近二十年来，国电龙源电力技术工程有限责任公司所属北京龙威发电技术有限公司一直致力于汽轮机通流和节能技术改造，在引进、消化、吸收国外先进汽轮机设计、制造技术的基础上，通过自主技术创新和合作开发的形式，对60 余台300MW、200MW、100MW 汽轮机成功地实施了通流改造，在汽轮机的气动计算、强度分析、结构设计、加工工艺等方面积累了丰富经验，在汽轮机节能改造产品技术开发方面具备了较强实力。
近年来，采用先进通流技术设计制造的1000MW、600MW 等级汽轮机组为我国电力生产的主力机组，而早期投产的通流设计相对落后的300MW、200MW汽轮机组已基本完成了通流部分现代化改造。基于以上分析，龙威公司根据调研结果，总结了600MW及以下容量等级的不同机型汽轮机本体部分存在的问题，开发了汽轮机喷嘴组及叶顶汽封改造技术，应用该技术开发成果对我国百余台600MW、300MW、200MW 汽轮机成功地实施了喷嘴组、叶顶汽封改造。该技术的成功开发与应用，显著地提升了汽轮机的实际运行热力性能、降低机组的能耗水平，对我国建设资源节约型、环境友好型的现代化发电企业具有重要意义。
喷嘴组改造技术开发
1. 喷嘴组叶片型线及子午面型线优化技术
考虑动静干扰等非定常因素，数值模拟汽轮机调节级叶片及子午面原设计流动特性，分析调节级主要损失来源，为气动优化提供方向;依据数值模拟分析结果，优化喷嘴组叶片型线及子午面型线，减少叶栅的流动损失。
图1 调节级动静叶片建模
图2 超临界600MW 汽轮机调节级温度分布
2.先进蒸汽泄漏控制技术
数值模拟调节级反动度对叶顶漏汽量的影响及调节级蒸汽泄漏情况，完善调节级密封结构，合理减少汽封径向间隙，降低漏汽损失。
3.喷嘴组通流面积优化设计技术
理论计算、数值模拟确定喷嘴组能够通过锅炉设计最大连续蒸发量需要的通流面积。
综合考虑主汽门调门进汽管道压损、调节级后压力与流量的对应关系、部分进汽对调节级通流能力的影响等多种因素，对理论计算面积进行修正;优化设计喷嘴组出口面积及弧段面积分配，减小节流损失，改善机组低负荷工况下的运行经济性。
4.喷嘴组先进加工工艺
试验研究EDM 工艺参数对喷嘴组流道加工精度的影响，合理确定相应工艺参数，提高喷嘴组加工精度;改进EDM工艺，减少EDM 对喷嘴组静叶出汽边淬硬的影响;开发超临界汽轮机喷嘴组汽道表面渗硼工艺，提高喷嘴组抗固体粒子侵蚀能力。
5.调节级动静叶片匹配工艺技术
数值模拟调节级流场分布，确定合理动静盖度;改进现场安装工艺，确保动、静叶片匹配良好。
6.强度校核
数值模拟计算新喷嘴组应力分布及变形，校核新喷嘴组强度，保证喷嘴组优化设计后调节级动叶承受的蒸汽应力在合理范围内。
图3 超临界600MW 级汽轮机喷嘴组产品
叶顶汽封改造技术开发
1. 应用先进的流体力学和有限元分析软件，精确分析汽封在运行中的受力情况，设计先进的汽封型式，并对汽封关键部件背部弹簧进行精确设计，确保在发生动静碰磨时汽封圈能够在转子作用力下自由退让;
2.研究汽封齿数、间隙、型式等关键参数与蒸汽泄漏特性之间的关系，设计出安全、高效的叶顶汽封;
3. 对汽封圈及其安装槽道的结构进行合理设计，确保汽封运行的经济性和可靠性;
4. 分析叶顶汽封改造对机组轴向推力、汽缸应力、胀差的影响，确保改造的安全可靠性。
图4 某厂运行了六年的高压叶顶汽封现状
在汽轮机喷嘴组、叶顶汽封改造技术开发方面，取得了一系列创新性技术成果，形成了拥有自主知识产权的600MW、300MW、200MW 汽轮机喷嘴组、叶顶汽封改造技术产品序列。
截至目前，在汽轮机喷嘴组和叶顶汽封改造方面，龙威已承担国电集团科技项目2 项，获得国家能源科技进步二等奖1 项、国电集团科技进步二等奖1项、三等奖1 项;取得了15 项实用新型专利、5 项软件著作权，另有多项专利正在申请、审核之中。
业绩突出树立口碑
龙威自主开发了各种参数和型式的600MW、300MW、200MW 汽轮机喷嘴组以及600MW、300MW、200MW 汽轮机叶顶汽封改造技术产品，产品线覆盖各大主机厂商、各种结构形式的汽轮机，形成较为全面的产品序列，产品应用业绩百余台，服务于各大电力集团公司及地方电力企业，使机组的经济性得到了较大幅度的提升，改造效果明显，创造了巨大的经济效益和社会效益。
靖远5 号汽轮机(D156 型300MW)于2011 年7 月由龙威实施了喷嘴组改造。热力性能试验结果表明，改造后五阀全开工况下高压缸效率为82.23%，比改造前提高了2.03%;调节级效率比改造前提高了10.74%。滕州4号汽轮机(155 型330MW)于2012 年5 月由龙威实施了喷嘴组改造，热力性能试验结果表明：改造后五阀全开工况下汽轮机的调节级效率比改造前提高了13.47%，高压缸效率比改造前提高了3.46%。新乡2 号汽轮机(192 型超临界660MW)于2012 年由龙威实施了喷嘴组改造。热力性能试验结果表明，改造后三阀全开工况下汽轮机的调节级效率为68.67%，比改造前提高了16.76%，达到了同类型汽轮机的国内领先水平。新乡1 号汽轮机(192 型超临界660MW)于2013 年由龙威实施了喷嘴组改造。热力性能试验结果表明，改造后三阀全开工况下该汽轮机的高压缸效率为86.84%，比改造前提高了3.52%，达到了同类型汽轮机的国内领先水平。贵州鸭溪2 号汽轮机由龙威于2011 年实施了高、中压叶顶汽封改造。
热力性能试验结果表明，改造后热耗考核工况下汽轮机的高压缸效率为86.22%，中压缸效率为91.99%，分别比改造前提高了4.2%和2.2%(含大修收益)，改造效果显著。国电榆次1 号汽轮机由龙威于2012 年实施了高中压叶顶汽封改造。热力性能试验结果表明，改造后汽轮机在额定工况下的高、中压缸效率分别为83.52%、90.77%，分别比改造前提高了2.6%和1.5%(含大修收益)，改造效果显著。
龙威以先进的设计、优异的质量、完美的服务为客户提供了性能优异的喷嘴组、叶顶汽封改造产品，已经形成超过百台的业绩，赢得了客户的一致好评和广泛认可，在行业内树立了良好口碑，形成一定的品牌效应。自2010 年以来，自有专利技术产品新签合同额占全年新签合同额75%以上，其中国电集团外销售占比达60%以上。
目前，采用先进通流技术设计制造的1000MW、600MW 等级汽轮机组为我国电力生产的主力机组，而早期投产的通流设计相对落后的300MW、200MW汽轮机组已基本完成了通流部分现代化改造。性能试验结果和运行情况表明，在役机组普遍存在实际运行热力性能差、热耗率随负荷率下降迅速增大的问题，给发电企业带来巨大的节能减排压力。实践证明，实施包括喷嘴组、汽封在内的汽轮机组综合升级技术改造，可以有效地解决在役机组普遍存在的“实际运行热力性能差、热耗率随负荷率下降迅速增大”的问题，是发电企业在新形势下贯彻落实“节约资源、保护环境”基本国策，实现节能减排和可持续发展的重要途径和方向。
当前，我国各地雾霾多发频发，环保形势异常严峻，国家实行了最严格的环境保护制度，这对火力发电企业的节能减排提出了更高更严的要求。龙威自主开发的汽轮机喷嘴组、叶顶汽封改造产品，具有技术先进、质量可靠、投资小、收益显著的特点，高度契合了发电企业开展节能减排的市场需求，具有广阔的市场应用前景。在未来的技术创新路线中，龙威公司将克服困难，继续致力于该领域，挖掘一点一滴的降耗空间，为国家的节能减排做出自己的贡献。
