轴向对分面的受力远小于前者，这就能充分缩小对分法兰面，同时也使高压、高温段汽缸壁的周向均匀性得到最大的改善。采用此结构，使机组在启动过程中，汽缸周向受热均匀，可极大地缩短启动时间。
2.2 窄法兰中压外缸及对称热环境
该机组的中压缸采用水平中分窄法兰外缸。因工作压力较低，缸体相对较薄，故同样也有着很好的热均匀性。中压缸的排汽从上部中间引出，送至低压缸。为防止上、下缸温度的不均匀分布，其排汽亦作为四级抽汽，从下缸中间引出。从而为内缸创造了极好的对称热环境。这种设计对最大限度地降低汽缸的不对称变形，减少径向间隙，提高内效率和改善启动特性具有显著作用。
2.3 高、中压缸内汽温稳定且分布均匀
取消调节级后，机组采用滑压运行，但汽温不变。高压缸内的温度分布均匀，且因高压缸排汽温度稳定，又相应稳定了再热蒸汽温度，使得中低压缸内的温度分布也能得到稳定，极大地改善了汽轮机在启动及变工况下的转子应力状况，使机组能适应快速启动及快速变负荷。
2.4 采用汽缸推杆装置
汽缸推杆系统的采用，解决了多缸汽轮机的汽缸和转子的同步膨胀问题，使汽轮机无论在启动过程或变负荷工况，均不必再考虑转子和汽缸间的相对膨胀及动静间隙问题。
3 振动小且分布稳定
在整个冲转过程及运行中，包括在经过临界转速时，各道轴振均小于50μm 。更有甚者，与以往所有机组不同的是，不管机组的真空及负荷变化如何，各<
