汽輪機(jī)工藝管道布置及設(shè)計分析

周麗，唐暢

（湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司，湖北 430040）

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，需要采用多種管道相互配合。汽輪機(jī)在能量交換的過程中，主要涉及以下幾種類型：對于沖動級，是由于汽輪機(jī)中的葉片受到?jīng)_擊之后進(jìn)而改變原有的方向，產(chǎn)生一定的離心力，這也稱為沖擊力，通過沖擊力可以實(shí)現(xiàn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為動能的過程；對于反動級，則是通過產(chǎn)生的反作用力實(shí)現(xiàn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為動能的過程。對于反動度，反動度表示級中反動力所占比例，即蒸汽在動葉中膨脹程度的大小，本文主要對汽輪機(jī)中的工藝管道的布置及設(shè)計進(jìn)行分析和研究。

1 汽輪機(jī)中的工藝管道

汽輪機(jī)中涉及多套系統(tǒng)，各個系統(tǒng)中都需要依靠管道系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換及傳遞。在電廠中，汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)的工作基本流程為首先進(jìn)行給水操作，之后水進(jìn)入到鍋爐加熱，產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入到汽輪機(jī)中。對于汽輪機(jī)中的蒸汽系統(tǒng)，蒸汽進(jìn)入到蒸汽管中，經(jīng)過再熱器，進(jìn)入到汽輪機(jī)壓缸中。對于凝結(jié)水系統(tǒng)，經(jīng)過凝汽器之后再進(jìn)入到水泵中，經(jīng)過冷卻之后進(jìn)入除氧器系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)，應(yīng)保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)較多，綜合運(yùn)行起來也較為復(fù)雜，但汽輪機(jī)要達(dá)到安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要各個管道系統(tǒng)之間很好地相互配合，一旦任何一個環(huán)節(jié)或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都可能將影響汽輪機(jī)整體的運(yùn)行。在汽輪機(jī)的各個系統(tǒng)中，都將涉及管道系統(tǒng)，本文對此進(jìn)行了分析。

2 汽輪機(jī)中的工藝管道的布置

汽輪機(jī)中涉及的管道系統(tǒng)較多，應(yīng)該從汽輪機(jī)的整體角度考慮各個工藝管道系統(tǒng)的布置，這樣才有利于保持汽輪機(jī)中的工藝管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對于隔板、汽封檢修及通流部分間隙的調(diào)整，隔板找中心的目的是使隔板洼窩與汽缸軸封洼窩中心通過調(diào)整，達(dá)到同心。對于隔板找中心的方法，隔板及隔板套的找正調(diào)整，應(yīng)在汽缸找正后進(jìn)行。隔板找正前應(yīng)取出隔板汽封，找正時，以汽缸軸封洼窩中心為準(zhǔn)，采用拉鋼絲法、假軸法、激光準(zhǔn)直儀法或用壓鉛塊法找中心。隔板、隔板套、汽封套膨脹間隙應(yīng)按圖紙規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，隔板、隔板套、汽封套安裝前應(yīng)進(jìn)行的檢查。一是汽輪機(jī)的葉片的外形應(yīng)該保持完整，沒有受到損壞，同時葉片上不應(yīng)出現(xiàn)裂紋等情況。二是汽輪機(jī)上的各個隔板上應(yīng)該保持干凈，不應(yīng)出現(xiàn)有油脂的現(xiàn)象，各個隔板與其他部件的接觸面上不應(yīng)出現(xiàn)有銹蝕的現(xiàn)象。三是各個隔板應(yīng)該保持完整，不能出現(xiàn)具有氣孔等現(xiàn)象，各個零部件之間的配合應(yīng)該保持牢固不松動，不能出現(xiàn)過松或者過緊的現(xiàn)象，這樣都不利于汽輪機(jī)中各個管道系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。四是汽輪機(jī)中的各個隔板應(yīng)該符合事先設(shè)計的圖紙中的要求，汽輪機(jī)中的汽缸中的各個間隙也應(yīng)滿足相關(guān)的要求。同時汽輪機(jī)中所使用的各個墊片，在汽輪機(jī)正常運(yùn)行的條件下，不應(yīng)出現(xiàn)溫度過高導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常的情況。五是汽輪機(jī)中的各個隔板之間應(yīng)該按照圖紙上的規(guī)定，留有一定的疏水通路，并且應(yīng)該保持疏水通路的正常運(yùn)行，不能出現(xiàn)疏水通路堵塞的情況發(fā)生。六是汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)在施工及安裝的過程中，應(yīng)該標(biāo)明出各個部件具體的安裝位置，以免后續(xù)在施工的過程中出現(xiàn)部件安裝位置方面的沖突，造成不必要的返工，這樣也不利于汽輪機(jī)中的工藝管道施工安裝工程的效率和施工質(zhì)量，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)的施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝。

3 汽輪機(jī)中的工藝管道的設(shè)計

對于汽輪機(jī)的管道設(shè)計，離心式壓縮機(jī)用汽輪機(jī)驅(qū)動時，汽輪機(jī)和壓縮機(jī)的管道布置應(yīng)統(tǒng)籌考慮。蒸汽進(jìn)出管道布置應(yīng)經(jīng)應(yīng)力分析進(jìn)行確定。非凝汽式汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)出口管道布置應(yīng)滿足相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，蒸汽進(jìn)出口切斷閥應(yīng)盡可能靠近蒸汽總管布置。蒸汽切斷閥至汽輪機(jī)進(jìn)口管之間的管道上，應(yīng)配置供拆卸的法蘭短節(jié)，以便在試車前安裝供清掃用的臨時管線。在汽輪機(jī)蒸汽管道的布置中，排氣管接口應(yīng)布置與汽輪機(jī)的上部。汽輪機(jī)中的高位點(diǎn)處應(yīng)該配置有相應(yīng)的安全閥門，同時在安全閥門左右應(yīng)該采取相應(yīng)的安全措施，保證在安全閥門附近的地方有人經(jīng)過時，保證人員通行的安全，一般在半徑8m 左右的區(qū)域中應(yīng)該采取一定的安全保護(hù)措施。在安全閥門布置時，還應(yīng)該考慮可能會出現(xiàn)的反作用力，防止反作用力對安全閥門造成的影響，各個部件在區(qū)域中的布局應(yīng)該合理，空間應(yīng)該合理利用，保證不出現(xiàn)浪費(fèi)空間的現(xiàn)象。

由于汽輪機(jī)屬于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，受力敏感，因此在冷、熱狀態(tài)的情況下，進(jìn)出口管道作用于汽輪機(jī)進(jìn)出口管嘴的力和力矩均應(yīng)小于汽輪機(jī)進(jìn)出口管嘴所允許承受的力和力矩。對于輔助管道的設(shè)計，汽輪機(jī)中涉及的輔助系統(tǒng)較多，應(yīng)該對各套輔助系統(tǒng)在施工布置以及前提設(shè)計的過程中，考慮輔助系統(tǒng)具體的安裝位置。汽輪機(jī)中主要的輔助系統(tǒng)主要包括潤滑油系統(tǒng)、放空管系統(tǒng)等。在機(jī)械系統(tǒng)中，潤滑油系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)保持正?？煽窟\(yùn)轉(zhuǎn)所必不可少的部分，通過輪滑油可以使汽輪機(jī)中的各個機(jī)械零件保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，不會出現(xiàn)機(jī)械效率降低的情況，這樣也能提高汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)的使用壽命。從設(shè)備的全壽命周期角度考慮，這樣也能夠提高管道系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)效益。除了潤滑油系統(tǒng)之外，密封油也是重要的輔助系統(tǒng)之一。在汽輪機(jī)中的管道系統(tǒng)中，采用密封油可以提高汽輪機(jī)中的管道系統(tǒng)的密閉性能，這樣也有利于保持汽輪機(jī)中的管道系統(tǒng)的正常運(yùn)行。氣體平衡管在汽輪機(jī)中的管道系統(tǒng)中也能夠發(fā)揮出較大的作用，能夠平衡汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)之間的氣體壓力，這樣不會出現(xiàn)因?yàn)闅怏w壓力不平衡導(dǎo)致的汽輪機(jī)管道系統(tǒng)的運(yùn)行故障問題，也能夠提高汽輪機(jī)中的管道系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行時間。汽輪機(jī)中的輔助管道系統(tǒng)不應(yīng)影響其他管道系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如汽輪機(jī)中的主要管道系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題需要進(jìn)行檢修時，應(yīng)該能夠方面檢修工作的開展，保證具有足夠的檢修空間。同時，汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)在坡度的設(shè)計方面，應(yīng)該保證坡度在合理的水平上，不能出現(xiàn)坡度過大導(dǎo)致各個管道系統(tǒng)之間的配合出現(xiàn)問題，也不能出現(xiàn)坡度過小，導(dǎo)致汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)難以正常發(fā)揮作用，這樣都不利于汽輪機(jī)中整個管道系統(tǒng)的正常運(yùn)行。合理的坡度設(shè)計，也有利于后期對汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)，如對管道系統(tǒng)的清掃等。管道系統(tǒng)中所采用的彎頭應(yīng)該在合理的范圍內(nèi)，彎頭設(shè)置的過多，容易使管道系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜度增加，這樣也容易使管道系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障的問題。彎頭的數(shù)量設(shè)置過少，也難以發(fā)揮出汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)的正常功能。

在技術(shù)方面最突出的特點(diǎn)是對通流部分及主汽閥、調(diào)節(jié)閥、汽缸等各部分主蒸汽流經(jīng)的部位進(jìn)行全面系統(tǒng)設(shè)計，通過這樣的設(shè)計，可以節(jié)省汽輪機(jī)中所采用的能源，提高汽輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時還可以增加汽輪機(jī)整體的發(fā)電出力，故具有較為明顯的整體經(jīng)濟(jì)效益?？梢圆捎媚壳拜^為常用的優(yōu)化算法進(jìn)行分析，如人工智能算法中的遺傳算法，配合其他數(shù)據(jù)優(yōu)化算法，可以對汽輪機(jī)中的各個管道系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，重點(diǎn)對汽輪機(jī)中的葉片進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，降低汽輪機(jī)中的葉片的損耗，提高汽輪機(jī)中的葉片的剛性。通過預(yù)扭裝配使動葉片形成整圈聯(lián)接，可以使動葉片振動應(yīng)力減小，不存在鉚接造成的應(yīng)力集中，運(yùn)行安全可靠。

汽缸前端與前軸承座相連，在垂直方向設(shè)有定位左右膨脹的垂直鍵，以保證軸承座在膨脹時中心不致變動。前軸承座坐于前座架上，前座架上裝有熱膨脹傳感器，以反映汽輪機(jī)靜子部分的熱膨脹。后汽缸則支承在左右兩側(cè)的后座架上，在左右后座架與后缸連接面上設(shè)有橫銷，與汽輪機(jī)軸中心線的交點(diǎn)構(gòu)成汽缸熱膨脹的死點(diǎn)。汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，面臨的情況較為復(fù)雜，隨時可能會出現(xiàn)較大的變化，應(yīng)該對可能會出現(xiàn)的問題進(jìn)行考慮。這樣能夠保證汽輪機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能夠保持正常運(yùn)行，具有一定的運(yùn)行靈活性，也有利于汽輪機(jī)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

汽輪機(jī)中的管道系統(tǒng)是汽輪機(jī)中的重要組成部分，管道系統(tǒng)的正常運(yùn)行對于汽輪機(jī)而言十分重要。本文對汽輪機(jī)中的各個系統(tǒng)中的管道布置進(jìn)行了分析，管道在布置時表面冷凝器兩段應(yīng)留有檢修管束所需要的空地，在此范圍內(nèi)，不應(yīng)布置管道。凡與表面冷凝器連接的管道，不宜采用螺紋管件及螺紋閥門，如采用時應(yīng)將螺紋焊死，以減少泄露。汽輪機(jī)組的軸封蒸汽進(jìn)出管道布置，宜布置在潤滑油進(jìn)出總管的另一側(cè)。本文所述方法對于提高汽輪機(jī)管道系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性具有一定的價值。