汽轮机工艺管道布置及设计分析

周丽，唐畅

（湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北 430040）

汽轮机在运行过程中，需要采用多种管道相互配合。汽轮机在能量交换的过程中，主要涉及以下几种类型：对于冲动级，是由于汽轮机中的叶片受到冲击之后进而改变原有的方向，产生一定的离心力，这也称为冲击力，通过冲击力可以实现将机械能转化为动能的过程；对于反动级，则是通过产生的反作用力实现将机械能转化为动能的过程。对于反动度，反动度表示级中反动力所占比例，即蒸汽在动叶中膨胀程度的大小，本文主要对汽轮机中的工艺管道的布置及设计进行分析和研究。

1 汽轮机中的工艺管道

汽轮机中涉及多套系统，各个系统中都需要依靠管道系统才能实现能量的转换及传递。在电厂中，汽轮机汽水系统的工作基本流程为首先进行给水操作，之后水进入到锅炉加热，产生蒸汽，蒸汽进入到汽轮机中。对于汽轮机中的蒸汽系统，蒸汽进入到蒸汽管中，经过再热器，进入到汽轮机压缸中。对于凝结水系统，经过凝汽器之后再进入到水泵中，经过冷却之后进入除氧器系统。对于该系统，应保证系统的正常稳定运行。汽轮机中的各个管道系统较多，综合运行起来也较为复杂，但汽轮机要达到安全稳定运行，需要各个管道系统之间很好地相互配合，一旦任何一个环节或者系统出现故障，都可能将影响汽轮机整体的运行。在汽轮机的各个系统中，都将涉及管道系统，本文对此进行了分析。

2 汽轮机中的工艺管道的布置

汽轮机中涉及的管道系统较多，应该从汽轮机的整体角度考虑各个工艺管道系统的布置，这样才有利于保持汽轮机中的工艺管道的安全稳定运行。对于隔板、汽封检修及通流部分间隙的调整，隔板找中心的目的是使隔板洼窝与汽缸轴封洼窝中心通过调整，达到同心。对于隔板找中心的方法，隔板及隔板套的找正调整，应在汽缸找正后进行。隔板找正前应取出隔板汽封，找正时，以汽缸轴封洼窝中心为准，采用拉钢丝法、假轴法、激光准直仪法或用压铅块法找中心。隔板、隔板套、汽封套膨胀间隙应按图纸规定进行调整，隔板、隔板套、汽封套安装前应进行的检查。一是汽轮机的叶片的外形应该保持完整，没有受到损坏，同时叶片上不应出现裂纹等情况。二是汽轮机上的各个隔板上应该保持干净，不应出现有油脂的现象，各个隔板与其他部件的接触面上不应出现有锈蚀的现象。三是各个隔板应该保持完整，不能出现具有气孔等现象，各个零部件之间的配合应该保持牢固不松动，不能出现过松或者过紧的现象，这样都不利于汽轮机中各个管道系统之间的协调运行。四是汽轮机中的各个隔板应该符合事先设计的图纸中的要求，汽轮机中的汽缸中的各个间隙也应满足相关的要求。同时汽轮机中所使用的各个垫片，在汽轮机正常运行的条件下，不应出现温度过高导致设备运行异常的情况。五是汽轮机中的各个隔板之间应该按照图纸上的规定，留有一定的疏水通路，并且应该保持疏水通路的正常运行，不能出现疏水通路堵塞的情况发生。六是汽轮机中的各个管道系统在施工及安装的过程中，应该标明出各个部件具体的安装位置，以免后续在施工的过程中出现部件安装位置方面的冲突，造成不必要的返工，这样也不利于汽轮机中的工艺管道施工安装工程的效率和施工质量，应该严格按照相关的施工标准进行安装。

3 汽轮机中的工艺管道的设计

对于汽轮机的管道设计，离心式压缩机用汽轮机驱动时，汽轮机和压缩机的管道布置应统筹考虑。蒸汽进出管道布置应经应力分析进行确定。非凝汽式汽轮机的蒸汽进出口管道布置应满足相应的设计规范，蒸汽进出口切断阀应尽可能靠近蒸汽总管布置。蒸汽切断阀至汽轮机进口管之间的管道上，应配置供拆卸的法兰短节，以便在试车前安装供清扫用的临时管线。在汽轮机蒸汽管道的布置中，排气管接口应布置与汽轮机的上部。汽轮机中的高位点处应该配置有相应的安全阀门，同时在安全阀门左右应该采取相应的安全措施，保证在安全阀门附近的地方有人经过时，保证人员通行的安全，一般在半径8m 左右的区域中应该采取一定的安全保护措施。在安全阀门布置时，还应该考虑可能会出现的反作用力，防止反作用力对安全阀门造成的影响，各个部件在区域中的布局应该合理，空间应该合理利用，保证不出现浪费空间的现象。

由于汽轮机属于高速运转的机器，受力敏感，因此在冷、热状态的情况下，进出口管道作用于汽轮机进出口管嘴的力和力矩均应小于汽轮机进出口管嘴所允许承受的力和力矩。对于辅助管道的设计，汽轮机中涉及的辅助系统较多，应该对各套辅助系统在施工布置以及前提设计的过程中，考虑辅助系统具体的安装位置。汽轮机中主要的辅助系统主要包括润滑油系统、放空管系统等。在机械系统中，润滑油系统是机械系统保持正常可靠运转所必不可少的部分，通过轮滑油可以使汽轮机中的各个机械零件保持良好的运行状态，不会出现机械效率降低的情况，这样也能提高汽轮机中的各个管道系统的使用寿命。从设备的全寿命周期角度考虑，这样也能够提高管道系统整体的经济效益。除了润滑油系统之外，密封油也是重要的辅助系统之一。在汽轮机中的管道系统中，采用密封油可以提高汽轮机中的管道系统的密闭性能，这样也有利于保持汽轮机中的管道系统的正常运行。气体平衡管在汽轮机中的管道系统中也能够发挥出较大的作用，能够平衡汽轮机中的各个管道系统之间的气体压力，这样不会出现因为气体压力不平衡导致的汽轮机管道系统的运行故障问题，也能够提高汽轮机中的管道系统的连续运行时间。汽轮机中的辅助管道系统不应影响其他管道系统的正常运行，如汽轮机中的主要管道系统出现故障问题需要进行检修时，应该能够方面检修工作的开展，保证具有足够的检修空间。同时，汽轮机中的各个管道系统在坡度的设计方面，应该保证坡度在合理的水平上，不能出现坡度过大导致各个管道系统之间的配合出现问题，也不能出现坡度过小，导致汽轮机中的各个管道系统难以正常发挥作用，这样都不利于汽轮机中整个管道系统的正常运行。合理的坡度设计，也有利于后期对汽轮机中的各个管道系统的运行及维护，如对管道系统的清扫等。管道系统中所采用的弯头应该在合理的范围内，弯头设置的过多，容易使管道系统运行的复杂度增加，这样也容易使管道系统出现运行故障的问题。弯头的数量设置过少，也难以发挥出汽轮机中的各个管道系统的正常功能。

在技术方面最突出的特点是对通流部分及主汽阀、调节阀、汽缸等各部分主蒸汽流经的部位进行全面系统设计，通过这样的设计，可以节省汽轮机中所采用的能源，提高汽轮机系统运行的经济性，同时还可以增加汽轮机整体的发电出力，故具有较为明显的整体经济效益。可以采用目前较为常用的优化算法进行分析，如人工智能算法中的遗传算法，配合其他数据优化算法，可以对汽轮机中的各个管道系统进行优化设计，以提高汽轮机运行的经济性，重点对汽轮机中的叶片进行优化设计，降低汽轮机中的叶片的损耗，提高汽轮机中的叶片的刚性。通过预扭装配使动叶片形成整圈联接，可以使动叶片振动应力减小，不存在铆接造成的应力集中，运行安全可靠。

汽缸前端与前轴承座相连，在垂直方向设有定位左右膨胀的垂直键，以保证轴承座在膨胀时中心不致变动。前轴承座坐于前座架上，前座架上装有热膨胀传感器，以反映汽轮机静子部分的热膨胀。后汽缸则支承在左右两侧的后座架上，在左右后座架与后缸连接面上设有横销，与汽轮机轴中心线的交点构成汽缸热膨胀的死点。汽轮机在运行过程中，面临的情况较为复杂，随时可能会出现较大的变化，应该对可能会出现的问题进行考虑。这样能够保证汽轮机在各种运行条件下都能够保持正常运行，具有一定的运行灵活性，也有利于汽轮机系统的长期稳定运行。

4 结语

汽轮机中的管道系统是汽轮机中的重要组成部分，管道系统的正常运行对于汽轮机而言十分重要。本文对汽轮机中的各个系统中的管道布置进行了分析，管道在布置时表面冷凝器两段应留有检修管束所需要的空地，在此范围内，不应布置管道。凡与表面冷凝器连接的管道，不宜采用螺纹管件及螺纹阀门，如采用时应将螺纹焊死，以减少泄露。汽轮机组的轴封蒸汽进出管道布置，宜布置在润滑油进出总管的另一侧。本文所述方法对于提高汽轮机管道系统的运行可靠性具有一定的价值。