某600MW汽輪機(jī)結(jié)合面變形漏汽處理分析

某600MW汽輪機(jī)結(jié)合面變形漏汽處理分析0.前言汽缸即汽輪機(jī)的外殼，汽缸的作用是將汽輪機(jī)的通流部分與大氣隔開(kāi)，將蒸汽包容在汽缸，以形成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的封閉汽室。汽缸內(nèi)裝有噴嘴、隔板和汽封等部件，它們統(tǒng)稱(chēng)為靜子，與轉(zhuǎn)子一起組成汽輪機(jī)的通流部分。汽缸內(nèi)裝有噴嘴室、噴嘴(靜葉)、隔板套(靜葉持環(huán))、汽封等部件。在汽缸外連接有進(jìn)汽、排汽、回?zé)岢槠裙艿酪约爸С凶艿?。為了便于制造、安裝和檢修，汽缸一般沿水平中分面分為上、下兩個(gè)半缸。兩者通過(guò)水平法蘭用螺栓裝配緊固。汽輪機(jī)的結(jié)合面就是汽缸的水平法蘭。近幾年我國(guó)新裝機(jī)組和長(zhǎng)期運(yùn)行機(jī)組會(huì)遇汽缸結(jié)合面變形造成汽缸漏汽的問(wèn)題，汽缸的變形會(huì)造成蒸汽通流部件內(nèi)部中心偏離，產(chǎn)生摩擦，從而引起部件的損壞，內(nèi)部摩擦還會(huì)造成啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)過(guò)大。結(jié)合面變形后無(wú)法完成密封作用，造成它所密閉的腔室產(chǎn)生漏汽，漏汽包括內(nèi)漏和外漏。內(nèi)漏就是汽輪機(jī)汽缸內(nèi)部發(fā)生串汽現(xiàn)象，高壓蒸汽由高壓區(qū)域直接泄漏至低壓區(qū)域，這部分蒸汽沒(méi)有做功，造成能量的損失，同時(shí)會(huì)引起低壓區(qū)域溫度升高，使低溫區(qū)域的腔室材質(zhì)發(fā)生熱變形。外漏就是汽缸內(nèi)部的蒸汽直接泄露到外邊，這部分蒸汽能量損失更大。無(wú)論內(nèi)漏、外漏，泄漏的蒸汽都會(huì)長(zhǎng)期沖刷結(jié)合面，形成溝槽，泄漏量逐漸增大。如果蒸汽沿前后軸封處泄漏還會(huì)造成汽輪機(jī)潤(rùn)滑油中帶水的缺陷，如果從低壓內(nèi)缸泄露到低壓外缸內(nèi)，不但損失能量還會(huì)破壞凝汽器真空。由此可見(jiàn)，結(jié)合面變形漏氣嚴(yán)重危害大型汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。1.處理過(guò)程本文結(jié)合某600MW汽輪機(jī)結(jié)合面漏汽案例，分析了造成汽輪機(jī)結(jié)合面變形漏汽的主要原因，并且提出了處理結(jié)合面變形的方法，經(jīng)實(shí)踐證明，處理效果良好。某600MW汽輪機(jī)組是由日立／***電氣集團(tuán)聯(lián)合體生產(chǎn)制造的超臨界壓力、沖動(dòng)式、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，高壓級(jí)區(qū)域使用雙層缸構(gòu)造，以降低內(nèi)缸和外缸的應(yīng)力和溫度梯度。高壓蒸汽通過(guò)獨(dú)立安裝的截止閥和調(diào)節(jié)閥進(jìn)入汽輪機(jī)。上半缸和下半缸各有兩個(gè)蒸汽入口，這種設(shè)計(jì)使的缸體受熱更加均勻，且不容易變形。合金鋼高壓外缸由汽輪機(jī)端的汽輪機(jī)前箱和發(fā)電機(jī)端的中間箱提供支撐。缸體兩端在其水平中心線(xiàn)上均提供有支撐，并為了在橫向上定位鎖定在豎直中心線(xiàn)上的箱體上。當(dāng)運(yùn)行工況變化引起缸體膨脹和收縮時(shí)，該布置可保持固定部件與旋轉(zhuǎn)部件準(zhǔn)確找正。高壓內(nèi)缸由四個(gè)墊片支撐在外缸內(nèi)，并由一個(gè)槽口配合開(kāi)展軸向固定。支撐墊塊上用于內(nèi)缸豎直找正的墊片應(yīng)具有硬化表面，以消除內(nèi)缸膨脹和收縮時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損。將內(nèi)缸固定在上、下豎直中心線(xiàn)上，以將其橫向定位。該布置可保持內(nèi)缸在所有運(yùn)行工況下都能準(zhǔn)確找正。該機(jī)組投產(chǎn)后第一次檢查性大修測(cè)量高壓內(nèi)缸空缸結(jié)合面間隙時(shí)，發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸在噴嘴處間隙嚴(yán)重超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，空缸最大間隙3.57mm，發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸變形缺陷后，發(fā)電廠調(diào)取機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，與制造廠家專(zhuān)家、電科院專(zhuān)家開(kāi)展分析研究。經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)該機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中為了加快停機(jī)速度，減少檢修工期，過(guò)早的打開(kāi)了上缸保溫，而且投入了快速冷缸裝置，由于控制不當(dāng)，上下缸溫差到達(dá)了70℃左右。由制造廠家提供的資料顯示該機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中允許的上下缸最大溫差為42℃。因此可以得出造成汽缸變形的主要原因是上下缸溫差大，導(dǎo)致產(chǎn)生的熱應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度，汽缸內(nèi)壁受到冷收縮受拉應(yīng)力，外缸受壓應(yīng)力，致使汽輪機(jī)結(jié)合面出現(xiàn)內(nèi)張口。考慮到該機(jī)組投時(shí)間不長(zhǎng)，同時(shí)該機(jī)組為超臨界機(jī)組，變形部位最大的部位恰恰為運(yùn)行溫度壓力最高的噴嘴處，一旦處理不當(dāng)，該處還會(huì)泄露蒸汽，嚴(yán)重影響機(jī)組的熱效率，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是非常巨大的；同時(shí)如果該部位長(zhǎng)期泄露，高溫高壓蒸汽會(huì)長(zhǎng)期沖刷汽輪機(jī)結(jié)合面，使泄露越來(lái)越大，嚴(yán)重威脅了機(jī)組運(yùn)行的安全性。因此經(jīng)電廠和制造廠家共同研究，為保證今后該機(jī)組運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，決定犧牲工期和檢修費(fèi)用，將高壓內(nèi)上、下缸返廠開(kāi)展對(duì)變形的上下缸結(jié)合面開(kāi)展機(jī)械加工處理，也就是采用高點(diǎn)去平原則的方案，徹底消除變形。按照高點(diǎn)去平原則，對(duì)上、下缸結(jié)合面采用機(jī)加工的方法找平，從根本上消除汽輪機(jī)結(jié)合面的變形。這樣處理面臨的問(wèn)題就是，時(shí)結(jié)合面厚度也相應(yīng)減薄，從而汽缸內(nèi)部各部間隙也就發(fā)生相應(yīng)的變化，要開(kāi)展相應(yīng)的調(diào)整。高壓上下內(nèi)缸到廠后，制造廠對(duì)汽缸變形情況又作了進(jìn)一步測(cè)量，測(cè)得高壓下缸結(jié)合面變形最大為1.65mm，這與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的情況一致，也就是說(shuō)依照高點(diǎn)去平原則，結(jié)合面的最高點(diǎn)與凹點(diǎn)差1.65mm，那么高壓下缸的加工量為1.65mm，按此數(shù)據(jù)加工后汽輪機(jī)結(jié)合面找平；同理，制造廠測(cè)量的高壓上缸結(jié)合面變形最大為1.70mm，高壓上缸結(jié)合面變形加工量為1.70mm。由于高壓下缸結(jié)合面發(fā)生變形，那么原本與結(jié)合面平行的缸內(nèi)掛耳支撐水平面也相應(yīng)的發(fā)生變形，為了保證缸內(nèi)下噴嘴組、下隔板、下軸封體的掛耳(未變形)與缸上的支撐水平面接觸面積，因此要對(duì)高壓內(nèi)下缸掛耳支撐水平面開(kāi)展機(jī)加工。以加工后的汽缸水平結(jié)合面為基準(zhǔn)，對(duì)支撐水平面車(chē)削找平，以將支撐水平面找平的最小加工量車(chē)削即可。這樣加工后不會(huì)改變下缸內(nèi)下噴嘴組、下隔板、下軸封體的洼窩中心和膨脹間隙。前面已經(jīng)提到由于下缸內(nèi)保證各部件的洼窩中心和膨脹間隙位置的掛耳的支撐水平面相對(duì)位置沒(méi)有改變，因此下缸各部件的間隙也就不會(huì)改變。而上下內(nèi)缸結(jié)合面都開(kāi)展了機(jī)加工，因此結(jié)合面厚度就會(huì)減薄3.35mm(上缸加工量1.65mm加上下缸加工量1.70mm)，那么上缸內(nèi)上噴嘴組、上隔板、上軸封體的膨脹間隙就會(huì)減小，需要對(duì)高壓內(nèi)上缸內(nèi)各部件的止口開(kāi)展車(chē)削。具體的車(chē)削數(shù)值要對(duì)每道止口開(kāi)展分別測(cè)量后計(jì)算得來(lái)，只要加工到膨脹間隙>2mm即可。由于上、下缸結(jié)合面機(jī)加工后消除了結(jié)合面張口的變形，那么高壓上、下相對(duì)位置也就發(fā)生了變化，原來(lái)的定位銷(xiāo)也就起不到定位作用，因此需要重新對(duì)上、下缸位置開(kāi)展找正，然后將結(jié)合面螺栓緊住，重新鉆定位銷(xiāo)孔，佩定位銷(xiāo)。經(jīng)過(guò)以上步驟，完成了高壓缸變形處理的機(jī)加工過(guò)程，這就需要檢驗(yàn)一下處理的效果。在制造廠內(nèi)重新測(cè)量空扣和緊1／3螺栓后的高壓內(nèi)缸的汽輪機(jī)結(jié)合面間隙，結(jié)果顯示高壓內(nèi)缸機(jī)加工后，在空扣的情況下汽輪機(jī)結(jié)合面間隙最大為0.14mm，依然在噴嘴位置，但是緊1／3螺栓后間隙為0，嚴(yán)密性非常好，完全符合標(biāo)準(zhǔn)，這說(shuō)明本次加工非常成功。電廠對(duì)高壓缸開(kāi)展復(fù)裝后，機(jī)組啟動(dòng)一次成功，各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2.結(jié)論汽輪機(jī)結(jié)合面變形情況復(fù)雜，面積大，變形的處理非常困難，如何根據(jù)變形類(lèi)型、現(xiàn)場(chǎng)需要確定處理方案是實(shí)際工程中處理結(jié)合面變形漏氣所面臨的重要問(wèn)題。在本文中是采用高點(diǎn)去平原則處理內(nèi)張口、規(guī)則中間弓背型結(jié)合面變形的方案。這種方案的特點(diǎn)就是通過(guò)完全機(jī)械加工的方法對(duì)存在缺陷的汽缸包括缸內(nèi)各部件開(kāi)展處理，方法相對(duì)單一、處理徹