660MW超超臨界機組汽輪機缸體變形分析及處理

李紅明

摘 要 以某廠660MW汽輪機為研究對象，根據(jù)揭缸后缸體的變形情況，對高、低壓缸缸體變形進行了分析，并采取機械加工等措施對缸體變形進行了處理。汽缸經(jīng)檢修后：缸體溫度得到了較好的改善，各運行參數(shù)基本達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞 660MW超超臨界機組 缸體變形 處理方法

0引言

汽輪機是電廠的核心設(shè)備，其運行質(zhì)量的高低直接關(guān)系著電廠的安全連續(xù)運行水平。高中壓雙層缸因縮短啟動時間和提高汽輪機對負荷變化的適應(yīng)性被廣泛應(yīng)用于大型發(fā)電機組汽輪機中。與高中壓單層缸相比，高中壓雙層缸在機組運行時內(nèi)缸和外缸之間有蒸汽流動，使得每層汽缸的內(nèi)、外壁之間的壓力差和溫度差相應(yīng)減小，因此外缸得到冷卻，使得外缸汽溫降低，同時可減少制造高中壓缸昂貴的材料費用。但是，由于高中壓內(nèi)缸厚度相對較薄，機組在制造、安裝及運行中不能得到較好地控制極易發(fā)生缸體變形問題。若缸體發(fā)生變形將影響動靜間隙，這種情況下極易造成轉(zhuǎn)子碰摩，對機組安全穩(wěn)定運行形成較大威脅。因此，找到影響缸體變形的原因并采取相應(yīng)的措施，對保障機組的安全性、經(jīng)濟性運行具有十分重要的意義。

1機組概況

某電廠2011年投產(chǎn)的660MW汽輪機是哈爾濱汽輪機有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機，汽輪機型號：CCLN660-25/600/600。高壓缸由1個沖動調(diào)節(jié)級和10個反動式高壓壓力級組成；中壓缸為7個反動式中壓壓力級；低壓缸由正反向各5級反動級組成；機組采用八級回?zé)岢槠?。高、中壓采用合缸布置，在主、再熱蒸汽管道、缸體底部、抽汽管道上布置有大量的疏水管。低壓缸抽汽均在隔板底部。

該機組運行過程中存在振動偏高、汽耗增大及效率降低現(xiàn)象，經(jīng)本次揭缸檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機缸體發(fā)生變形，缸體部件磨損破壞較為嚴重，汽缸上下結(jié)合面有漏汽現(xiàn)象；若不及時采取措施將導(dǎo)致高壓蒸汽直接泄露到低壓區(qū)域，造成能量損失，引起低壓區(qū)域溫度升高，使低壓區(qū)域腔室材質(zhì)發(fā)生熱變形，將導(dǎo)致蒸汽能量損失更大，使得機組效率進一步降低。由此可見，汽輪機缸體變形嚴重危害了機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

2缸體變形的機理分析

引起汽缸變形的因素有很多，主要因素有以下幾個方面：

2.1制造工藝

汽缸是大型鑄件，通常要經(jīng)過時效處理。如時效處理時間短，汽缸在鑄造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力并沒有全部消除，結(jié)果加工后的汽缸在運行中還會繼續(xù)變形。

2.2結(jié)構(gòu)性或設(shè)備缺陷

機組結(jié)構(gòu)性或設(shè)備缺陷主要表現(xiàn)為高中壓內(nèi)缸進入冷蒸汽、熱應(yīng)力等不均勻，如保溫不當或汽輪機進入冷空氣等，引起汽缸內(nèi)外壁產(chǎn)生較大的溫差，從而產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力。內(nèi)壁因受冷收縮，但內(nèi)壁的收縮受外壁和法蘭的約束，因此汽缸內(nèi)表面受到拉應(yīng)力，如果此拉應(yīng)力過大，則汽缸在較薄處首先開始變形，使其在垂直方向的內(nèi)圓周伸長，中部橫截面由圓形變?yōu)榱E圓形，汽缸結(jié)合面出現(xiàn)內(nèi)張口；具體如圖1所示。

2.3機組運行操作不當

機組啟停過程中，高中壓缸升（降）溫、升（降）壓、汽缸金屬溫升（降）率超過所規(guī)定范圍，使得高中壓內(nèi)外缸溫差超過50℃，機組長時間運行會導(dǎo)致汽缸發(fā)生永久性變形，致使動、靜部分間隙變化，缸體熱應(yīng)力也較大，嚴重影響材料壽命，甚至產(chǎn)生永久性變形，軸承中心發(fā)生變化，使機組發(fā)生振動。

3汽輪機缸體變形分析

3.1缸體結(jié)構(gòu)特點

該機組高中壓缸采用雙層汽缸結(jié)構(gòu)，高中壓內(nèi)缸需承受較高的溫度和壓力，內(nèi)缸采用耐高溫金屬材料鑄件，并沿水平中分面分成了上、下兩半，內(nèi)缸支撐在外缸中分面處，并由上部和下部的定位銷導(dǎo)向，使汽缸中心線保持與汽輪機軸線的相符位置，同時使汽缸在溫度的變化時自由收縮和膨脹，并保證其中心線基本不變。

低壓缸設(shè)置分流式對稱布置，低壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸較大，采用焊接結(jié)構(gòu)，運行中汽缸的排汽室內(nèi)內(nèi)部處于高度真空狀態(tài)，承受外界大氣壓力作用，其缸壁具有一定的厚度，以滿足剛度和強度的要求。

3.2缸體變形量測量（圖2、圖3、圖4）

通過對汽輪機高、中、低緊固缸體1/3螺栓狀態(tài)下缸體變形量測量發(fā)現(xiàn)，除中壓內(nèi)缸缸體變形不大外，高壓內(nèi)缸和低壓內(nèi)缸均存在不同程度的變形。

由圖2可知，在緊固1/3螺栓狀態(tài)下高壓內(nèi)缸中分面最大間隙值達1mm，高壓內(nèi)缸變形具有明顯的內(nèi)張口，汽缸結(jié)合面軸向整體呈中間變形量大兩端變形量較小的特點。為更準確地校驗缸體變形情況，用內(nèi)徑千分尺檢測汽缸水平方向的內(nèi)徑和垂直方向的內(nèi)徑，發(fā)現(xiàn)水平方向內(nèi)徑比垂直方向內(nèi)徑平均小0.62mm，從而確定高壓內(nèi)缸已產(chǎn)生“橢圓”變形，同時對高壓缸隔板及隔板套檢查發(fā)現(xiàn)，高壓缸隔板及隔板套變形嚴重較為且高中壓缸高中壓隔板膨脹間隙不足等問題。

由圖4可知，在緊固1/3螺栓狀態(tài)下，低壓內(nèi)缸在進汽口中分面處最大間隙值達0.80mm，內(nèi)缸外壁間隙基本0.05mm不入，也就是說低壓內(nèi)缸變形為內(nèi)張口。同時在揭開低壓內(nèi)缸時發(fā)現(xiàn)中分面存在明顯的漏汽痕跡。

3.3變形原因分析

3.3.1高壓內(nèi)缸變形分析

由高壓內(nèi)缸變形量測量可知高壓內(nèi)缸變形屬于內(nèi)張口，而引起此變形除設(shè)備制造應(yīng)力未消除外，主要為汽缸內(nèi)外表面產(chǎn)生較大的溫差，汽缸內(nèi)壁受冷收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，外壁受壓應(yīng)力，使得高壓缸內(nèi)缸呈現(xiàn)內(nèi)張口現(xiàn)象。若法蘭溫差較大，當溫差熱應(yīng)力超過金屬的屈服極限時，即產(chǎn)生永久變形。

（1）汽缸在機械加工過程中，若沒有充分進行回火處理予以消除，使汽缸尚存較大的殘余應(yīng)力，在運行中會存在永久性變形。一般新投產(chǎn)機組在投產(chǎn)前兩年，缸體殘余應(yīng)力釋放量最大，導(dǎo)致缸體部件變形量較大，該組投產(chǎn)來未進行揭缸檢修，缸體部件應(yīng)力釋放可能為該機組缸體變形的主要因素。

（2）該機組運行過程中一直存在高壓汽閥漏汽及停機惰走現(xiàn)象，由此可判斷高壓主汽閥關(guān)閉不嚴。當在部分主蒸汽漏入缸體，使得缸體受熱不均勻，熱應(yīng)力變大，從而導(dǎo)致高壓內(nèi)缸及部件產(chǎn)生變形。