李紅明

摘 要 以某廠660MW汽輪機(jī)為研究對(duì)象，根據(jù)揭缸后缸體的變形情況，對(duì)高、低壓缸缸體變形進(jìn)行了分析，并采取機(jī)械加工等措施對(duì)缸體變形進(jìn)行了處理。汽缸經(jīng)檢修后：缸體溫度得到了較好的改善，各運(yùn)行參數(shù)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞 660MW超超臨界機(jī)組 缸體變形 處理方法

0引言

汽輪機(jī)是電廠的核心設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量的高低直接關(guān)系著電廠的安全連續(xù)運(yùn)行水平。高中壓雙層缸因縮短啟動(dòng)時(shí)間和提高汽輪機(jī)對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性被廣泛應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)中。與高中壓?jiǎn)螌痈紫啾?，高中壓雙層缸在機(jī)組運(yùn)行時(shí)內(nèi)缸和外缸之間有蒸汽流動(dòng)，使得每層汽缸的內(nèi)、外壁之間的壓力差和溫度差相應(yīng)減小，因此外缸得到冷卻，使得外缸汽溫降低，同時(shí)可減少制造高中壓缸昂貴的材料費(fèi)用。但是，由于高中壓內(nèi)缸厚度相對(duì)較薄，機(jī)組在制造、安裝及運(yùn)行中不能得到較好地控制極易發(fā)生缸體變形問(wèn)題。若缸體發(fā)生變形將影響動(dòng)靜間隙，這種情況下極易造成轉(zhuǎn)子碰摩，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行形成較大威脅。因此，找到影響缸體變形的原因并采取相應(yīng)的措施，對(duì)保障機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行具有十分重要的意義。

1機(jī)組概況

某電廠2011年投產(chǎn)的660MW汽輪機(jī)是哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型號(hào)：CCLN660-25/600/600。高壓缸由1個(gè)沖動(dòng)調(diào)節(jié)級(jí)和10個(gè)反動(dòng)式高壓壓力級(jí)組成；中壓缸為7個(gè)反動(dòng)式中壓壓力級(jí)；低壓缸由正反向各5級(jí)反動(dòng)級(jí)組成；機(jī)組采用八級(jí)回?zé)岢槠?。高、中壓采用合缸布置，在主、再熱蒸汽管道、缸體底部、抽汽管道上布置有大量的疏水管。低壓缸抽汽均在隔板底部。

該機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中存在振動(dòng)偏高、汽耗增大及效率降低現(xiàn)象，經(jīng)本次揭缸檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)缸體發(fā)生變形，缸體部件磨損破壞較為嚴(yán)重，汽缸上下結(jié)合面有漏汽現(xiàn)象；若不及時(shí)采取措施將導(dǎo)致高壓蒸汽直接泄露到低壓區(qū)域，造成能量損失，引起低壓區(qū)域溫度升高，使低壓區(qū)域腔室材質(zhì)發(fā)生熱變形，將導(dǎo)致蒸汽能量損失更大，使得機(jī)組效率進(jìn)一步降低。由此可見(jiàn)，汽輪機(jī)缸體變形嚴(yán)重危害了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2缸體變形的機(jī)理分析

引起汽缸變形的因素有很多，主要因素有以下幾個(gè)方面：

2.1制造工藝

汽缸是大型鑄件，通常要經(jīng)過(guò)時(shí)效處理。如時(shí)效處理時(shí)間短，汽缸在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力并沒(méi)有全部消除，結(jié)果加工后的汽缸在運(yùn)行中還會(huì)繼續(xù)變形。

2.2結(jié)構(gòu)性或設(shè)備缺陷

機(jī)組結(jié)構(gòu)性或設(shè)備缺陷主要表現(xiàn)為高中壓內(nèi)缸進(jìn)入冷蒸汽、熱應(yīng)力等不均勻，如保溫不當(dāng)或汽輪機(jī)進(jìn)入冷空氣等，引起汽缸內(nèi)外壁產(chǎn)生較大的溫差，從而產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力。內(nèi)壁因受冷收縮，但內(nèi)壁的收縮受外壁和法蘭的約束，因此汽缸內(nèi)表面受到拉應(yīng)力，如果此拉應(yīng)力過(guò)大，則汽缸在較薄處首先開(kāi)始變形，使其在垂直方向的內(nèi)圓周伸長(zhǎng)，中部橫截面由圓形變?yōu)榱E圓形，汽缸結(jié)合面出現(xiàn)內(nèi)張口；具體如圖1所示。

2.3機(jī)組運(yùn)行操作不當(dāng)

機(jī)組啟停過(guò)程中，高中壓缸升（降）溫、升（降）壓、汽缸金屬溫升（降）率超過(guò)所規(guī)定范圍，使得高中壓內(nèi)外缸溫差超過(guò)50℃，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致汽缸發(fā)生永久性變形，致使動(dòng)、靜部分間隙變化，缸體熱應(yīng)力也較大，嚴(yán)重影響材料壽命，甚至產(chǎn)生永久性變形，軸承中心發(fā)生變化，使機(jī)組發(fā)生振動(dòng)。

3汽輪機(jī)缸體變形分析

3.1缸體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該機(jī)組高中壓缸采用雙層汽缸結(jié)構(gòu)，高中壓內(nèi)缸需承受較高的溫度和壓力，內(nèi)缸采用耐高溫金屬材料鑄件，并沿水平中分面分成了上、下兩半，內(nèi)缸支撐在外缸中分面處，并由上部和下部的定位銷導(dǎo)向，使汽缸中心線保持與汽輪機(jī)軸線的相符位置，同時(shí)使汽缸在溫度的變化時(shí)自由收縮和膨脹，并保證其中心線基本不變。

低壓缸設(shè)置分流式對(duì)稱布置，低壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸較大，采用焊接結(jié)構(gòu)，運(yùn)行中汽缸的排汽室內(nèi)內(nèi)部處于高度真空狀態(tài)，承受外界大氣壓力作用，其缸壁具有一定的厚度，以滿足剛度和強(qiáng)度的要求。

3.2缸體變形量測(cè)量（圖2、圖3、圖4）

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)高、中、低緊固缸體1/3螺栓狀態(tài)下缸體變形量測(cè)量發(fā)現(xiàn)，除中壓內(nèi)缸缸體變形不大外，高壓內(nèi)缸和低壓內(nèi)缸均存在不同程度的變形。

由圖2可知，在緊固1/3螺栓狀態(tài)下高壓內(nèi)缸中分面最大間隙值達(dá)1mm，高壓內(nèi)缸變形具有明顯的內(nèi)張口，汽缸結(jié)合面軸向整體呈中間變形量大兩端變形量較小的特點(diǎn)。為更準(zhǔn)確地校驗(yàn)缸體變形情況，用內(nèi)徑千分尺檢測(cè)汽缸水平方向的內(nèi)徑和垂直方向的內(nèi)徑，發(fā)現(xiàn)水平方向內(nèi)徑比垂直方向內(nèi)徑平均小0.62mm，從而確定高壓內(nèi)缸已產(chǎn)生“橢圓”變形，同時(shí)對(duì)高壓缸隔板及隔板套檢查發(fā)現(xiàn)，高壓缸隔板及隔板套變形嚴(yán)重較為且高中壓缸高中壓隔板膨脹間隙不足等問(wèn)題。

由圖4可知，在緊固1/3螺栓狀態(tài)下，低壓內(nèi)缸在進(jìn)汽口中分面處最大間隙值達(dá)0.80mm，內(nèi)缸外壁間隙基本0.05mm不入，也就是說(shuō)低壓內(nèi)缸變形為內(nèi)張口。同時(shí)在揭開(kāi)低壓內(nèi)缸時(shí)發(fā)現(xiàn)中分面存在明顯的漏汽痕跡。

3.3變形原因分析

3.3.1高壓內(nèi)缸變形分析

由高壓內(nèi)缸變形量測(cè)量可知高壓內(nèi)缸變形屬于內(nèi)張口，而引起此變形除設(shè)備制造應(yīng)力未消除外，主要為汽缸內(nèi)外表面產(chǎn)生較大的溫差，汽缸內(nèi)壁受冷收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，外壁受壓應(yīng)力，使得高壓缸內(nèi)缸呈現(xiàn)內(nèi)張口現(xiàn)象。若法蘭溫差較大，當(dāng)溫差熱應(yīng)力超過(guò)金屬的屈服極限時(shí)，即產(chǎn)生永久變形。

（1）汽缸在機(jī)械加工過(guò)程中，若沒(méi)有充分進(jìn)行回火處理予以消除，使汽缸尚存較大的殘余應(yīng)力，在運(yùn)行中會(huì)存在永久性變形。一般新投產(chǎn)機(jī)組在投產(chǎn)前兩年，缸體殘余應(yīng)力釋放量最大，導(dǎo)致缸體部件變形量較大，該組投產(chǎn)來(lái)未進(jìn)行揭缸檢修，缸體部件應(yīng)力釋放可能為該機(jī)組缸體變形的主要因素。

（2）該機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中一直存在高壓汽閥漏汽及停機(jī)惰走現(xiàn)象，由此可判斷高壓主汽閥關(guān)閉不嚴(yán)。當(dāng)在部分主蒸汽漏入缸體，使得缸體受熱不均勻，熱應(yīng)力變大，從而導(dǎo)致高壓內(nèi)缸及部件產(chǎn)生變形。