汽輪機紅套環高壓內缸與外缸接口強度分析

黃智敏　王穎

摘 要：本文以新百萬超超臨界機組為研究對象，其中高（中）壓汽缸是汽輪機的重要部件，對汽輪機的穩定運行有著至關重要的作用，同時汽缸的工作環境也非常惡劣，內外溫差、壓力都很大，故研究汽缸強度是非常有必要的，而汽缸上應力最集中的地方則是內外缸接口處，接口處的載荷大，危險截面處的應力相應也大，同時還受動載荷沖擊，所以接口處的好與壞對汽缸的使用壽命有著非常重要的作用。

關鍵詞：汽輪機；高壓內缸；支撐鍵

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.025

哈汽公司為適應當前國內電力市場技術的發展需求，開發出能夠適應蒸汽壓28MPa、蒸汽溫度600℃的百萬高效超超臨界汽輪機。各方面性能較其他同類型機組均有較大幅度提高，產品具有較強市場競爭能力。擁有完全自主技術產權，不受出口限制。

1 引言

高壓內缸采用規則的圓筒形結構，取消水平結合面的法蘭。汽缸上應力最集中的地方則是內外缸接口處，接口處的載荷大，危險截面處的應力相應也大，同時還承受動載荷沖擊、切向進氣推力等。所以接口處的好與壞對汽缸的使用壽命有著非常重要的作用。

2 高壓內外缸布局

高壓內外缸接口處如圖1-2所示，有A、B、C、D、E、F六處位置。分別考核其強度是否合格。

3 工作條件下高壓內外缸接口強度分析

3.1 A接口為危險接口，垂直方向的載荷

3.1.1 汽缸以及其附屬設備的重量，包括高壓內缸、內掛隔板和汽封體等

經計算高壓內缸重心位于進汽中心線左側，內缸軸向長度。A接口所分擔的重量：

3.1.2 汽缸最大功率：

A接口分擔的轉動扭矩所引起的作用力：

其中，高壓內缸功率中心位于進汽中心線左側，l為接口中心到進汽口中心線徑向距離，n為轉速。

3.1.3 主蒸汽切向進汽推力：

A接口分擔的推力扭矩所引起的作用力，其中為推力直徑。

3.1.4 A接口分擔的垂直向下的總載荷

危險截面處應力：

彎應力：

剪應力：

合應力：

經過計算可得，內缸材料溫度550下持久強度136Mpa，許用應力80Mpa，計算應力小于許用應力，滿足強度要求。

3.2 A接口為危險接口，軸向載荷

A接口分擔的軸向氣流推力如下。

3.2.1 壓差引起的軸向汽流推力

為一級動葉后壓力，為二級級間壓力，以下各級如此類推，為對應的進氣側外徑，為進氣側內徑，為出氣側外徑，為出氣側內徑。

計算得A接口分擔的軸向氣流推力。

3.2.2 動量引起的軸向汽流推力

其中：G=流量，t/hr；=進口速度的軸向分量，m/s；VZ2=出口速度的軸向分量，m/s；由下式計算：

在第一級：

在其它級：

由下式計算：

其中：=上一級動葉出口相對速度出氣角，deg；=靜葉出口絕對速度出氣角，deg；=上一級動葉片出口相對速度，m/s；=靜葉出口絕對速度，m/s。計算得，遠小于。

A接口軸向推力內缸危險截面，計算合應力小于許用應力，滿足強度要求。

3.3 C接口為危險接口，所承受的載荷

C接口承擔垂直方向的重量和轉動扭矩所引起的垂向力，經核算滿足強度要求。

3.4 E、F接口強度

E、F設計時接口處并不壓緊，無需考核接口強度。

4 冷態安裝條件下接口強度分析

此時考核的冷態安裝時高壓內缸不只承受本身重量及隔板重量還有轉子重量，因此冷態工況下只考慮重力引起的豎直向載荷是否滿足強度要求。圖1可見A、B、C、D接口為危險接口。由3.1.1計算方法可得，計算應力小于許用值，滿足強度要求。

5 結論

通過對新百萬高壓內外缸的接口強度分析，我們得到如下結論：

（1）通過計算可知，高壓內外缸的接口在工作狀態下滿足強度要求。（2）通過計算可知高壓內外缸的接口在冷態安裝條件下滿足強度要求。

作者簡介：黃智敏（1986-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，設計工程師，研究方向：汽輪機強度分析。