1000MW汽轮机低压缸加固方案

张华杰， 张雪

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

低压缸是汽轮机的最重要部件之一，其用来引导汽轮机排汽进入凝汽器，同时对汽轮机整个低压模块起到支撑作用。哈汽1 000 MW汽轮机低压缸原设计为引进国外公司技术，由于机组容量大，低压外缸尺寸非常大,低压转子轴承座设计与低压外缸焊接为一体，因此低压外缸的刚度影响到整个机组的安全性。由于低压外缸刚度差，在机组运行时，存在一定的变形，使局部应力变大，影响机组正常运行，因此需要对低压缸进行加固以改善其刚度。哈汽公司根据1 000 MW机组的实际运行情况，并结合以往机组低压缸加固的成功经验，采用三维建模和有限元分析等手段，对1 000 MW汽轮机低压外缸刚度进行了详细分析，掌握了低压外缸在高真空状态下整体变形情况。并根据分析结果，通过局部增加辅助支撑，适当加固，实现了汽缸局部刚度的增强，减小了局部变形量，解决了低压缸刚度问题对机组运行的影响。

1 现有低压汽缸分析

对于现有的1 000 MW超超临界机组低压缸模块，哈汽公司采用全三维非线性有限元分析技术进行了数值模拟。有限元计算模型主要由低压外缸、低压内缸、低压蒸汽室，正反向1～5级隔板、低压排汽导流环和基础台面等部件组成。该模型将静子与隔板中的叶片略去，由等效当量平板代替，这样就避免了考虑叶片后，单元基本尺寸小，单元数量庞大，现有计算机无法计算的问题，同时在不影响计算精度的前提下突出了分析重点。

计算中，将基础假设为刚性，汽缸钢板采用直接连接代替焊缝，增加的加强筋焊缝也不予考虑，直接看作一体。模型简化的主要内容是模块按对称计算，对一些圆角、倒角和小孔，有些圆角和小孔等几何实体没有处在需要考虑的重要部位，并且尺寸很小，这时可以把这些小特征删除掉。模型简化完毕之后，附加重力载荷、真空载荷、轴承载荷，进行模型分析。

如图1、图2所示，根据计算结果，汽缸中分面法兰及撑脚处均在中间部位向缸内变形0.24～0.279 mm，内缸支撑平台向下变形引起内缸下降0.297 mm左右，低压外缸整体变形量比较大。通过分析，低压外缸变形量大的部位与理论研究的薄弱点相一致，分别为：低压外缸重量的主要支撑点，低压外缸真空吸力的主要受力点，低压外缸轴承载荷的承受点，这些位置由于承受的载荷较其他位置大得多，设计上若无特殊结构进行补强，变形量将远大于其他位置，从而影响低压外缸的刚度。

图1 原百万超超临界机组低压模块变形分布图

图2 低压内缸支撑处放大500倍后局部变形图

图3 低压外缸加固方案三维模型

2 改进措施

经过多次改进和分析，哈汽公司在对原1 000 MW机组低压外缸结构分析的基础上，找到影响低压外缸强度的关键点，采用适当增加辅助支撑的方法对低压缸进行加固，采取了一些行之有效的措施，使刚度问题得到改善。如图3所示，在低压外缸端部上半外表面增加了若干加强筋，呈扇形分布，低压外缸电端上半内壁增加撑管和撑板，低压外缸电端下半增加两个撑管。图3中红色部分即为辅助支撑加强部分。

改进之后的模型经有限元分析表明，低压缸增加辅助支撑之后，外缸总应力、总变形、内缸支撑垂直变形、轴承洼涡垂直变形、汽封垂直变形均有一定的改善如图4所示。其中低压缸总应力减少26.3%，总变形减少17.9%，轴承洼涡垂直变形改善20.9%。其他基础的垂直及横向变形改善情况也均达到20%以上。

图4 加固低压模块缸垂直变形

加固前，从整个机组的运行情况来看，由于低压外缸刚度偏弱，导致低压外缸轴承洼涡垂直变形过大，实际运行状况比原设计变形更大，轴系稳定性差。低压外缸轴承洼涡垂直变形大，对原设计轴系来说，在运行过程中标高变化大，依靠低压缸及轴承座处变形不足以弥补标高变化的影响，联轴器张口和错位设计值难以保证。加固后，分析表明低压外缸轴承洼涡垂直变形更为接近设计值，轴系稳定性也趋于合理。经过与焊接工艺部门研究，上述增加辅助支撑方案焊接量不大，不会引起排汽蜗壳和汽封处发生变形，但应保证焊接质量，严格按焊接工艺执行。

3结语

通过上述对1 000 MW汽轮机低压缸的分析和改进，全面提高了低压缸关键部位的刚度特性，减小了由于汽缸变形引起的轴承洼窝的下沉量，改善了应力问题，解决了由于汽缸随真空变化产生变形而引起的动静碰磨和转子振动问题，为机组稳定运行创造了条件，整体改进方案经实际项目验证成熟可靠。

［1］ 方宇，刘东旗，徐琼鹰，等.超超临界1000MW空冷汽轮机低压缸刚性研究［J］，东方汽轮机，2013（1）：1-4.

［2］ 黄远志.T_2A、360、2F、1044 型汽轮机低压缸加固［J］.四川电力技术，1995（6）：23-25.