新型300 MW汽輪機低壓內缸結構分析及計算

趙衛軍羅勇劉雄文圓圓周永牟春雨徐曉康

（東方電氣集團東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

1 前言

進幾年隨著國民經濟的快速發展，國民對電力能源需求日趨增強，就目前發電行業而言，300 MW汽輪機依然是發電企業的主力機型。為響應國家節能減排的政策號召，發電企業要想在日益激烈的發電市場競爭中保持良好的發展優勢，就必須采取有效措施降低汽輪發電機組的供電煤耗水平。

2 新型低壓內缸結構特點分析

某300 MW汽輪機低壓內缸見圖1，其主要采用隔板套分段焊接成型的方式，該方式焊接工作量大、生產成本高。

圖1 原300 MW低壓內缸

鑒于原低壓內缸生產成本高等不利因素，結合當前機組改造市場的需求，新型300 MW低壓內缸見圖2。

圖2 新型300 MW低壓內缸

其結構主要特點如下：

（1）采用鑄焊結合的方式，低壓進汽蝸殼和低壓末級隔板套鑄造成型，與內缸壁拼焊成一體。

（2）內缸采用裝配式結構，汽機側和電機測分別裝配隔板套。

由于上述新型低壓內缸采用鑄焊結合方式，較原內缸具有焊接工作量小、生產成本低的特點，同時低壓進汽蝸殼為整體鑄造，其流道更加光順，給低壓缸效的提高帶來了積極因素。而新型內缸采用裝配式結構，將減少長期運行帶來的中分面漏汽風險，降低了機組熱耗，滿足改造市場需求。

3 新型低壓內缸溫度場分析

汽輪機低壓內缸溫度場分析研究是開發新型內缸必不可少的環節，將缸體溫度問題簡化成對稱模型進行分析計算。在缸體溫度場計算過程中采用三角形單元對求解域解析。

3.1 環境因素及放熱系數

因低壓內缸內部結構復雜，要精確計算各部分放熱系數極其不易。為此只能通過穩態運行時實測數據并結合熱力計算各級參數采用經驗公式計算。低壓內缸傳熱方式主要有：

（1）汽流直接沖刷缸壁對流放熱（如：抽汽腔室）公式為：

（2）汽流與內壁面的換熱系數：

（3）在抽汽和排汽口處，汽流與內壁面的換熱系數公式：

（4）在抽汽和排汽管內，汽流與內壁面的換熱系數根據試驗得到公式：

3.2 低壓內缸溫度場

在穩態情況下，低壓內缸溫度場見圖3。

圖3 新型低壓內缸溫度場

從圖3結果可以看出，在穩態工況運行時，進汽和排汽區溫度變化不大，且趨近進排汽蒸汽溫度；各級壓力室參數達到額定值后，沿軸向的溫度梯度達到最大值，低壓缸抽汽腔室溫度由進汽側向排汽側梯度狀下降，此時七抽和八抽腔室間的壁溫趨近于八抽溫度，溫差25～35℃。

4 新型低壓內缸強度及汽密性分析

本文低壓內缸材料為ZG230-450，螺栓材料為25Cr2MoVA。其位移邊界條件見圖4。低壓內缸施加的載荷包括螺栓預緊力，低壓內缸螺栓型號M72施加200 MPa初始預緊力，螺栓型號M30施加150 MPa初始預緊力；內缸自重，隔板套重量，末兩級隔板重量；蒸汽壓力，分析采用vwop工況熱力數據，低壓進口壓力0.9 MPa，末級靜葉前壓力0.025 MPa；蒸汽壓力情況下隔板套對汽缸的軸向推力；汽缸內外壁所受的溫度載荷。

圖4 位移邊界條件

低壓內缸在機械載荷和穩態工況下強度計算結果見圖5。

圖5 穩態工況下低壓內缸應力云圖

從圖5可以看出，低壓內缸在穩態工況下整體平均應力不超過60 MPa，其滿足強度要求。

低壓內缸穩態時中分面接觸壓力及張開見圖6。從中分面張口和接觸狀態圖示可以看出雖然在低壓末級隔板套出汽側存在約0.05 mm的外張口，但其進汽側中分面具有接觸壓力，不存在漏氣的可能性。因此可以判斷該內缸滿足汽密性要求。

圖6 穩態工況下低壓內缸中分面汽密性

5 結論

通過對某300 MW汽輪機低壓內缸結構分析并利用有限元方法計算后提出了一種新型鑄焊結合裝配式低壓內缸。優化后的內缸不僅僅提高機組效率，也因結構的簡化帶來了生產效率的提高及成本的降低。