某600MW汽輪機結合面變形漏汽處理研究

【摘 要】本文通過對某600MW機組汽缸結合面泄漏的處理，分析了造成泄漏的原因并提出了解決辦法，通過解決汽缸結合面泄漏，可以有效的提高汽輪機的效率，為機組的安全經濟運行提供幫助。

【關鍵詞】汽輪機真空;漏汽;結合面

0.前言

汽缸即汽輪機的外殼，汽缸的作用是將汽輪機的通流部分與大氣隔開，將蒸汽包容在汽缸，以形成蒸汽熱能轉換為機械能的封閉汽室。汽缸內裝有噴嘴、隔板和汽封等部件，它們統稱為靜子，與轉子一起組成汽輪機的通流部分。汽缸內裝有噴嘴室、噴嘴(靜葉)、隔板套(靜葉持環)、汽封等部件。在汽缸外連接有進汽、排汽、回熱抽汽等管道以及支承座架等。為了便于制造、安裝和檢修，汽缸一般沿水平中分面分為上、下兩個半缸。兩者通過水平法蘭用螺栓裝配緊固。汽輪機的結合面就是汽缸的水平法蘭。

近幾年我國新裝機組和長期運行機組會遇汽缸結合面變形造成汽缸漏汽的問題，汽缸的變形會造成蒸汽通流部件內部中心偏離，產生摩擦，從而引起部件的損壞，內部摩擦還會造成啟動時的振動過大。結合面變形后無法完成密封作用，造成它所密閉的腔室產生漏汽，漏汽包括內漏和外漏。內漏就是汽輪機汽缸內部發生串汽現象，高壓蒸汽由高壓區域直接泄漏至低壓區域，這部分蒸汽沒有做功，造成能量的損失，同時會引起低壓區域溫度升高，使低溫區域的腔室材質發生熱變形。外漏就是汽缸內部的蒸汽直接泄露到外邊，這部分蒸汽能量損失更大。無論內漏、外漏，泄漏的蒸汽都會長期沖刷結合面，形成溝槽，泄漏量逐漸增大。如果蒸汽沿前后軸封處泄漏還會造成汽輪機潤滑油中帶水的缺陷，如果從低壓內缸泄露到低壓外缸內，不但損失能量還會破壞凝汽器真空。由此可見，結合面變形漏氣嚴重危害大型汽輪機運行的經濟性和安全性。

1.處理過程

本文結合某600MW汽輪機結合面漏汽案例，分析了造成汽輪機結合面變形漏汽的主要原因，并且提出了處理結合面變形的方法，經實踐證明，處理效果良好。某600MW汽輪機組是由日立／東方電氣集團聯合體生產制造的超臨界壓力、沖動式、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機，高壓級區域使用雙層缸結構，以降低內缸和外缸的應力和溫度梯度。高壓蒸汽通過獨立安裝的截止閥和調節閥進入汽輪機。上半缸和下半缸各有兩個蒸汽入口，這種設計使的缸體受熱更加均勻，且不容易變形。合金鋼高壓外缸由汽輪機端的汽輪機前箱和發電機端的中間箱提供支撐。缸體兩端在其水平中心線上均提供有支撐，并為了在橫向上定位鎖定在豎直中心線上的箱體上。當運行工況變化引起缸體膨脹和收縮時，該布置可保持固定部件與旋轉部件精確找正。高壓內缸由四個墊片支撐在外缸內，并由一個槽口配合進行軸向固定。支撐墊塊上用于內缸豎直找正的墊片應具有硬化表面，以消除內缸膨脹和收縮時的相對運動而產生的磨損。將內缸固定在上、下豎直中心線上，以將其橫向定位。該布置可保持內缸在所有運行工況下都能精確找正。

該機組投產后第一次檢查性大修測量高壓內缸空缸結合面間隙時，發現高壓內缸在噴嘴處間隙嚴重超過標準，空缸最大間隙3.57mm，發現高壓內缸變形缺陷后，發電廠調取機組運行參數，與制造廠家專家、電科院專家進行分析研究。經查閱發現該機組在停機過程中為了加快停機速度，減少檢修工期，過早的打開了上缸保溫，而且投入了快速冷缸裝置，由于控制不當，上下缸溫差達到了70℃左右。由制造廠家提供的資料顯示該機組在運行過程中允許的上下缸最大溫差為42℃。因此可以得出造成汽缸變形的主要原因是上下缸溫差大，導致產生的熱應力大于材料的屈服強度，汽缸內壁受到冷收縮受拉應力，外缸受壓應力，致使汽輪機結合面出現內張口。

考慮到該機組投時間不長， 同時該機組為超臨界機組，變形部位最大的部位恰恰為運行溫度壓力最高的噴嘴處，一旦處理不當，該處還會泄露蒸汽，嚴重影響機組的熱效率，帶來的經濟損失是非常巨大的；同時如果該部位長期泄露，高溫高壓蒸汽會長期沖刷汽輪機結合面，使泄露越來越大，嚴重威脅了機組運行的安全性。因此經電廠和制造廠家共同研究，為保證今后該機組運行安全性和經濟性，決定犧牲工期和檢修費用，將高壓內上、下缸返廠進行對變形的上下缸結合面進行機械加工處理，也就是采用高點去平原則的方案，徹底消除變形。

按照高點去平原則，對上、下缸結合面采用機加工的方法找平，從根本上消除汽輪機結合面的變形。這樣處理面臨的問題就是，時結合面厚度也相應減薄，從而汽缸內部各部間隙也就發生相應的變化，要進行相應的調整。

高壓上下內缸到廠后，制造廠對汽缸變形情況又作了進一步測量，測得高壓下缸結合面變形最大為1.65mm，這與現場測量的情況一致，也就是說依照高點去平原則，結合面的最高點與凹點差1.65mm，那么高壓下缸的加工量為1.65mm，按此數據加工后汽輪機結合面找平；同理，制造廠測量的高壓上缸結合面變形最大為1.70mm，高壓上缸結合面變形加工量為1.70mm。

由于高壓下缸結合面發生變形，那么原本與結合面平行的缸內掛耳支撐水平面也相應的發生變形，為了保證缸內下噴嘴組、下隔板、下軸封體的掛耳(未變形)與缸上的支撐水平面接觸面積，因此要對高壓內下缸掛耳支撐水平面進行機加工。以加工后的汽缸水平結合面為基準，對支撐水平面車削找平，以將支撐水平面找平的最小加工量車削即可。這樣加工后不會改變下缸內下噴嘴組、下隔板、下軸封體的洼窩中心和膨脹間隙。

前面已經提到由于下缸內保證各部件的洼窩中心和膨脹間隙位置的掛耳的支撐水平面相對位置沒有改變，因此下缸各部件的間隙也就不會改變。而上下內缸結合面都進行了機加工，因此結合面厚度就會減薄3.35mm(上缸加工量1.65mm加上下缸加工量1.70mm)，那么上缸內上噴嘴組、上隔板、上軸封體的膨脹間隙就會減小，需要對高壓內上缸內各部件的止口進行車削。具體的車削數值要對每道止口進行分別測量后計算得來，只要加工到膨脹間隙>2mm即可。

由于上、下缸結合面機加工后消除了結合面張口的變形，那么高壓上、下相對位置也就發生了變化，原來的定位銷也就起不到定位作用，因此需要重新對上、下缸位置進行找正，然后將結合面螺栓緊住，重新鉆定位銷孔，佩定位銷。

經過以上步驟，完成了高壓缸變形處理的機加工過程，這就需要檢驗一下處理的效果。在制造廠內重新測量空扣和緊1／3螺栓后的高壓內缸的汽輪機結合面間隙，結果顯示高壓內缸機加工后，在空扣的情況下汽輪機結合面間隙最大為0.14mm，依然在噴嘴位置，但是緊1／3螺栓后間隙為0，嚴密性非常好，完全符合標準，這說明本次加工非常成功。電廠對高壓缸進行復裝后，機組啟動一次成功，各項指標滿足設計要求。

2.結論

汽輪機結合面變形情況復雜，面積大，變形的處理非常困難，如何根據變形類型、現場需要確定處理方案是實際工程中處理結合面變形漏氣所面臨的重要問題。在本文中是采用高點去平原則處理內張口、規則中間弓背型結合面變形的方案。這種方案的特點就是通過完全機械加工的方法對存在缺陷的汽缸包括缸內各部件進行處理，方法相對單一、處理徹底、標準高，使汽缸各部件的間隙達到了出廠的狀態。但是這個處理方案工作量比較大，加工時間比較長，費用大，這其中即包括汽缸的機加工也包括了如何調整缸內各部件的間隙。處理的效果非常好，應該說這個方案基本上適用于任何汽缸的變形處理，但是在能否選擇該方案處理結合面變形要取決于加工條件、工期和費用的要求。 [科]