1000MW汽輪機低壓缸加固方案

張華杰， 張雪

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引言

低壓缸是汽輪機的最重要部件之一，其用來引導汽輪機排汽進入凝汽器，同時對汽輪機整個低壓模塊起到支撐作用。哈汽1 000 MW汽輪機低壓缸原設計為引進國外公司技術，由于機組容量大，低壓外缸尺寸非常大,低壓轉子軸承座設計與低壓外缸焊接為一體，因此低壓外缸的剛度影響到整個機組的安全性。由于低壓外缸剛度差，在機組運行時，存在一定的變形，使局部應力變大，影響機組正常運行，因此需要對低壓缸進行加固以改善其剛度。哈汽公司根據1 000 MW機組的實際運行情況，并結合以往機組低壓缸加固的成功經驗，采用三維建模和有限元分析等手段，對1 000 MW汽輪機低壓外缸剛度進行了詳細分析，掌握了低壓外缸在高真空狀態下整體變形情況。并根據分析結果，通過局部增加輔助支撐，適當加固，實現了汽缸局部剛度的增強，減小了局部變形量，解決了低壓缸剛度問題對機組運行的影響。

1 現有低壓汽缸分析

對于現有的1 000 MW超超臨界機組低壓缸模塊，哈汽公司采用全三維非線性有限元分析技術進行了數值模擬。有限元計算模型主要由低壓外缸、低壓內缸、低壓蒸汽室，正反向1～5級隔板、低壓排汽導流環和基礎臺面等部件組成。該模型將靜子與隔板中的葉片略去，由等效當量平板代替，這樣就避免了考慮葉片后，單元基本尺寸小，單元數量龐大，現有計算機無法計算的問題，同時在不影響計算精度的前提下突出了分析重點。

計算中，將基礎假設為剛性，汽缸鋼板采用直接連接代替焊縫，增加的加強筋焊縫也不予考慮，直接看作一體。模型簡化的主要內容是模塊按對稱計算，對一些圓角、倒角和小孔，有些圓角和小孔等幾何實體沒有處在需要考慮的重要部位，并且尺寸很小，這時可以把這些小特征刪除掉。模型簡化完畢之后，附加重力載荷、真空載荷、軸承載荷，進行模型分析。

如圖1、圖2所示，根據計算結果，汽缸中分面法蘭及撐腳處均在中間部位向缸內變形0.24～0.279 mm，內缸支撐平臺向下變形引起內缸下降0.297 mm左右，低壓外缸整體變形量比較大。通過分析，低壓外缸變形量大的部位與理論研究的薄弱點相一致，分別為：低壓外缸重量的主要支撐點，低壓外缸真空吸力的主要受力點，低壓外缸軸承載荷的承受點，這些位置由于承受的載荷較其他位置大得多，設計上若無特殊結構進行補強，變形量將遠大于其他位置，從而影響低壓外缸的剛度。

圖1 原百萬超超臨界機組低壓模塊變形分布圖

圖2 低壓內缸支撐處放大500倍后局部變形圖

圖3 低壓外缸加固方案三維模型

2 改進措施

經過多次改進和分析，哈汽公司在對原1 000 MW機組低壓外缸結構分析的基礎上，找到影響低壓外缸強度的關鍵點，采用適當增加輔助支撐的方法對低壓缸進行加固，采取了一些行之有效的措施，使剛度問題得到改善。如圖3所示，在低壓外缸端部上半外表面增加了若干加強筋，呈扇形分布，低壓外缸電端上半內壁增加撐管和撐板，低壓外缸電端下半增加兩個撐管。圖3中紅色部分即為輔助支撐加強部分。

改進之后的模型經有限元分析表明，低壓缸增加輔助支撐之后，外缸總應力、總變形、內缸支撐垂直變形、軸承洼渦垂直變形、汽封垂直變形均有一定的改善如圖4所示。其中低壓缸總應力減少26.3%，總變形減少17.9%，軸承洼渦垂直變形改善20.9%。其他基礎的垂直及橫向變形改善情況也均達到20%以上。

圖4 加固低壓模塊缸垂直變形

加固前，從整個機組的運行情況來看，由于低壓外缸剛度偏弱，導致低壓外缸軸承洼渦垂直變形過大，實際運行狀況比原設計變形更大，軸系穩定性差。低壓外缸軸承洼渦垂直變形大，對原設計軸系來說，在運行過程中標高變化大，依靠低壓缸及軸承座處變形不足以彌補標高變化的影響，聯軸器張口和錯位設計值難以保證。加固后，分析表明低壓外缸軸承洼渦垂直變形更為接近設計值，軸系穩定性也趨于合理。經過與焊接工藝部門研究，上述增加輔助支撐方案焊接量不大，不會引起排汽蝸殼和汽封處發生變形，但應保證焊接質量，嚴格按焊接工藝執行。

3結語

通過上述對1 000 MW汽輪機低壓缸的分析和改進，全面提高了低壓缸關鍵部位的剛度特性，減小了由于汽缸變形引起的軸承洼窩的下沉量，改善了應力問題，解決了由于汽缸隨真空變化產生變形而引起的動靜碰磨和轉子振動問題，為機組穩定運行創造了條件，整體改進方案經實際項目驗證成熟可靠。

［1］ 方宇，劉東旗，徐瓊鷹，等.超超臨界1000MW空冷汽輪機低壓缸剛性研究［J］，東方汽輪機，2013（1）：1-4.

［2］ 黃遠志.T_2A、360、2F、1044 型汽輪機低壓缸加固［J］.四川電力技術，1995（6）：23-25.