趙衛(wèi)軍羅勇劉雄文圓圓周永牟春雨徐曉康

（東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000）

1 前言

進(jìn)幾年隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)民對(duì)電力能源需求日趨增強(qiáng)，就目前發(fā)電行業(yè)而言，300 MW汽輪機(jī)依然是發(fā)電企業(yè)的主力機(jī)型。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的政策號(hào)召，發(fā)電企業(yè)要想在日益激烈的發(fā)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持良好的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，就必須采取有效措施降低汽輪發(fā)電機(jī)組的供電煤耗水平。

2 新型低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

某300 MW汽輪機(jī)低壓內(nèi)缸見(jiàn)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(chǎn)成本高。

圖1 原300 MW低壓內(nèi)缸

鑒于原低壓內(nèi)缸生產(chǎn)成本高等不利因素，結(jié)合當(dāng)前機(jī)組改造市場(chǎng)的需求，新型300 MW低壓內(nèi)缸見(jiàn)圖2。

圖2 新型300 MW低壓內(nèi)缸

其結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)如下：

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

（2）內(nèi)缸采用裝配式結(jié)構(gòu)，汽機(jī)側(cè)和電機(jī)測(cè)分別裝配隔板套。

由于上述新型低壓內(nèi)缸采用鑄焊結(jié)合方式，較原內(nèi)缸具有焊接工作量小、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，同時(shí)低壓進(jìn)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(lái)了積極因素。而新型內(nèi)缸采用裝配式結(jié)構(gòu)，將減少長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)的中分面漏汽風(fēng)險(xiǎn)，降低了機(jī)組熱耗，滿足改造市場(chǎng)需求。

3 新型低壓內(nèi)缸溫度場(chǎng)分析

汽輪機(jī)低壓內(nèi)缸溫度場(chǎng)分析研究是開(kāi)發(fā)新型內(nèi)缸必不可少的環(huán)節(jié)，將缸體溫度問(wèn)題簡(jiǎn)化成對(duì)稱模型進(jìn)行分析計(jì)算。在缸體溫度場(chǎng)計(jì)算過(guò)程中采用三角形單元對(duì)求解域解析。

3.1 環(huán)境因素及放熱系數(shù)

因低壓內(nèi)缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要精確計(jì)算各部分放熱系數(shù)極其不易。為此只能通過(guò)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合熱力計(jì)算各級(jí)參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。低壓內(nèi)缸傳熱方式主要有：

（1）汽流直接沖刷缸壁對(duì)流放熱（如：抽汽腔室）公式為：

（2）汽流與內(nèi)壁面的換熱系數(shù)：

（3）在抽汽和排汽口處，汽流與內(nèi)壁面的換熱系數(shù)公式：

（4）在抽汽和排汽管內(nèi)，汽流與內(nèi)壁面的換熱系數(shù)根據(jù)試驗(yàn)得到公式：

3.2 低壓內(nèi)缸溫度場(chǎng)

在穩(wěn)態(tài)情況下，低壓內(nèi)缸溫度場(chǎng)見(jiàn)圖3。

圖3 新型低壓內(nèi)缸溫度場(chǎng)

從圖3結(jié)果可以看出，在穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行時(shí)，進(jìn)汽和排汽區(qū)溫度變化不大，且趨近進(jìn)排汽蒸汽溫度；各級(jí)壓力室參數(shù)達(dá)到額定值后，沿軸向的溫度梯度達(dá)到最大值，低壓缸抽汽腔室溫度由進(jìn)汽側(cè)向排汽側(cè)梯度狀下降，此時(shí)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(nèi)缸強(qiáng)度及汽密性分析

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

圖4 位移邊界條件

低壓內(nèi)缸在機(jī)械載荷和穩(wěn)態(tài)工況下強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 穩(wěn)態(tài)工況下低壓內(nèi)缸應(yīng)力云圖

從圖5可以看出，低壓內(nèi)缸在穩(wěn)態(tài)工況下整體平均應(yīng)力不超過(guò)60 MPa，其滿足強(qiáng)度要求。

低壓內(nèi)缸穩(wěn)態(tài)時(shí)中分面接觸壓力及張開(kāi)見(jiàn)圖6。從中分面張口和接觸狀態(tài)圖示可以看出雖然在低壓末級(jí)隔板套出汽側(cè)存在約0.05 mm的外張口，但其進(jìn)汽側(cè)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(nèi)缸滿足汽密性要求。

圖6 穩(wěn)態(tài)工況下低壓內(nèi)缸中分面汽密性

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某300 MW汽輪機(jī)低壓內(nèi)缸結(jié)構(gòu)分析并利用有限元方法計(jì)算后提出了一種新型鑄焊結(jié)合裝配式低壓內(nèi)缸。優(yōu)化后的內(nèi)缸不僅僅提高機(jī)組效率，也因結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化帶來(lái)了生產(chǎn)效率的提高及成本的降低。