汽輪機廠生產實習報告

一、 緒論

2015年7月7日-7月24日，我們在上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠進行了為期3周的實習。實習的主要內容為汽輪機、燃氣輪機相關知識的課程和進入車間的實地參觀。課程主要有：安全教育、汽輪機本體結構、汽輪機葉片結構、汽輪機通流設計技術、分佈式能源、聯合循環、燃氣輪機原理及與蒸汽輪機的比較、葉片加工技術、汽輪機輔助系統控制、核電汽輪機、汽輪機長葉片設計技術、汽輪機技術發展趨勢等等。參觀的車間有：汽輪機車間、燃氣輪機車間、葉片中心、配套中心，其中我們對燃氣輪機車間進行了重點參觀。此外，我們還參觀了企業文化中心，瞭解了企業的歷史和文化。

以下我將詳細介紹這次生產實習中我所學到的知識和從中獲得的感受與思考。

二、 上海汽輪機廠簡介

上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠（簡稱STP）是由上海汽輪機廠和德國西門子公司共同投資組建的，是中國電站設備行業唯一大型合資企業。

上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠建立於1953年，是中國第一家汽輪機制造廠。該廠佔地面積約1平方公里，擁有主要設備1300台，員工約3200人,其中工程技術人員佔20%，高級工佔39.3%。

上海汽輪機廠以設計和製造6MW—1000MW火電汽輪機和核電汽輪機及燃氣輪機聯合循環機組為主要產品，兼產船用汽輪機、風機等其它動力機械。在消化吸收美國、日本、瑞士、德國等國的先進技術和管理的基礎上博採眾長，同時結合了上汽和西門子兩家企業的優勢，把中國的一流設計、先進設備、製造經驗與西門子公司的先進技術、先進管理緊密結合起來，設計並製造了在技術和價格上擁有競爭力的世界級的汽輪機產品，遠銷於菲律賓、巴基斯坦、土耳其、伊朗等國。2015年上汽廠汽輪機產量3600萬千瓦，達到了全球第一。

60多年來，上汽製造了中國第一台6千千瓦汽輪機、第一台引進型30萬千瓦汽輪機、第一台31萬千瓦核電汽輪機和第一台超超臨界100萬千瓦汽輪機，創造了中國汽輪機制造史上的多項“第一”。

上海汽輪機廠的企業精神是：海納百川，融合創新；從一做起，追求卓越。

三、 授課內容

1. 安全教育

在工廠的實際生產過程中，難免會發生一些意外事故。由於安全防護設施還比較落後，我們更需要人為地減少或消除生產中的安全隱患，因此，提高生產過程的規範性和人的防護意識就顯得極為重要。在企業中實行預防為主、安全第一的生產措施。

為了促進安全生產，減少意外事故的發生，2002年，國家頒佈了安全生產法，其中包括八項權利和三項義務。八項權利為：知情權；建議權；批評、檢舉、控告權；緊急避險權；拒絕權；賠償權；獲得勞保用品；獲得安全生產教育和培訓。三項義務為：自律遵規的義務；自覺學習安全生產知識的義務；危險報告義務。

在上海汽輪機廠生產車間，危險源主要有2類，一類是機加工危險源，包括：刺割傷、物體打擊、絞傷、燙傷；另一類是焊接危險源，包括：爆炸、火災、燙傷、中毒、觸電、高空墜落。

在參觀車間時，要做到穿長褲和運動鞋，女生要戴帽子，聽從現場帶隊人員和老師的指揮，儘量在黃色安全線以內行走，不擅自觸摸工件和開啟設備等，同時還需注意頭上和腳下的人身和設備安全。

從上汽廠的安全教育中可以看出，企業根據自身的特點規定了嚴格的安全措施，從最大限度上減少意外事故的發生。對參觀人員着裝的規定，也是為了避免意外的發生。

2. 能源形勢總論

進入21世紀，人類社會面臨着三大挑戰：能源安全、環境保護、經濟增長（稱為3“ES”）。而為了應對這三大挑戰，迫切需要進行第三次能源革命，而這次革命的核心就是能源轉型。

對於中國而言，我們面臨着總體資源缺乏而能源需求持續增長的困境。2015年中國人均發電量為3676kWh，遠低於世界主要發達國家。中國計劃2050總裝機量達到38億千瓦時，其中，30.3%為燃煤發電，21.1%為風力發電，13.2%為水電，7.9%為核電，5.8%為天然氣聯合循環。幾種發電形式都有自己的特點，其中核電清潔，煤電是最主流的，天然氣聯合循環是效率最高的，水力發電和風力發電均具有地域性和季節性，而太陽能發電不穩定。

為了應對能源危機，我國應該採取這些措施：火電機組採用高參數、大力發展新能源、通過聯合循環進行調峯。

對於上海汽輪機廠來説，能源轉型的核心就是開發新一代高效汽輪機。

3. 汽輪機知識

a. 概論

發電設備由鍋爐、汽輪機、發電機三大主要部件構成，其中汽輪機是目前我國電力工業中應用最廣的動力設備。發電的基本原理是：由鍋爐產生的高温高壓蒸汽進入汽輪機，推動汽輪機葉片，使汽輪機旋轉做功，並帶動發電機切割磁力線產生交流電。

汽輪機發展過程中有三個里程碑：第一里程碑：主蒸汽温度566℃，主蒸汽壓力24.2MPa，第二里程碑：主蒸汽温度600℃，主蒸汽壓力25-28MPa，第三里程碑：主蒸汽温度≥700℃，主蒸汽壓力35MPa。

汽輪機產品按照蒸汽參數的不同，可以分為以下幾種：

力學的知識我們可以知道，汽輪機的效率在不斷提高。

為了提高汽輪機的效率，應該從五大主要因素入手：1.對熱力系統進行優化；2.開發超長葉片；3.提高蒸汽參數；4.減少漏汽；5.熱力循環優化。其中熱力循環優化又可以從以下幾個方面進行：1.新型獨特結構，降低流動損失；2.高效反動式葉片；設計技術系統；氣動技術進入設計流程；5.超長葉片開發。

除了用來發電以外，汽輪還有其他用途，例如，抽汽式汽輪機可以用來供暖，船用汽輪機為大型艦船提供動力。

b. 汽輪機本體

汽輪機本體可以分為轉子、葉片、汽缸、隔板四大部分。

轉子：按工作條件可以分為：高壓、中壓、低壓轉子；按加工工藝可以分為：整體、套裝、焊接轉子等。

葉片：按工作條件可以分為：高壓、中壓、低壓葉片；或者按旋轉與否分為：動葉片、靜葉片；也可以按照功能分為：調節級、壓力級、末級長葉片。

汽缸：按工作條件可以分為：高壓、中壓、低壓缸；按結構可以分為：內缸、外缸；按裝配條件可以分為：上缸、下缸。

隔板：作用為固定靜葉，將汽缸分割為一道道的環形蒸汽室。可以分為：鑄造式、焊接式、整體銑制式等。

汽輪機本體也可以分為旋轉部件和靜部件。其中旋轉部件包括：動葉片、轉子、聯軸器等；靜部件包括：外缸、內缸和持環、軸承和軸承座、隔板和靜葉片、進汽閥門、高壓主汽閥、調節閥等。

c. 葉片基礎知識

葉片按照功能分為調節級、壓力級、末級三部分。它們的特點和劃分如下：

調節級：進口壓力一定；壓力級：流量與壓力成正比；末級：出口壓力一定。

調節級具有的特點是：工作温度高、做功能力大、工作條件惡劣；採用的設計技術有：高強度三聯體葉片設計技術、噴嘴端壁子午面成型、噴嘴防固體顆粒侵蝕技術、新型高效葉片型線。

對於壓力級，採用的設計技術有：動靜葉全馬刀型設計；反動式葉型；優化的圍帶汽封結構；優化的葉根、輪緣結構。壓力級的葉根類型有：T型葉根、樅樹型葉根、圓弧葉根、直齒葉根。其中T型葉根承載能力弱，常用於葉片尺寸較小、應力水平較低的條件下，其安裝過程採用周向安裝，優點是對軸向空間要求小，可節省轉子長度；樅樹型葉根承載能力大，採用軸向安裝，對軸向空間有一定的要求。

末級長葉片將在下一部分集中介紹。

其他特殊葉片：

調頻葉片：必須按一定避開範圍來調整葉片頻率，從而避免共振。

斜置靜葉：具有側向進汽、低反動度、效率高、流動損失小、防沖蝕等特點。

由於葉片的工作條件惡劣，因此對葉片的性能有較高的要求，包括：高温、常温下有足夠的力學性能；工作温度下有足夠的塑韌性；高温下長期運行時組織和性能穩定；良好的振動衰減；抗過熱蒸汽、濕蒸汽侵蝕；抗應力腐蝕；抗水蝕；良好的冷熱加工性能。

葉片設計與檢驗：

葉片設計流程通常為：方案→熱平衡→通流→型線→三維→強度。

葉片設計的關鍵技術有：氣動設計；強度振動設計（FEA）；裝配技術；動頻試驗及調頻技術。

對於設計的葉片，必須進行校核，以滿足強度、疲勞等要求。要校核的靜強度有：離心應力、偏心應力、蒸汽彎應力、扭轉恢復應力；要校核的動強度有：尾跡、流場不均勻、部分進汽衝擊、湍流、脱流。

對於已加工的葉片，要檢驗的項目有：力學性能、金相分析、超聲波探傷、磁粉探傷、尺寸、頻率、重量等。

葉片加工知識：

整圈自鎖型動葉加工過程：

1.毛坯精鍛；2.澆低熔點方箱；3.銑葉根和裝配面；4.型面銑；5銑準長度；6.拋光；7.噴丸；8測頻；9.完工檢驗。

反動式整體圍帶動葉(ISB)加工過程：

1.基準面加工，普通機牀；2.葉根加工，強力磨；3.中間體加工，加工中心；4.型面加工，型面機牀。

葉片加工不穩定原因：毛坯殘餘內應力；工件受刀具切削影響；工件裝夾條件等。 葉片加工不穩定的改進措施：

1. 減少裝夾變形：選擇合適機牀；保證葉片定位精度；保證夾具精度；

2. 合理選擇刀具：選擇直徑合適的刀具；避免採用不加冷卻液的刀具；粗精加工刀具分開使用；

3. 優化加工程序：合理安排切削順序；合理分配切削餘量；合理設置尾架頂針的頂緊力。

d. 末級長葉片

汽輪機低壓部分末2-3級稱為長葉片，其具有工作條件惡劣、工作應力大等特點。

長葉片分類：

按動強度等級：空冷和濕冷；

按轉速：半速、全速、變轉速；

按結構形式：焊接拉筋成組葉片、整圈自鎖阻尼葉片、自由葉片；

整圈自鎖阻尼（ILB）長葉片特點：單片設計；成組自鎖；高機械阻尼。

長葉片的組成為：葉根、葉身、圍帶、拉筋。

末級長葉片的設計在所有葉片中最為困難，其難點主要有：轉速變化寬，進氣參數及流量變化大，衝角變化大，動葉強度設計難。

長葉片設計流程：總體設計（一維設計）→通流設計（2、3維設計）→結構設計→工程設計（CFD、FEA）→實驗驗證。

末級長葉片選用：排汽容積流量→排汽面積→排汽口數→末級葉片長度。

由於末級長葉片的工作條件惡劣，故其損傷形式也有多種：損傷斷裂、共振損傷、水蝕、疲勞斷裂。

對於水蝕，不同葉片可採取不同方式應對：中級葉片，可採用去濕溝或去濕槽；末級葉片，採用開抽汽槽；動葉片：採用硬化措施（表面焊硬質合金）。

對於末級長葉片，還可能出現“三重點”共振現象：整圈連接葉片在微振倍頻等於系統振動節徑數的情況下，能量輸入葉片系統，激起危險的m節徑共振，稱為“三重點”共振。 e. 汽輪機輔機系統

汽輪機輔機系統主要包括：汽封系統、疏水系統、滑銷系統、潤滑油系統、軸承系統、各類加熱和冷凝器、蒸汽管道等等。

汽封系統：

功能：1.防止蒸汽沿轉子穿出氣缸外泄；2.防止空氣漏入低壓缸中。

構成：氣動調節閥、截止閥及旁路閥、汽封減温裝置、汽封蒸汽濾網、安全閥和爆破片、汽封冷卻器。

設計流程：汽封漏氣量計算→門杆漏氣量計算→調節閥設計→汽封管路設計→汽封冷卻器設計。

疏水系統：

作用：汽輪機啟動時暖管，防止直接通入蒸汽，導致管道振動和應力傷害；防止水進入汽輪機，產生水衝擊，損壞葉片。

疏水方式：節流孔板、疏水閥。

滑銷系統：

作用：1.保持氣缸和轉子中心一致，避免因熱漲導致中心變低，引起機組振動或動靜相擦；2.保證氣缸自由膨脹，以免發生過大應力集中引起變形3.使靜子、轉子軸向、徑向間隙符合要求。

潤滑油系統：

作用：給軸承和盤車裝置提供潤滑和冷卻，供給調速系統和保護裝置穩定充足的壓力油，供給各傳動機構潤滑用油。

軸承系統：

徑向軸承：承受徑向重量、抵抗不平衡力、保證轉子的中心性；

推力軸承：平衡軸向壓力，保證葉片與氣缸之間的間隙；

軸承的結構死點：位於高壓缸與中壓缸之間，使氣缸與轉子同向膨脹，保證差脹非常小。 加熱和冷暖器：

如：汽水分離再熱器、凝汽器、汽封冷卻器、低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器等。

4. 燃氣輪機知識

a. 燃氣輪機本體

定義：燃氣輪機是以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發動機。

特點：重量輕、體積小、啟動快、運行維護方便、用水少、可燃多種氣體。

燃氣輪機本體由壓氣機、燃燒室、透平三大部分組成。壓氣機由靜子和轉子構成，靜子包括：進氣室、進氣機匣、氣缸；轉子包括：轉盤、軸、動葉。燃燒室由擴壓器、內外壁、燃燒器、點火裝置等構成。透平由轉子和靜子構成。

轉子軸套由導流環、阻尼元件、冷卻空氣導管、燃燒室、擴散器、分離管等構成。 加工與裝配工藝：

轉子輪盤加工：毛坯→車削（外形）→磨削（赫式齒）→拉削（葉溝槽）→鑽削（冷卻孔）→輪盤成品。

軸套安裝步驟：1.軸套放置；2.安裝阻尼元件；3.安裝擴散器；4.擴散器安裝檢驗；5.翻身；6.冷卻空氣導管安裝；6.分離管安裝；7.安裝環形燃燒室。

靜葉環車蠟：靜葉上持環→澆蠟→車進汽邊、葉根→切割。

b. 燃氣輪機輔機

燃氣輪機輔機可分為空氣系統、燃料系統、潤滑系統等三大系統，包括：進汽系統、燃料油組件、降NOx噴水器、排氣擴展段、天然氣系統、氣動模塊、HCO模塊、本體保温、盤車裝置、潤滑油系統等等。

液壓間隙優化系統（HCO）：啟動時保證葉片與缸體之間的安全間隙；運行時減小間隙，提高效率。

本體保温系統作用：使燃氣輪機保持恆定温度，減少熱量損失，降低噪音等。 盤車裝置：盤動轉子按照預定轉速轉動，用於燃機的啟停等。

燃機控制器：

包括：轉速和負荷控制器、排氣温度控制器、負荷限制控制器、壓氣機壓比限制控制器、IGV温度控制器、冷卻空氣控制器、閥門提升控制器、帶保護功能的啟動斜坡升程器等。 c. 上汽引進西門子燃機產品

上海汽輪機引進西門子公司燃機產品主要包括SGT5-2000E和SGT5-4000F兩大系列。 產品代號含義：SGT為西門子縮寫，5代表轉速為50Hz，2000/4000代表壓氣機大小，E/F代表產品是E/F級燃機。

SGT5-2000E特點：冷端驅動；轉子：輪盤加中心拉桿結構、中空軸；壓氣機：16級，進口導葉可調；燃燒室：2個筒形燃燒室、16個組合式燃燒器、陶瓷隔熱瓦塊；燃燒器：低NOx技術、可燃燒多種燃料；透平：4級、第1級為單晶，2-4級為定向結晶。

SGT5-4000F特點：冷端驅動；轉子：兩個軸承、中空軸；壓氣機：15級，進口導葉可調；燃燒室：環形燃燒室、陶瓷與金屬遮熱瓦塊；燃燒器：低NOx技術、可燃燒多種燃料；透平：4級、先進冷卻技術、隔熱塗層。

5. 核電汽輪機

核電汽輪機是利用原子核裂變產生的熱能所發生的蒸汽作為工質的電站汽輪機。 核電具有清潔、經濟、安全、可持續發展、現實可行等優點。

世界核能發電曾經進入過低潮期，而後又重新復甦，其主要原因有：

① 放棄核電的政策後果帶來的反思；

② 世界性的燃料供應緊張；

③ 新一代更安全和經濟的反應堆的推廣和使用。

6. 聯合循環

聯合循環就是將燃氣輪機排出的高温廢氣引入餘熱鍋爐，加熱水產生高温高壓的蒸汽，再推動汽輪機做功，形成能源梯級利用的總能系統，從而達到極高的熱效率（約60%）。

聯合循環機組構成：燃氣輪機+餘熱鍋爐+蒸汽輪機+發電機。

為了能夠與燃氣輪機相配合，聯合循環汽輪機應該具有快速啟停的特點，其實現的條件為：1.對稱性高；2.中分面法蘭儘可能使用窄法蘭，中分面螺栓儘可能靠近轉子軸心；3.不設回熱抽氣系統；4.全周進汽；5.使用徑向汽封、機組自動化水平高；7.滑壓運行降低負荷時温度變化。

聯合循環汽輪機特點：1.汽輪機隨鍋爐運行，不參與負荷控制；2.高可用率，高可靠性；3.快速啟停，適合兩班制運行；4.系統簡單易維護。

7. 分佈式能源

分佈式能源是產生和存儲電能的系統，通常位於用户附近，包括燃機、微型燃機、內燃機、太陽能和光伏電池、燃料電池、風能發電、生物能發電及存儲控制的技術。

分佈式能源由發電設備、供熱或製冷設備、鍋爐或蓄熱系統、汽水換熱器、調節裝置等等組成。

優點：1.實現熱電冷聯立，效率高達80%；2.能源生產設備靠近用户，直接使用；3.裝機容量小、佔地面積小4.電站運行噪音低、污染排放少；5.機組分散，系統更靈活；6.能源選擇靈活；7.建設週期短，初期投資少。

四、 參觀

在上海汽輪機廠的這三週，我們還分別進入了汽輪機車間、燃氣輪機車間、葉片中心、配套中心、企業文化中心進行參觀。通過參觀這些車間，我對汽輪機、燃氣輪機的結構有了更加深入的認識，對葉片的彎扭形式及加工方法有了一定的瞭解，對汽輪機、燃氣輪機的加工和裝配也有了直觀的認識。從參觀中我意識到，理論知識和生產實踐還是有很大差別的。例如，在學校學習燃氣輪機相關知識時，我們只是關心燃機葉片的葉型、進出氣參數、效率、損失等，卻幾乎從來沒有思考過，整個燃機系統，如何分解為一個個子系統，再轉化成成千上萬個零部件和對應的`裝配工序，再從零件轉化為各種數控機牀的加工程序。這也許就是學校教育和企業生產的根本區別吧。

但同時我也有一點憂慮，各個加工車間裏的設備，尤其是銑牀，基本都是從國外進口的，國內甚至不能生產出5軸聯動的銑牀，這不能不説是中國製造業的悲哀。上汽廠對外宣稱，汽輪機實現了100%的國產化，燃氣輪機實現了接近100%的國產化，可是如果連製造產品的機牀都沒能實現國產化，又怎麼能實現真正意義上的國產化？

五、 總結

通過在上海汽輪機廠這三週的課程和參觀，我學到了很多汽輪機的基本知識，拓展了燃氣輪機的結構和加工工藝知識，對企業的生產和運營也有了一定程度的瞭解。

同時這次生產實習，也使我認識到了理論和實踐之間的巨大差異，在學校的學習過程中，我們往往更注重的是理論知識，如燃氣輪機結構、葉片的形態、焓、壓比、效率和損失等的計算等等，而在工廠和企業中，更注重的是，如何利用理論知識和相關的技術、軟件等把用户所需要的產品設計出來，並且將設計的產品轉化為合理的零部件和相關的加工及裝配工藝。通過這次實習，我也明白了理論聯繫實際的重要性，在以後的學習和課程設計的過程中，我們要在學好理論知識的基礎上，更加註重與生產實踐的結合，能夠做到活學活用。