汽轮机组凝汽器变形分析及加固措施

郝欣丽 张明柱 吴秋梅

摘 要：某電厂汽轮机冷凝器设备安装完成后做灌水试验，发现凝汽器底板下部变形。用有限元分析的方法判断是冷凝器设计的问题。经过加固处理后，1号凝汽器在灌水试验时未发生变形问题。

关键词：凝汽器;变形;加固

一、凝汽器的结构

凝汽器系统提供三个主冷凝器，每个冷凝器连接至一个汽轮机低压缸排汽口。冷凝器水平放置、径向流动（从汽轮机向发电机方向看，右进左出）、单流程、表面式，且有独立水箱并在顶部有一个排汽进口。冷凝器牢固安装于底层，通过橡胶弹性连接件连至汽轮机排汽口。钛管冷凝器的构造保证安全和可靠运行。作为电厂回路系统中的重要辅助设备之一，其主要作用是使在低压缸内完成做功后的乏蒸汽通过循环冷却水冷凝并作为回热系统热力循环所使用的工质。

汽轮机凝汽器主要分为喉部膨胀节、水室、喉部低加上部模块、下部模块等部分，由装焊的钢板制成的壳体和排汽颈部，全部都是焊接结构。按照径向流动原理，外壳比管束更大，可在管束周围提供一定的空间，使大量的蒸汽从各个方向流向冷却表面而产生的压降最小。在冷凝器壳体两头法兰之间安装柔性隔板，这样管板和水室能缓冲壳体和管束之间胀差。柔性隔板也可支撑管板和水室。汽轮机排汽进口和汽轮机用橡胶补偿节连接为了平衡任何运行工况下三个冷凝器壳体的压力，在排汽颈部装有平衡管水室是圆柱形的，由型钢板制成。水室有一个可拆卸的隔板，将腔室分为两部分。并设有人孔。下部模块是蒸汽凝结区，为管板钛管结构，壳体为整体焊接，低压加热器冷却管用胀焊与管板相连。

二、变形问题

某电站购买了一组汽轮机凝汽器，在1号机组汽轮机凝汽器安装完成后，依据程序进行汽测灌水试验，灌水高度是距离低压缸与凝汽器焊缝300mm处。在这次灌水试验中出现了汽轮机凝汽器的壳体侧板从底板0到1700mm高度产生不同程度的变形。

现场发现1号机组汽轮机凝汽器的壳体发生变形后，技术人员赶紧全部排出凝汽器壳侧水，分别对1号机组凝汽器的变形区域进行了两次尺寸数字测量，分别是A/B/C三组凝汽器从底板向上0～1700mm范围和C组凝汽器从底板向上1700～3200mm进行测量。同时对变形区域的加固管焊缝实施了无损检查。

现以C组凝汽器距离下底板3280mm的高度位置为基准吊铅垂，因测量数据时是从凝汽器底板加固管向下挂铅坠进行测量，如果底板处不为零，则说明安装过程中凝汽器壳体板存在倾斜现象，顾计算变形量时要考虑原倾斜量。

技术人员测量的凝汽器变形数据。

由上面的数据得出，汽轮机凝汽器底板在0～1700mm范围内存在变形，从1700～3200mm范围没有发生变形。因A组凝汽器调端原始设计就要求得加固，所以变形较小。

三、变形原因分析

理论分析：技术人员用有限元分析的方法，通过理论计算得出凝汽器的结构承受不了灌水实验时产生的静压，将导致汽轮机凝汽器的侧板靠近底板区域处发生塑性变形。

变形原因：①首先排查检验方面：为了排除材料、制造方面、检测等过程中导致灌水试验中壳体发生变形的可能性，技术人员核对了汽轮机凝汽器的加工材料合格证、汽轮机凝汽器的加工制造检测记录，没有出现上面所述的问题。所以检验部门不是导致灌水试验发生壳体变形的因素。②考虑图纸转化方面：该汽轮机凝汽器是根据图纸进行生产加工制造并检验发货的。经过设计公司和制造公司再三确认，确定图纸转化没有问题。所以图纸转化方面也不是导致灌水试验凝汽器壳体发生变形的因素。③技术人员在施工现场对可能导致凝汽器变形的主要焊缝进行了无损检测，没有发现焊缝开裂等缺陷。因此，焊缝开裂也不是导致灌水试验凝汽器的壳体变形的因素。

小结：在设计图纸无误，加工制造无误、验收无误的前提下，对比现场工作人员的实际测量结果，技术人员判断1号机组在灌水试验条件下出现的壳体变形，是图纸设计的缺陷问题才导致的结果。根据技术人员的有限元分析结果和实际测量情况，凝汽器壳体确实发生了塑性变形。最终得出的结论是凝汽器结构设计存在缺陷。

四、处理措施

依据凝汽器壳体的结构和上面的分析结果，提出对1号机凝汽器的壳体底板增加如图1所示Φ114×7mm支撑管的方式进行加固。在B/C凝汽器分别增加52根加固管，A凝汽器由于已经有加固管，因此需要增加39根加固管。经过有限元分析，该加固方案满足灌水和运行工况，加固方案可以实施。

具体加固部位如下图所示：

加固工作完成后如图3，继续进行凝汽器灌水试验，在安装、调试完成后，这两台凝汽器均投入运行，经过机组的多次启停，经检查凝汽器未发现变形现象未发现超标变形。

五、总结

某电厂冷凝器设备安装完成后做灌水试验，发现凝汽器底板下部发生变形。本文结合有限元分析的方法，给出解决方案，经过加固处理后，1号凝汽器在灌水试验时未发生变形问题。证明了有限元分析在凝汽器变形改造中起到了巨大作用。

参考文献

[1]夏玉昌.浅谈核电机组凝汽器的制造与经验[J].城市建设理论研究，2015（17）.

[2]史卫刚. 600MW机组凝汽器改造方案与实践[J].汽轮机技术，2018.