摘要:以1800mm 等级核电特大型叶片为研究对象，分析叶片锻件和成品结构特点。对国内制造厂的长叶片设计、加工、制造产能进行了深入调研，总结了核电长叶业绩，论证了我国核电长叶片选型与发展方向，为后续项目选用国产叶片以及核电汽轮机走向国际市场提供理论依据。
关键词：核电汽轮机；末级长叶片；设计
1 课题的背景和意义
近年来，国内在建和投运的核电机组陆续增多。相比于火电，核电站汽轮机最主要热力特点为：蒸汽参数低、效率低、焓降小、流量大。按照我国“经济持续快速发展”以及“节能减排”的双重要求，未来 的电力 市场将大力发 展核电、风电、潮汐发电等新型能源。根据《国家核电发展专题规划（2005～2020 年）》[1]，我国核电将逐步实现先进压水堆核电站工程设计、设备制造、工程建设和运营管理的自主化，形成批量化建设中国品牌的先进核电站的综合能力，迎头赶上世界核电先进水平。
末级动叶片是核电汽轮机的关键部件, 目前已投入运行的末级动叶片大多为排汽面积 15 ～20 m2的1400 mm高度等级。由于第三代反应堆机组容量比目前1000MW等级的容量增加20% ～ 80%, 特别是在沿海和中、北部等采用较低冷却水温的地区,现有末级叶片排汽面积的不足将造成巨大的排汽损失。开发更大排汽面积的长叶片是大容量高效率核电汽轮机发展的关键技术之一。末级长叶片的设计制造是核电汽轮机的关键技术之一，直接关系到核电机组的安全性和经济性，也是核电汽轮机国产化的重点和难点之一。
2 叶片结构特点
根据客户提供的 产品图及造型进行工艺分析，根据锻件图进行优化设计。1800mm 等级核电叶片均属于超大宽弦大扭角汽轮机核电动叶,叶片结构除叶 根、阻尼凸台、叶冠围带三部分外空间螺旋扭曲叶型部分的成型是最大难点。
叶型部分整个成型过程需要完成两个超大变形：一是从预制坯坯料到叶型充满
型腔的流动问题（这是打击力的关键所在）；二是叶根到叶顶型线的大扭角成型（（这是侧向力的关键所在）。叶片超长、超重，属于典型的异形狭长薄壁零件
，叶型铣加工时叶片低刚性和自重大等不利因素对型面轮廓影响较大。
经过充分考虑和兼顾叶根、叶冠和叶身型线之间的相对扭曲角度，结合经验，将锻造转角定为36°。因凸台尺寸较大，内背两侧凸台端面为内倒钩５°，为便于凸台填充降低锻造打击力和锻件脱模，将凸台端面设计成为外拔模斜度
15°。叶根、叶冠和凸台按单面包络５～７ｍｍ设计，考虑锻件型面叶顶较薄会带来较大的变形，将欠压厚度考虑在内,飞边厚度设 计为10ｍｍ。以ＵＧ
软件作为平台，分别对叶根、叶冠、凸台及叶身的三维造型进行设计，得到叶片三维实体。
3 国内制造厂的长叶片设计能力
3.1 上海汽轮机厂（上汽）
自1995年上汽与西门子全面合资以来，上汽－西门子利用该设计体系成功开发了全速、半速共１２个ＩＬＢ末级叶片系列，其中投运５个，完成试验２个，
在设计试验阶段５个，投运数量已经有几百台。这些运行业绩证明了上汽已具备完善的长叶片开发设计体系和较强的研发能力。
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3.2 东方汽轮机厂（东汽）
东汽经过４０多年的发展，其火力发电汽轮机产品已几乎覆盖从几千ｋＷ
到100万kw等级的范围，能够满足市场的不同需求。东汽自主研制了10余组先进的末级叶片系列，以适应各汽轮机组排汽面积的需要，实现机组最佳性能匹配。
湿冷1200mm 叶片和空冷863mm、770mm 叶片均处于世界先进水平。
3.3哈尔滨汽轮机厂（哈汽）
哈汽同样具备强大的末级长叶片设计能力，50年来，先后设计生产了高度260～1200mm 的20多组各类末级长叶片，形成了全面的长叶片体系。针对核电机组，除了从三菱公司引进的1375mm长叶片，哈汽通过模化火电叶片完成了1460mm 核电半速机专用末级叶片的初步设计，对成熟的火电730mm末级叶片按2:1比例严格模化得到,730mm 末级叶片首次用于茂名电厂125MW机组，于2007年投运至今安全运行。
4 叶片选型与发展趋势
针对我国在建和商运的４种百万等级反应堆（即CPR1000、VVER1000、AP1000、EPR堆型），在13～25℃循环水温度下，低压排汽容积流量差别将达到３倍。
从长叶片系列化角度出发，排汽面积按约25％比例变化，需要排汽面积为20、25和30平方米２共３个等级的长叶片，并配置不同的低压缸数量，以满足不同地域的最佳经济性要求。目前我国三大汽轮机厂在百万千瓦级核电站汽轮机中大多以20平方米等级末叶片作为主机方案。通过技术引进、消化和吸收，国内三大汽轮机厂已拥有成熟的20平方米等级的长叶片，其中上汽为1397mm的自由叶片，哈汽为1375mm 的整体围带叶片，东汽为1430mm 的叶身带拉筋凸台叶片。
为了满足更大功率的核电机组的要求，提高冷端收益，需要加快长叶片的开发进程。目前，国家正在进行CAP1400重大专项攻关，长叶片的设计开发是其中重要的课题，国内三大汽机厂正在依托CAP1400进行25平方米等级和30平方米的长叶片开发：
(1)上汽已完成1700mm以及1905mm叶片开发,1700mm 末级叶片于2011年１月完成试验转子的动频试验，而1905mm末三级长叶片的开发工作已于2012年底完成。
(2) 东汽针对CAP1400末级叶片,产品设计、加工工艺、实验叶片采购、实验部件的设计、材料准备都已全部完成，末级叶片设计方案通过了相关专家评审，2011
年已完成叶片加工制造，2012年已完成动频试验和流场试验。
(3) 哈汽正在开发用于CAP1400项目的1800mm末级长叶片，设计工作已经完成。
5结束语
经过多年的技术引进、消化、吸收以及装备的升级换代，目前国内以三大汽轮机厂为代表的企业已具备完善的长叶片设计开发体系和较强的研发能力，以上汽、东汽、哈汽为代表的企业已具备强大的长叶片制造能力，完全可以满足国内各技术路线的核电项目发展需求。
参考文献
[1]张军.焊接转子1000MW 国产核电汽轮机的结构与发展[J].应用能源技术，2010，（10）：15－21
[2]陆伟．半速大容量核电汽轮机末级长叶片开发[J].华东电力，2010，38（11）：1771－1774．
[3]国家发展与改革委员会．国家核电发展专题规划（2005～2020年）[Ｒ].北京：国家发展与改革委员会，2007：7－8．
论文作者:翁沁心,吴新义
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：叶片论文; 核电论文; 汽轮机论文; 汽轮论文; 机组论文; 等级论文; 上汽论文; 《电力设备》2017年第14期论文;