汽輪機(jī)組凝汽器變形分析及加固措施

郝欣麗 張明柱 吳秋梅

摘 要：某電廠汽輪機(jī)冷凝器設(shè)備安裝完成后做灌水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凝汽器底板下部變形。用有限元分析的方法判斷是冷凝器設(shè)計(jì)的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)加固處理后，1號(hào)凝汽器在灌水試驗(yàn)時(shí)未發(fā)生變形問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：凝汽器;變形;加固

一、凝汽器的結(jié)構(gòu)

凝汽器系統(tǒng)提供三個(gè)主冷凝器，每個(gè)冷凝器連接至一個(gè)汽輪機(jī)低壓缸排汽口。冷凝器水平放置、徑向流動(dòng)（從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看，右進(jìn)左出）、單流程、表面式，且有獨(dú)立水箱并在頂部有一個(gè)排汽進(jìn)口。冷凝器牢固安裝于底層，通過(guò)橡膠彈性連接件連至汽輪機(jī)排汽口。鈦管冷凝器的構(gòu)造保證安全和可靠運(yùn)行。作為電廠回路系統(tǒng)中的重要輔助設(shè)備之一，其主要作用是使在低壓缸內(nèi)完成做功后的乏蒸汽通過(guò)循環(huán)冷卻水冷凝并作為回?zé)嵯到y(tǒng)熱力循環(huán)所使用的工質(zhì)。

汽輪機(jī)凝汽器主要分為喉部膨脹節(jié)、水室、喉部低加上部模塊、下部模塊等部分，由裝焊的鋼板制成的殼體和排汽頸部，全部都是焊接結(jié)構(gòu)。按照徑向流動(dòng)原理，外殼比管束更大，可在管束周圍提供一定的空間，使大量的蒸汽從各個(gè)方向流向冷卻表面而產(chǎn)生的壓降最小。在冷凝器殼體兩頭法蘭之間安裝柔性隔板，這樣管板和水室能緩沖殼體和管束之間脹差。柔性隔板也可支撐管板和水室。汽輪機(jī)排汽進(jìn)口和汽輪機(jī)用橡膠補(bǔ)償節(jié)連接為了平衡任何運(yùn)行工況下三個(gè)冷凝器殼體的壓力，在排汽頸部裝有平衡管水室是圓柱形的，由型鋼板制成。水室有一個(gè)可拆卸的隔板，將腔室分為兩部分。并設(shè)有人孔。下部模塊是蒸汽凝結(jié)區(qū)，為管板鈦管結(jié)構(gòu)，殼體為整體焊接，低壓加熱器冷卻管用脹焊與管板相連。

二、變形問(wèn)題

某電站購(gòu)買了一組汽輪機(jī)凝汽器，在1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)凝汽器安裝完成后，依據(jù)程序進(jìn)行汽測(cè)灌水試驗(yàn)，灌水高度是距離低壓缸與凝汽器焊縫300mm處。在這次灌水試驗(yàn)中出現(xiàn)了汽輪機(jī)凝汽器的殼體側(cè)板從底板0到1700mm高度產(chǎn)生不同程度的變形。

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)凝汽器的殼體發(fā)生變形后，技術(shù)人員趕緊全部排出凝汽器殼側(cè)水，分別對(duì)1號(hào)機(jī)組凝汽器的變形區(qū)域進(jìn)行了兩次尺寸數(shù)字測(cè)量，分別是A/B/C三組凝汽器從底板向上0～1700mm范圍和C組凝汽器從底板向上1700～3200mm進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)對(duì)變形區(qū)域的加固管焊縫實(shí)施了無(wú)損檢查。

現(xiàn)以C組凝汽器距離下底板3280mm的高度位置為基準(zhǔn)吊鉛垂，因測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)是從凝汽器底板加固管向下掛鉛墜進(jìn)行測(cè)量，如果底板處不為零，則說(shuō)明安裝過(guò)程中凝汽器殼體板存在傾斜現(xiàn)象，顧計(jì)算變形量時(shí)要考慮原傾斜量。

技術(shù)人員測(cè)量的凝汽器變形數(shù)據(jù)。

由上面的數(shù)據(jù)得出，汽輪機(jī)凝汽器底板在0～1700mm范圍內(nèi)存在變形，從1700～3200mm范圍沒(méi)有發(fā)生變形。因A組凝汽器調(diào)端原始設(shè)計(jì)就要求得加固，所以變形較小。

三、變形原因分析

理論分析：技術(shù)人員用有限元分析的方法，通過(guò)理論計(jì)算得出凝汽器的結(jié)構(gòu)承受不了灌水實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的靜壓，將導(dǎo)致汽輪機(jī)凝汽器的側(cè)板靠近底板區(qū)域處發(fā)生塑性變形。

變形原因：①首先排查檢驗(yàn)方面：為了排除材料、制造方面、檢測(cè)等過(guò)程中導(dǎo)致灌水試驗(yàn)中殼體發(fā)生變形的可能性，技術(shù)人員核對(duì)了汽輪機(jī)凝汽器的加工材料合格證、汽輪機(jī)凝汽器的加工制造檢測(cè)記錄，沒(méi)有出現(xiàn)上面所述的問(wèn)題。所以檢驗(yàn)部門(mén)不是導(dǎo)致灌水試驗(yàn)發(fā)生殼體變形的因素。②考慮圖紙轉(zhuǎn)化方面：該汽輪機(jī)凝汽器是根據(jù)圖紙進(jìn)行生產(chǎn)加工制造并檢驗(yàn)發(fā)貨的。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)公司和制造公司再三確認(rèn)，確定圖紙轉(zhuǎn)化沒(méi)有問(wèn)題。所以圖紙轉(zhuǎn)化方面也不是導(dǎo)致灌水試驗(yàn)?zāi)鳉んw發(fā)生變形的因素。③技術(shù)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可能導(dǎo)致凝汽器變形的主要焊縫進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焊縫開(kāi)裂等缺陷。因此，焊縫開(kāi)裂也不是導(dǎo)致灌水試驗(yàn)?zāi)鞯臍んw變形的因素。

小結(jié)：在設(shè)計(jì)圖紙無(wú)誤，加工制造無(wú)誤、驗(yàn)收無(wú)誤的前提下，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)工作人員的實(shí)際測(cè)量結(jié)果，技術(shù)人員判斷1號(hào)機(jī)組在灌水試驗(yàn)條件下出現(xiàn)的殼體變形，是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的缺陷問(wèn)題才導(dǎo)致的結(jié)果。根據(jù)技術(shù)人員的有限元分析結(jié)果和實(shí)際測(cè)量情況，凝汽器殼體確實(shí)發(fā)生了塑性變形。最終得出的結(jié)論是凝汽器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷。

四、處理措施

依據(jù)凝汽器殼體的結(jié)構(gòu)和上面的分析結(jié)果，提出對(duì)1號(hào)機(jī)凝汽器的殼體底板增加如圖1所示Φ114×7mm支撐管的方式進(jìn)行加固。在B/C凝汽器分別增加52根加固管，A凝汽器由于已經(jīng)有加固管，因此需要增加39根加固管。經(jīng)過(guò)有限元分析，該加固方案滿足灌水和運(yùn)行工況，加固方案可以實(shí)施。

具體加固部位如下圖所示：

加固工作完成后如圖3，繼續(xù)進(jìn)行凝汽器灌水試驗(yàn)，在安裝、調(diào)試完成后，這兩臺(tái)凝汽器均投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)機(jī)組的多次啟停，經(jīng)檢查凝汽器未發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)變形。

五、總結(jié)

某電廠冷凝器設(shè)備安裝完成后做灌水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凝汽器底板下部發(fā)生變形。本文結(jié)合有限元分析的方法，給出解決方案，經(jīng)過(guò)加固處理后，1號(hào)凝汽器在灌水試驗(yàn)時(shí)未發(fā)生變形問(wèn)題。證明了有限元分析在凝汽器變形改造中起到了巨大作用。

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