汽輪機組凝汽器變形分析及加固措施

郝欣麗 張明柱 吳秋梅

摘 要：某電廠汽輪機冷凝器設備安裝完成后做灌水試驗，發現凝汽器底板下部變形。用有限元分析的方法判斷是冷凝器設計的問題。經過加固處理后，1號凝汽器在灌水試驗時未發生變形問題。

關鍵詞：凝汽器;變形;加固

一、凝汽器的結構

凝汽器系統提供三個主冷凝器，每個冷凝器連接至一個汽輪機低壓缸排汽口。冷凝器水平放置、徑向流動（從汽輪機向發電機方向看，右進左出）、單流程、表面式，且有獨立水箱并在頂部有一個排汽進口。冷凝器牢固安裝于底層，通過橡膠彈性連接件連至汽輪機排汽口。鈦管冷凝器的構造保證安全和可靠運行。作為電廠回路系統中的重要輔助設備之一，其主要作用是使在低壓缸內完成做功后的乏蒸汽通過循環冷卻水冷凝并作為回熱系統熱力循環所使用的工質。

汽輪機凝汽器主要分為喉部膨脹節、水室、喉部低加上部模塊、下部模塊等部分，由裝焊的鋼板制成的殼體和排汽頸部，全部都是焊接結構。按照徑向流動原理，外殼比管束更大，可在管束周圍提供一定的空間，使大量的蒸汽從各個方向流向冷卻表面而產生的壓降最小。在冷凝器殼體兩頭法蘭之間安裝柔性隔板，這樣管板和水室能緩沖殼體和管束之間脹差。柔性隔板也可支撐管板和水室。汽輪機排汽進口和汽輪機用橡膠補償節連接為了平衡任何運行工況下三個冷凝器殼體的壓力，在排汽頸部裝有平衡管水室是圓柱形的，由型鋼板制成。水室有一個可拆卸的隔板，將腔室分為兩部分。并設有人孔。下部模塊是蒸汽凝結區，為管板鈦管結構，殼體為整體焊接，低壓加熱器冷卻管用脹焊與管板相連。

二、變形問題

某電站購買了一組汽輪機凝汽器，在1號機組汽輪機凝汽器安裝完成后，依據程序進行汽測灌水試驗，灌水高度是距離低壓缸與凝汽器焊縫300mm處。在這次灌水試驗中出現了汽輪機凝汽器的殼體側板從底板0到1700mm高度產生不同程度的變形。

現場發現1號機組汽輪機凝汽器的殼體發生變形后，技術人員趕緊全部排出凝汽器殼側水，分別對1號機組凝汽器的變形區域進行了兩次尺寸數字測量，分別是A/B/C三組凝汽器從底板向上0～1700mm范圍和C組凝汽器從底板向上1700～3200mm進行測量。同時對變形區域的加固管焊縫實施了無損檢查。

現以C組凝汽器距離下底板3280mm的高度位置為基準吊鉛垂，因測量數據時是從凝汽器底板加固管向下掛鉛墜進行測量，如果底板處不為零，則說明安裝過程中凝汽器殼體板存在傾斜現象，顧計算變形量時要考慮原傾斜量。

技術人員測量的凝汽器變形數據。

由上面的數據得出，汽輪機凝汽器底板在0～1700mm范圍內存在變形，從1700～3200mm范圍沒有發生變形。因A組凝汽器調端原始設計就要求得加固，所以變形較小。

三、變形原因分析

理論分析：技術人員用有限元分析的方法，通過理論計算得出凝汽器的結構承受不了灌水實驗時產生的靜壓，將導致汽輪機凝汽器的側板靠近底板區域處發生塑性變形。

變形原因：①首先排查檢驗方面：為了排除材料、制造方面、檢測等過程中導致灌水試驗中殼體發生變形的可能性，技術人員核對了汽輪機凝汽器的加工材料合格證、汽輪機凝汽器的加工制造檢測記錄，沒有出現上面所述的問題。所以檢驗部門不是導致灌水試驗發生殼體變形的因素。②考慮圖紙轉化方面：該汽輪機凝汽器是根據圖紙進行生產加工制造并檢驗發貨的。經過設計公司和制造公司再三確認，確定圖紙轉化沒有問題。所以圖紙轉化方面也不是導致灌水試驗凝汽器殼體發生變形的因素。③技術人員在施工現場對可能導致凝汽器變形的主要焊縫進行了無損檢測，沒有發現焊縫開裂等缺陷。因此，焊縫開裂也不是導致灌水試驗凝汽器的殼體變形的因素。

小結：在設計圖紙無誤，加工制造無誤、驗收無誤的前提下，對比現場工作人員的實際測量結果，技術人員判斷1號機組在灌水試驗條件下出現的殼體變形，是圖紙設計的缺陷問題才導致的結果。根據技術人員的有限元分析結果和實際測量情況，凝汽器殼體確實發生了塑性變形。最終得出的結論是凝汽器結構設計存在缺陷。

四、處理措施

依據凝汽器殼體的結構和上面的分析結果，提出對1號機凝汽器的殼體底板增加如圖1所示Φ114×7mm支撐管的方式進行加固。在B/C凝汽器分別增加52根加固管，A凝汽器由于已經有加固管，因此需要增加39根加固管。經過有限元分析，該加固方案滿足灌水和運行工況，加固方案可以實施。

具體加固部位如下圖所示：

加固工作完成后如圖3，繼續進行凝汽器灌水試驗，在安裝、調試完成后，這兩臺凝汽器均投入運行，經過機組的多次啟停，經檢查凝汽器未發現變形現象未發現超標變形。

五、總結

某電廠冷凝器設備安裝完成后做灌水試驗，發現凝汽器底板下部發生變形。本文結合有限元分析的方法，給出解決方案，經過加固處理后，1號凝汽器在灌水試驗時未發生變形問題。證明了有限元分析在凝汽器變形改造中起到了巨大作用。

參考文獻

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