汽輪機(jī)紅套環(huán)高壓內(nèi)缸與外缸接口強(qiáng)度分析

黃智敏　王穎

摘 要：本文以新百萬超超臨界機(jī)組為研究對象，其中高（中）壓汽缸是汽輪機(jī)的重要部件，對汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，同時(shí)汽缸的工作環(huán)境也非常惡劣，內(nèi)外溫差、壓力都很大，故研究汽缸強(qiáng)度是非常有必要的，而汽缸上應(yīng)力最集中的地方則是內(nèi)外缸接口處，接口處的載荷大，危險(xiǎn)截面處的應(yīng)力相應(yīng)也大，同時(shí)還受動載荷沖擊，所以接口處的好與壞對汽缸的使用壽命有著非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；高壓內(nèi)缸；支撐鍵

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

哈汽公司為適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)電力市場技術(shù)的發(fā)展需求，開發(fā)出能夠適應(yīng)蒸汽壓28MPa、蒸汽溫度600℃的百萬高效超超臨界汽輪機(jī)。各方面性能較其他同類型機(jī)組均有較大幅度提高，產(chǎn)品具有較強(qiáng)市場競爭能力。擁有完全自主技術(shù)產(chǎn)權(quán)，不受出口限制。

1 引言

高壓內(nèi)缸采用規(guī)則的圓筒形結(jié)構(gòu)，取消水平結(jié)合面的法蘭。汽缸上應(yīng)力最集中的地方則是內(nèi)外缸接口處，接口處的載荷大，危險(xiǎn)截面處的應(yīng)力相應(yīng)也大，同時(shí)還承受動載荷沖擊、切向進(jìn)氣推力等。所以接口處的好與壞對汽缸的使用壽命有著非常重要的作用。

2 高壓內(nèi)外缸布局

高壓內(nèi)外缸接口處如圖1-2所示，有A、B、C、D、E、F六處位置。分別考核其強(qiáng)度是否合格。

3 工作條件下高壓內(nèi)外缸接口強(qiáng)度分析

3.1 A接口為危險(xiǎn)接口，垂直方向的載荷

3.1.1 汽缸以及其附屬設(shè)備的重量，包括高壓內(nèi)缸、內(nèi)掛隔板和汽封體等

經(jīng)計(jì)算高壓內(nèi)缸重心位于進(jìn)汽中心線左側(cè)，內(nèi)缸軸向長度。A接口所分擔(dān)的重量：

3.1.2 汽缸最大功率：

A接口分擔(dān)的轉(zhuǎn)動扭矩所引起的作用力：

其中，高壓內(nèi)缸功率中心位于進(jìn)汽中心線左側(cè)，l為接口中心到進(jìn)汽口中心線徑向距離，n為轉(zhuǎn)速。

3.1.3 主蒸汽切向進(jìn)汽推力：

A接口分擔(dān)的推力扭矩所引起的作用力，其中為推力直徑。

3.1.4 A接口分擔(dān)的垂直向下的總載荷

危險(xiǎn)截面處應(yīng)力：

彎應(yīng)力：

剪應(yīng)力：

合應(yīng)力：

經(jīng)過計(jì)算可得，內(nèi)缸材料溫度550下持久強(qiáng)度136Mpa，許用應(yīng)力80Mpa，計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求。

3.2 A接口為危險(xiǎn)接口，軸向載荷

A接口分擔(dān)的軸向氣流推力如下。

3.2.1 壓差引起的軸向汽流推力

為一級動葉后壓力，為二級級間壓力，以下各級如此類推，為對應(yīng)的進(jìn)氣側(cè)外徑，為進(jìn)氣側(cè)內(nèi)徑，為出氣側(cè)外徑，為出氣側(cè)內(nèi)徑。

計(jì)算得A接口分擔(dān)的軸向氣流推力。

3.2.2 動量引起的軸向汽流推力

其中：G=流量，t/hr；=進(jìn)口速度的軸向分量，m/s；VZ2=出口速度的軸向分量，m/s；由下式計(jì)算：

在第一級：

在其它級：

由下式計(jì)算：

其中：=上一級動葉出口相對速度出氣角，deg；=靜葉出口絕對速度出氣角，deg；=上一級動葉片出口相對速度，m/s；=靜葉出口絕對速度，m/s。計(jì)算得，遠(yuǎn)小于。

A接口軸向推力內(nèi)缸危險(xiǎn)截面，計(jì)算合應(yīng)力小于許用應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求。

3.3 C接口為危險(xiǎn)接口，所承受的載荷

C接口承擔(dān)垂直方向的重量和轉(zhuǎn)動扭矩所引起的垂向力，經(jīng)核算滿足強(qiáng)度要求。

3.4 E、F接口強(qiáng)度

E、F設(shè)計(jì)時(shí)接口處并不壓緊，無需考核接口強(qiáng)度。

4 冷態(tài)安裝條件下接口強(qiáng)度分析

此時(shí)考核的冷態(tài)安裝時(shí)高壓內(nèi)缸不只承受本身重量及隔板重量還有轉(zhuǎn)子重量，因此冷態(tài)工況下只考慮重力引起的豎直向載荷是否滿足強(qiáng)度要求。圖1可見A、B、C、D接口為危險(xiǎn)接口。由3.1.1計(jì)算方法可得，計(jì)算應(yīng)力小于許用值，滿足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)論

通過對新百萬高壓內(nèi)外缸的接口強(qiáng)度分析，我們得到如下結(jié)論：

（1）通過計(jì)算可知，高壓內(nèi)外缸的接口在工作狀態(tài)下滿足強(qiáng)度要求。（2）通過計(jì)算可知高壓內(nèi)外缸的接口在冷態(tài)安裝條件下滿足強(qiáng)度要求。

作者簡介：黃智敏（1986-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，設(shè)計(jì)工程師，研究方向：汽輪機(jī)強(qiáng)度分析。