汽轮机红套环高压内缸与外缸接口强度分析

黄智敏　王颖

摘 要：本文以新百万超超临界机组为研究对象，其中高（中）压汽缸是汽轮机的重要部件，对汽轮机的稳定运行有着至关重要的作用，同时汽缸的工作环境也非常恶劣，内外温差、压力都很大，故研究汽缸强度是非常有必要的，而汽缸上应力最集中的地方则是内外缸接口处，接口处的载荷大，危险截面处的应力相应也大，同时还受动载荷冲击，所以接口处的好与坏对汽缸的使用寿命有着非常重要的作用。

关键词：汽轮机；高压内缸；支撑键

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.025

哈汽公司为适应当前国内电力市场技术的发展需求，开发出能够适应蒸汽压28MPa、蒸汽温度600℃的百万高效超超临界汽轮机。各方面性能较其他同类型机组均有较大幅度提高，产品具有较强市场竞争能力。拥有完全自主技术产权，不受出口限制。

1 引言

高压内缸采用规则的圆筒形结构，取消水平结合面的法兰。汽缸上应力最集中的地方则是内外缸接口处，接口处的载荷大，危险截面处的应力相应也大，同时还承受动载荷冲击、切向进气推力等。所以接口处的好与坏对汽缸的使用寿命有着非常重要的作用。

2 高压内外缸布局

高压内外缸接口处如图1-2所示，有A、B、C、D、E、F六处位置。分别考核其强度是否合格。

3 工作条件下高压内外缸接口强度分析

3.1 A接口为危险接口，垂直方向的载荷

3.1.1 汽缸以及其附属设备的重量，包括高压内缸、内挂隔板和汽封体等

经计算高压内缸重心位于进汽中心线左侧，内缸轴向长度。A接口所分担的重量：

3.1.2 汽缸最大功率：

A接口分担的转动扭矩所引起的作用力：

其中，高压内缸功率中心位于进汽中心线左侧，l为接口中心到进汽口中心线径向距离，n为转速。

3.1.3 主蒸汽切向进汽推力：

A接口分担的推力扭矩所引起的作用力，其中为推力直径。

3.1.4 A接口分担的垂直向下的总载荷

危险截面处应力：

弯应力：

剪应力：

合应力：

经过计算可得，内缸材料温度550下持久强度136Mpa，许用应力80Mpa，计算应力小于许用应力，满足强度要求。

3.2 A接口为危险接口，轴向载荷

A接口分担的轴向气流推力如下。

3.2.1 压差引起的轴向汽流推力

为一级动叶后压力，为二级级间压力，以下各级如此类推，为对应的进气侧外径，为进气侧内径，为出气侧外径，为出气侧内径。

计算得A接口分担的轴向气流推力。

3.2.2 动量引起的轴向汽流推力

其中：G=流量，t/hr；=进口速度的轴向分量，m/s；VZ2=出口速度的轴向分量，m/s；由下式计算：

在第一级：

在其它级：

由下式计算：

其中：=上一级动叶出口相对速度出气角，deg；=静叶出口绝对速度出气角，deg；=上一级动叶片出口相对速度，m/s；=静叶出口绝对速度，m/s。计算得，远小于。

A接口轴向推力内缸危险截面，计算合应力小于许用应力，满足强度要求。

3.3 C接口为危险接口，所承受的载荷

C接口承担垂直方向的重量和转动扭矩所引起的垂向力，经核算满足强度要求。

3.4 E、F接口强度

E、F设计时接口处并不压紧，无需考核接口强度。

4 冷态安装条件下接口强度分析

此时考核的冷态安装时高压内缸不只承受本身重量及隔板重量还有转子重量，因此冷态工况下只考虑重力引起的竖直向载荷是否满足强度要求。图1可见A、B、C、D接口为危险接口。由3.1.1计算方法可得，计算应力小于许用值，满足强度要求。

5 结论

通过对新百万高压内外缸的接口强度分析，我们得到如下结论：

（1）通過计算可知，高压内外缸的接口在工作状态下满足强度要求。（2）通过计算可知高压内外缸的接口在冷态安装条件下满足强度要求。

作者简介：黄智敏（1986-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士，设计工程师，研究方向：汽轮机强度分析。