汽轮机厂生产实习报告

一、 绪论

2015年7月7日-7月24日，我们在上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂进行了为期3周的实习。实习的主要内容为汽轮机、燃气轮机相关知识的课程和进入车间的实地参观。课程主要有：安全教育、汽轮机本体结构、汽轮机叶片结构、汽轮机通流设计技术、分布式能源、联合循环、燃气轮机原理及与蒸汽轮机的比较、叶片加工技术、汽轮机辅助系统控制、核电汽轮机、汽轮机长叶片设计技术、汽轮机技术发展趋势等等。参观的车间有：汽轮机车间、燃气轮机车间、叶片中心、配套中心，其中我们对燃气轮机车间进行了重点参观。此外，我们还参观了企业文化中心，了解了企业的历史和文化。

以下我将详细介绍这次生产实习中我所学到的知识和从中获得的感受与思考。

二、 上海汽轮机厂简介

上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂（简称STP）是由上海汽轮机厂和德国西门子公司共同投资组建的，是中国电站设备行业唯一大型合资企业。

上海电气电站设备有限公司汽轮机厂建立于1953年，是中国第一家汽轮机制造厂。该厂占地面积约1平方公里，拥有主要设备1300台，员工约3200人,其中工程技术人员占20%，高级工占39.3%。

上海汽轮机厂以设计和制造6MW—1000MW火电汽轮机和核电汽轮机及燃气轮机联合循环机组为主要产品，兼产船用汽轮机、风机等其它动力机械。在消化吸收美国、日本、瑞士、德国等国的先进技术和管理的基础上博采众长，同时结合了上汽和西门子两家企业的优势，把中国的一流设计、先进设备、制造经验与西门子公司的先进技术、先进管理紧密结合起来，设计并制造了在技术和价格上拥有竞争力的世界级的汽轮机产品，远销于菲律宾、巴基斯坦、土耳其、伊朗等国。2015年上汽厂汽轮机产量3600万千瓦，达到了全球第一。

60多年来，上汽制造了中国第一台6千千瓦汽轮机、第一台引进型30万千瓦汽轮机、第一台31万千瓦核电汽轮机和第一台超超临界100万千瓦汽轮机，创造了中国汽轮机制造史上的多项“第一”。

上海汽轮机厂的企业精神是：海纳百川，融合创新；从一做起，追求卓越。

三、 授课内容

1. 安全教育

在工厂的实际生产过程中，难免会发生一些意外事故。由于安全防护设施还比较落后，我们更需要人为地减少或消除生产中的安全隐患，因此，提高生产过程的规范性和人的防护意识就显得极为重要。在企业中实行预防为主、安全第一的生产措施。

为了促进安全生产，减少意外事故的发生，2002年，国家颁布了安全生产法，其中包括八项权利和三项义务。八项权利为：知情权；建议权；批评、检举、控告权；紧急避险权；拒绝权；赔偿权；获得劳保用品；获得安全生产教育和培训。三项义务为：自律遵规的义务；自觉学习安全生产知识的义务；危险报告义务。

在上海汽轮机厂生产车间，危险源主要有2类，一类是机加工危险源，包括：刺割伤、物体打击、绞伤、烫伤；另一类是焊接危险源，包括：爆炸、火灾、烫伤、中毒、触电、高空坠落。

在参观车间时，要做到穿长裤和运动鞋，女生要戴帽子，听从现场带队人员和老师的指挥，尽量在黄色安全线以内行走，不擅自触摸工件和开启设备等，同时还需注意头上和脚下的人身和设备安全。

从上汽厂的安全教育中可以看出，企业根据自身的特点规定了严格的安全措施，从最大限度上减少意外事故的发生。对参观人员着装的规定，也是为了避免意外的发生。

2. 能源形势总论

进入21世纪，人类社会面临着三大挑战：能源安全、环境保护、经济增长（称为3“ES”）。而为了应对这三大挑战，迫切需要进行第三次能源革命，而这次革命的核心就是能源转型。

对于中国而言，我们面临着总体资源缺乏而能源需求持续增长的困境。2015年中国人均发电量为3676kWh，远低于世界主要发达国家。中国计划2050总装机量达到38亿千瓦时，其中，30.3%为燃煤发电，21.1%为风力发电，13.2%为水电，7.9%为核电，5.8%为天然气联合循环。几种发电形式都有自己的特点，其中核电清洁，煤电是最主流的，天然气联合循环是效率最高的，水力发电和风力发电均具有地域性和季节性，而太阳能发电不稳定。

为了应对能源危机，我国应该采取这些措施：火电机组采用高参数、大力发展新能源、通过联合循环进行调峰。

对于上海汽轮机厂来说，能源转型的核心就是开发新一代高效汽轮机。

3. 汽轮机知识

a. 概论

发电设备由锅炉、汽轮机、发电机三大主要部件构成，其中汽轮机是目前我国电力工业中应用最广的动力设备。发电的基本原理是：由锅炉产生的高温高压蒸汽进入汽轮机，推动汽轮机叶片，使汽轮机旋转做功，并带动发电机切割磁力线产生交流电。

汽轮机发展过程中有三个里程碑：第一里程碑：主蒸汽温度566℃，主蒸汽压力24.2MPa，第二里程碑：主蒸汽温度600℃，主蒸汽压力25-28MPa，第三里程碑：主蒸汽温度≥700℃，主蒸汽压力35MPa。

汽轮机产品按照蒸汽参数的不同，可以分为以下几种：

力学的知识我们可以知道，汽轮机的效率在不断提高。

为了提高汽轮机的效率，应该从五大主要因素入手：1.对热力系统进行优化；2.开发超长叶片；3.提高蒸汽参数；4.减少漏汽；5.热力循环优化。其中热力循环优化又可以从以下几个方面进行：1.新型独特结构，降低流动损失；2.高效反动式叶片；设计技术系统；气动技术进入设计流程；5.超长叶片开发。

除了用来发电以外，汽轮还有其他用途，例如，抽汽式汽轮机可以用来供暖，船用汽轮机为大型舰船提供动力。

b. 汽轮机本体

汽轮机本体可以分为转子、叶片、汽缸、隔板四大部分。

转子：按工作条件可以分为：高压、中压、低压转子；按加工工艺可以分为：整体、套装、焊接转子等。

叶片：按工作条件可以分为：高压、中压、低压叶片；或者按旋转与否分为：动叶片、静叶片；也可以按照功能分为：调节级、压力级、末级长叶片。

汽缸：按工作条件可以分为：高压、中压、低压缸；按结构可以分为：内缸、外缸；按装配条件可以分为：上缸、下缸。

隔板：作用为固定静叶，将汽缸分割为一道道的环形蒸汽室。可以分为：铸造式、焊接式、整体铣制式等。

汽轮机本体也可以分为旋转部件和静部件。其中旋转部件包括：动叶片、转子、联轴器等；静部件包括：外缸、内缸和持环、轴承和轴承座、隔板和静叶片、进汽阀门、高压主汽阀、调节阀等。

c. 叶片基础知识

叶片按照功能分为调节级、压力级、末级三部分。它们的特点和划分如下：

调节级：进口压力一定；压力级：流量与压力成正比；末级：出口压力一定。

调节级具有的特点是：工作温度高、做功能力大、工作条件恶劣；采用的设计技术有：高强度三联体叶片设计技术、喷嘴端壁子午面成型、喷嘴防固体颗粒侵蚀技术、新型高效叶片型线。

对于压力级，采用的设计技术有：动静叶全马刀型设计；反动式叶型；优化的围带汽封结构；优化的叶根、轮缘结构。压力级的叶根类型有：T型叶根、枞树型叶根、圆弧叶根、直齿叶根。其中T型叶根承载能力弱，常用于叶片尺寸较小、应力水平较低的条件下，其安装过程采用周向安装，优点是对轴向空间要求小，可节省转子长度；枞树型叶根承载能力大，采用轴向安装，对轴向空间有一定的要求。

末级长叶片将在下一部分集中介绍。

其他特殊叶片：

调频叶片：必须按一定避开范围来调整叶片频率，从而避免共振。

斜置静叶：具有侧向进汽、低反动度、效率高、流动损失小、防冲蚀等特点。

由于叶片的工作条件恶劣，因此对叶片的性能有较高的要求，包括：高温、常温下有足够的力学性能；工作温度下有足够的塑韧性；高温下长期运行时组织和性能稳定；良好的振动衰减；抗过热蒸汽、湿蒸汽侵蚀；抗应力腐蚀；抗水蚀；良好的冷热加工性能。

叶片设计与检验：

叶片设计流程通常为：方案→热平衡→通流→型线→三维→强度。

叶片设计的关键技术有：气动设计；强度振动设计（FEA）；装配技术；动频试验及调频技术。

对于设计的叶片，必须进行校核，以满足强度、疲劳等要求。要校核的静强度有：离心应力、偏心应力、蒸汽弯应力、扭转恢复应力；要校核的动强度有：尾迹、流场不均匀、部分进汽冲击、湍流、脱流。

对于已加工的叶片，要检验的项目有：力学性能、金相分析、超声波探伤、磁粉探伤、尺寸、频率、重量等。

叶片加工知识：

整圈自锁型动叶加工过程：

1.毛坯精锻；2.浇低熔点方箱；3.铣叶根和装配面；4.型面铣；5铣准长度；6.抛光；7.喷丸；8测频；9.完工检验。

反动式整体围带动叶(ISB)加工过程：

1.基准面加工，普通机床；2.叶根加工，强力磨；3.中间体加工，加工中心；4.型面加工，型面机床。

叶片加工不稳定原因：毛坯残余内应力；工件受刀具切削影响；工件装夹条件等。 叶片加工不稳定的改进措施：

1. 减少装夹变形：选择合适机床；保证叶片定位精度；保证夹具精度；

2. 合理选择刀具：选择直径合适的刀具；避免采用不加冷却液的刀具；粗精加工刀具分开使用；

3. 优化加工程序：合理安排切削顺序；合理分配切削余量；合理设置尾架顶针的顶紧力。

d. 末级长叶片

汽轮机低压部分末2-3级称为长叶片，其具有工作条件恶劣、工作应力大等特点。

长叶片分类：

按动强度等级：空冷和湿冷；

按转速：半速、全速、变转速；

按结构形式：焊接拉筋成组叶片、整圈自锁阻尼叶片、自由叶片；

整圈自锁阻尼（ILB）长叶片特点：单片设计；成组自锁；高机械阻尼。

长叶片的组成为：叶根、叶身、围带、拉筋。

末级长叶片的设计在所有叶片中最为困难，其难点主要有：转速变化宽，进气参数及流量变化大，冲角变化大，动叶强度设计难。

长叶片设计流程：总体设计（一维设计）→通流设计（2、3维设计）→结构设计→工程设计（CFD、FEA）→实验验证。

末级长叶片选用：排汽容积流量→排汽面积→排汽口数→末级叶片长度。

由于末级长叶片的工作条件恶劣，故其损伤形式也有多种：损伤断裂、共振损伤、水蚀、疲劳断裂。

对于水蚀，不同叶片可采取不同方式应对：中级叶片，可采用去湿沟或去湿槽；末级叶片，采用开抽汽槽；动叶片：采用硬化措施（表面焊硬质合金）。

对于末级长叶片，还可能出现“三重点”共振现象：整圈连接叶片在微振倍频等于系统振动节径数的情况下，能量输入叶片系统，激起危险的m节径共振，称为“三重点”共振。 e. 汽轮机辅机系统

汽轮机辅机系统主要包括：汽封系统、疏水系统、滑销系统、润滑油系统、轴承系统、各类加热和冷凝器、蒸汽管道等等。

汽封系统：

功能：1.防止蒸汽沿转子穿出气缸外泄；2.防止空气漏入低压缸中。

构成：气动调节阀、截止阀及旁路阀、汽封减温装置、汽封蒸汽滤网、安全阀和爆破片、汽封冷却器。

设计流程：汽封漏气量计算→门杆漏气量计算→调节阀设计→汽封管路设计→汽封冷却器设计。

疏水系统：

作用：汽轮机启动时暖管，防止直接通入蒸汽，导致管道振动和应力伤害；防止水进入汽轮机，产生水冲击，损坏叶片。

疏水方式：节流孔板、疏水阀。

滑销系统：

作用：1.保持气缸和转子中心一致，避免因热涨导致中心变低，引起机组振动或动静相擦；2.保证气缸自由膨胀，以免发生过大应力集中引起变形3.使静子、转子轴向、径向间隙符合要求。

润滑油系统：

作用：给轴承和盘车装置提供润滑和冷却，供给调速系统和保护装置稳定充足的压力油，供给各传动机构润滑用油。

轴承系统：

径向轴承：承受径向重量、抵抗不平衡力、保证转子的中心性；

推力轴承：平衡轴向压力，保证叶片与气缸之间的间隙；

轴承的结构死点：位于高压缸与中压缸之间，使气缸与转子同向膨胀，保证差胀非常小。 加热和冷暖器：

如：汽水分离再热器、凝汽器、汽封冷却器、低压加热器、除氧器、高压加热器等。

4. 燃气轮机知识

a. 燃气轮机本体

定义：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。

特点：重量轻、体积小、启动快、运行维护方便、用水少、可燃多种气体。

燃气轮机本体由压气机、燃烧室、透平三大部分组成。压气机由静子和转子构成，静子包括：进气室、进气机匣、气缸；转子包括：转盘、轴、动叶。燃烧室由扩压器、内外壁、燃烧器、点火装置等构成。透平由转子和静子构成。

转子轴套由导流环、阻尼元件、冷却空气导管、燃烧室、扩散器、分离管等构成。 加工与装配工艺：

转子轮盘加工：毛坯→车削（外形）→磨削（赫式齿）→拉削（叶沟槽）→钻削（冷却孔）→轮盘成品。

轴套安装步骤：1.轴套放置；2.安装阻尼元件；3.安装扩散器；4.扩散器安装检验；5.翻身；6.冷却空气导管安装；6.分离管安装；7.安装环形燃烧室。

静叶环车蜡：静叶上持环→浇蜡→车进汽边、叶根→切割。

b. 燃气轮机辅机

燃气轮机辅机可分为空气系统、燃料系统、润滑系统等三大系统，包括：进汽系统、燃料油组件、降NOx喷水器、排气扩展段、天然气系统、气动模块、HCO模块、本体保温、盘车装置、润滑油系统等等。

液压间隙优化系统（HCO）：启动时保证叶片与缸体之间的安全间隙；运行时减小间隙，提高效率。

本体保温系统作用：使燃气轮机保持恒定温度，减少热量损失，降低噪音等。 盘车装置：盘动转子按照预定转速转动，用于燃机的启停等。

燃机控制器：

包括：转速和负荷控制器、排气温度控制器、负荷限制控制器、压气机压比限制控制器、IGV温度控制器、冷却空气控制器、阀门提升控制器、带保护功能的启动斜坡升程器等。 c. 上汽引进西门子燃机产品

上海汽轮机引进西门子公司燃机产品主要包括SGT5-2000E和SGT5-4000F两大系列。 产品代号含义：SGT为西门子缩写，5代表转速为50Hz，2000/4000代表压气机大小，E/F代表产品是E/F级燃机。

SGT5-2000E特点：冷端驱动；转子：轮盘加中心拉杆结构、中空轴；压气机：16级，进口导叶可调；燃烧室：2个筒形燃烧室、16个组合式燃烧器、陶瓷隔热瓦块；燃烧器：低NOx技术、可燃烧多种燃料；透平：4级、第1级为单晶，2-4级为定向结晶。

SGT5-4000F特点：冷端驱动；转子：两个轴承、中空轴；压气机：15级，进口导叶可调；燃烧室：环形燃烧室、陶瓷与金属遮热瓦块；燃烧器：低NOx技术、可燃烧多种燃料；透平：4级、先进冷却技术、隔热涂层。

5. 核电汽轮机

核电汽轮机是利用原子核裂变产生的热能所发生的蒸汽作为工质的电站汽轮机。 核电具有清洁、经济、安全、可持续发展、现实可行等优点。

世界核能发电曾经进入过低潮期，而后又重新复苏，其主要原因有：

① 放弃核电的政策后果带来的反思；

② 世界性的燃料供应紧张；

③ 新一代更安全和经济的反应堆的推广和使用。

6. 联合循环

联合循环就是将燃气轮机排出的高温废气引入余热锅炉，加热水产生高温高压的蒸汽，再推动汽轮机做功，形成能源梯级利用的总能系统，从而达到极高的热效率（约60%）。

联合循环机组构成：燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机+发电机。

为了能够与燃气轮机相配合，联合循环汽轮机应该具有快速启停的特点，其实现的条件为：1.对称性高；2.中分面法兰尽可能使用窄法兰，中分面螺栓尽可能靠近转子轴心；3.不设回热抽气系统；4.全周进汽；5.使用径向汽封、机组自动化水平高；7.滑压运行降低负荷时温度变化。

联合循环汽轮机特点：1.汽轮机随锅炉运行，不参与负荷控制；2.高可用率，高可靠性；3.快速启停，适合两班制运行；4.系统简单易维护。

7. 分布式能源

分布式能源是产生和存储电能的系统，通常位于用户附近，包括燃机、微型燃机、内燃机、太阳能和光伏电池、燃料电池、风能发电、生物能发电及存储控制的技术。

分布式能源由发电设备、供热或制冷设备、锅炉或蓄热系统、汽水换热器、调节装置等等组成。

优点：1.实现热电冷联立，效率高达80%；2.能源生产设备靠近用户，直接使用；3.装机容量小、占地面积小4.电站运行噪音低、污染排放少；5.机组分散，系统更灵活；6.能源选择灵活；7.建设周期短，初期投资少。

四、 参观

在上海汽轮机厂的这三周，我们还分别进入了汽轮机车间、燃气轮机车间、叶片中心、配套中心、企业文化中心进行参观。通过参观这些车间，我对汽轮机、燃气轮机的结构有了更加深入的认识，对叶片的弯扭形式及加工方法有了一定的了解，对汽轮机、燃气轮机的加工和装配也有了直观的认识。从参观中我意识到，理论知识和生产实践还是有很大差别的。例如，在学校学习燃气轮机相关知识时，我们只是关心燃机叶片的叶型、进出气参数、效率、损失等，却几乎从来没有思考过，整个燃机系统，如何分解为一个个子系统，再转化成成千上万个零部件和对应的`装配工序，再从零件转化为各种数控机床的加工程序。这也许就是学校教育和企业生产的根本区别吧。

但同时我也有一点忧虑，各个加工车间里的设备，尤其是铣床，基本都是从国外进口的，国内甚至不能生产出5轴联动的铣床，这不能不说是中国制造业的悲哀。上汽厂对外宣称，汽轮机实现了100%的国产化，燃气轮机实现了接近100%的国产化，可是如果连制造产品的机床都没能实现国产化，又怎么能实现真正意义上的国产化？

五、 总结

通过在上海汽轮机厂这三周的课程和参观，我学到了很多汽轮机的基本知识，拓展了燃气轮机的结构和加工工艺知识，对企业的生产和运营也有了一定程度的了解。

同时这次生产实习，也使我认识到了理论和实践之间的巨大差异，在学校的学习过程中，我们往往更注重的是理论知识，如燃气轮机结构、叶片的形态、焓、压比、效率和损失等的计算等等，而在工厂和企业中，更注重的是，如何利用理论知识和相关的技术、软件等把用户所需要的产品设计出来，并且将设计的产品转化为合理的零部件和相关的加工及装配工艺。通过这次实习，我也明白了理论联系实际的重要性，在以后的学习和课程设计的过程中，我们要在学好理论知识的基础上，更加注重与生产实践的结合，能够做到活学活用。