汽輪機高中壓外缸水壓試驗淺析

楊百勇

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

汽輪機機組在實際運行過程中，其高中壓外缸始終處于高溫高壓的工作狀態，并且還需嚴格確保缸體在實際運行過程中，不出現任何漏氣減壓現象。對高溫工作環境的承受能力，主要靠缸體材料的熱特性來保證，除了缸體設計方式和鑄件熱處理參數的選擇等特殊條件影響外，其承受高壓工作環境的密封能力，也主要靠缸體的鑄造品質和各密封面的加工品質來保證。缸體材料在選定后，其承受工作溫度的能力就基本確定了。因此在高中壓外缸的加工制造過程，除了要嚴格保證設計圖紙對密封面的加工要求外，還需對缸體進行必要的試驗，來檢測其承受壓力的能力，才能保證制造出來的高中壓外缸產品滿足使用要求。

目前，汽輪機行業內高中壓外缸承壓試驗，多以水為工作介質，通過壓力泵給水加壓，模擬缸體在實際工作過程中的承壓環境，以檢驗中分面、汽封端面等加工面的密封能力和鑄件缸體對壓力的承受能力，同時為了確保機組在實際運行中出現工作壓力異常時，即在某一時段（或瞬間）超過額定工作壓力時，缸體仍能正常工作，高中壓外缸的水壓試驗壓力通常為實際工作壓力的1.5 倍。作為高中壓外缸生產制造中的一個必要檢測環節，水壓試驗對于產品的生產品質和運行能力，有著舉足輕重的作用，同時水壓試驗進行的順利與否，也直接影響到整個產品的生產周期。

本文著重對高中壓外缸的水壓試驗，進行了詳細的介紹，對影響水壓試驗正常進行的原因進行了分析，并結合實際生產操作，對在水壓試驗過程中可能出現的問題，提出了避免和解決的方法或建議。

1 水壓試驗前的準備工作

水壓試驗做為一種檢測缸體承受壓力是否滿足設計要求的試驗方法，需要進行大量的前期準備工作，準備工作做得充分與否，將直接影響到水壓試驗能否順利進行，尤其是一些需要較長周期才能準備好的試驗工裝工具等，如果出現遺漏或有不合適的現象，將嚴重影響整個試驗進度，進而影響產品生產周期。

1.1 試驗用技術文件的準備

技術文件是水壓試驗進行的理論依據，也是水壓試驗結果檢測的依據，直接用于高中壓外缸水壓試驗的主要技術文件，是設計部門提供的高中壓外缸水壓試驗圖和工藝部門提供的水壓試驗工藝規程，以及相應的水壓試驗標準文件等。

完整的水壓試驗圖，包括待試驗高中壓外缸的腔室劃分（含各腔室設計壓力）、中分面螺栓信息（含規格、數量和安裝位置等）、螺栓預緊（伸長量）；水壓試驗工藝規程，是對設計部門要求的水壓試驗實現過程的文字敘述，應對水壓試驗所用各種各型工具量具及其使用方法、對試驗各步驟的操作方法及注意事項、對試驗結果的檢查及后續工作等內容，做詳細的描述，是操作者執行水壓試驗操作過程的主要技術文件；水壓試驗標準，是對汽輪機承壓件進行水壓試驗過程中一些通用要求的總結，在其他技術文件沒有做出具體要求的情況下，均應以水壓試驗標準的內容作為執行依據。

1.2 工具工裝的準備

以滿足水壓試驗的各項內容為目標，需提前準備相應的工具工裝。

根據設計給出的腔室劃分原則，進行水壓試驗堵板的設計，除了需要將各腔室與相鄰腔室隔開外，每個試驗用腔室，均需在適當的位置設置進入口和排氣孔，至少各一個。根據伸長量要求，提前準備螺栓拉伸工具。

目前螺栓拉伸主要有兩種方式：第一種是傳統的加熱方式，需要準備相應的加熱管和測量裝置；第二種是冷拉方式，即使用專用的螺栓拉伸器，在常溫狀態下將中分面各螺栓拉伸至預緊力所需的長度。

1.3 其他準備工作

為了確保水壓試驗的順利進行，對試驗場地、加壓泵、注水裝置等器具、設施均需要進行細致的準備和檢查工作，水壓試驗的系統性，決定了細節問題的疏忽可能導致整個試驗過程的不順利，甚至是失敗。

2 水壓試驗的操作

不同型號機組的高中壓外缸水壓試驗操作過程大體相同，豐富的操作經驗在水壓試驗中起到了關鍵的作用，同時水壓試驗也是容易產生工件損傷和人員安全傷害的階段。

2.1 試驗操作過程的經驗性

水壓試驗是一項實際操作性很強的工作，在技術人員做好前期各項準備工作的前提下，仍需要操作者根據現場實際情況和以往的工作經驗，靈活處理水壓試驗過程中出現的各種問題。如某型汽輪機首臺高中壓外缸在進行水壓試驗的過程中，按理論的中分面螺栓擰緊順序和要求進行合缸、把緊、加壓時，卻無法達到中分面密封的要求，經過幾次失敗后，操作者根據實際情況，對中分面螺栓的擰緊順序做了微調，使得水壓試驗順利完成。

2.2 試驗過程的安全性

作為高壓密封試驗，高中壓外缸的水壓試驗具有一定的危險性，主要會對試驗缸體和試驗區域的人員造成不同程度的傷害。主要危害形式，有高壓水流噴射傷害、螺栓（多為小規格螺栓件）斷裂飛出傷害、水壓試驗工具在升壓或降壓過程中串動，對缸體的損傷、中分面螺栓裝拆過程中的損壞等。

因此，在整個水壓試驗過程中，試驗區域內的任何人員的任何行為，均應服從試驗負責人的統一指揮，才能將各種可能產生的危害降至最低。

3 影響水壓試驗的原因

影響水壓試驗正常、順利進行的原因很多，這些原因中有主觀因素造成的，也有客觀因素造成的，但無論原因如何，最后都會直接影響水壓試驗的周期，甚至是產品的制造品質。現將曾經出現過的原因，具體歸類如表1 所列。

表1 影響水壓試驗正常進行的原因表

對于比較成熟的產品來說，出現缸體材質不合格的情況，尤其是在水壓試驗階段就出現缸體因材質不合格而發生缸體開裂的情況，十分少見，但缸體材質合格與否，確實是水壓試驗所檢驗的重要目標之一。

工具裝備準備的合適與否，對水壓試驗的影響是顯而易見的，準備不好，會直接導致試驗過程的停工，因此需要技術人員在水壓試驗之前，便根據各種工具的制造（或采購）周期預先準備齊備，對于需要長周期的制造（或采購）的，尤其需要考慮周全，以免產生不必要的遺漏或差錯。

至于水壓試驗的操作經驗，只能靠操作者在不斷的實踐過程中逐步地積累。這就要求水壓試驗的操作者，不僅能按部就班地完成任務，還要求操作者要善于思考，尤其是在試驗出現問題時，更要求操作者根據實際情況及時做出原因判斷和找出彌補的辦法，這些對操作者的業務素質和工作態度，都提出了更高層次的要求。因為后兩者的原因，造成水壓試驗不順利的現象較多，只要相關的技術人員和操作人員能仔細工作，及時溝通，就可以大幅度提高水壓試驗一次成功的概率。

4 結束語

水壓試驗作為汽輪機主要承壓部件，是在制造過程中檢測承壓能力的重要手段，其結果將直接影響到試驗部件能否正式裝機使用。因此對于承壓部件來說，應該從鑄造、機械加工等各方面，注意避免可能造成其承壓能力的缺陷以及損傷等情況的發生，并做好水壓試驗的各項準備工作，確保水壓試驗的順利進行。