汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸變形問(wèn)題的討論

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1、汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸變形問(wèn)題的探討梅志農(nóng)(上海市電力公司上海200002)摘要：通過(guò)汽缸變形的機(jī)理以及實(shí)際的運(yùn)行方式、運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)等資料，對(duì)楊樹(shù)浦發(fā)電廠125MW機(jī)組在投運(yùn)1年后發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)內(nèi)缸變形進(jìn)行了深入的探討，得出內(nèi)缸變形的原因是汽輪機(jī)在啟動(dòng)和增負(fù)荷階段，因溫度變化率超過(guò)設(shè)計(jì)值，引起內(nèi)缸熱應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形。該結(jié)論為今后機(jī)組安全運(yùn)行提供了技術(shù)依據(jù)。關(guān)鍵詞：高壓內(nèi)缸塑性變形熱變形快冷系統(tǒng)1999年9～10月，楊樹(shù)浦發(fā)電廠改建工程2號(hào)機(jī)組在計(jì)劃大修期間，發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸法蘭接合面部分呈內(nèi)張口變形，

2、同時(shí)高壓內(nèi)缸與中壓內(nèi)缸之間的汽封部分磨損。在大修停機(jī)時(shí)，為縮短汽缸冷卻至開(kāi)缸溫度時(shí)間，按汽輪機(jī)制造廠快速冷卻的要求，在實(shí)施滑參數(shù)停機(jī)后，進(jìn)行汽輪機(jī)強(qiáng)迫冷卻試驗(yàn)工作?！　∮捎谶\(yùn)行過(guò)程完全由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行，停機(jī)過(guò)程采用滑參數(shù)方式，加上投快速冷卻系統(tǒng)，使內(nèi)缸的變形原因分析復(fù)雜化。因此，電廠從汽缸變形的機(jī)理，輔以啟停過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)以及再次投運(yùn)后啟動(dòng)和帶負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)，客觀、全面地對(duì)汽缸變形的可能原因逐一進(jìn)行分析，從而得出2號(hào)機(jī)內(nèi)缸變形是由于汽輪機(jī)啟動(dòng)和增負(fù)荷過(guò)程中實(shí)際溫度變化率超過(guò)制造廠自動(dòng)控制設(shè)定值，造成內(nèi)缸

3、內(nèi)外壁溫差過(guò)大而發(fā)生塑性變形的結(jié)論。1汽缸塑性變形的原因分析1.1汽缸變形的可能原因　（1）常見(jiàn)原因是汽輪機(jī)在變動(dòng)工況，例如啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中溫度變化率過(guò)大，使汽缸內(nèi)外壁和法蘭內(nèi)外壁溫差過(guò)大，不僅產(chǎn)生熱翹曲，而且產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，則產(chǎn)生塑性變形，在溫差消失后，法蘭接合面會(huì)出現(xiàn)張口，并可能造成漏汽，這種變形有一定規(guī)律，可按變形現(xiàn)象形成的機(jī)理來(lái)進(jìn)行分析?！　??（2）汽缸也會(huì)因制造缺陷在運(yùn)行一段時(shí)間后產(chǎn)生變形。主要原因是鑄造后的大件，因厚度不同，澆口位置等影響，在凝結(jié)冷卻過(guò)程中因冷

4、卻速度不同，留有殘余應(yīng)力，若未很好消除，則在運(yùn)行中隨著溫度的變化，內(nèi)應(yīng)力會(huì)消失，造成汽缸發(fā)生變形。1.22號(hào)機(jī)高壓內(nèi)缸變形原因??（1）汽缸壁內(nèi)外溫差引起的熱變形　　2號(hào)汽輪機(jī)高壓段為雙層缸，在內(nèi)外缸之間夾層中流過(guò)的是高壓段的排汽返流至中壓段，內(nèi)缸外壁沒(méi)有隔熱屏屏蔽，內(nèi)缸外壁受到低溫汽冷卻，故內(nèi)缸內(nèi)外壁間的溫差較大?！　‘?dāng)汽缸壁厚在內(nèi)壁溫度高于外壁溫度時(shí)，內(nèi)壁熱膨脹量較外壁大，內(nèi)壁熱膨脹受外壁的約束，使內(nèi)壁受壓應(yīng)力，而外壁受拉應(yīng)力。當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)及加負(fù)荷過(guò)快，內(nèi)壁溫升率很大時(shí)，則會(huì)引起內(nèi)外壁溫差很大，內(nèi)壁所

5、受壓應(yīng)力也很大，若超過(guò)材料的屈服限，則將產(chǎn)生塑性變形。在汽缸內(nèi)外壁溫差趨于零后，例如停機(jī)完全冷卻后，這種內(nèi)壁因受壓而產(chǎn)生的永久變形已使內(nèi)壁圓周變短，外壁基本不變，故汽缸法蘭接合面處主要呈現(xiàn)內(nèi)張口變形。汽輪機(jī)的降溫過(guò)程過(guò)快，同樣會(huì)造成汽缸外張口變形。?（2）汽缸法蘭內(nèi)外壁溫差引起的熱變形　　2號(hào)汽輪機(jī)汽缸法蘭厚度是缸壁的3～4倍，故法蘭溫度低，因此法蘭沿軸向法蘭內(nèi)外壁均存在較大溫差，在水平面內(nèi)產(chǎn)生熱變形。　　當(dāng)法蘭內(nèi)壁溫度高于外壁溫度時(shí)，內(nèi)側(cè)熱膨脹量大，外側(cè)熱膨脹量小，則沿汽缸軸向方向各橫截面產(chǎn)生彎曲變形，

6、兩端向外彎曲，中間向內(nèi)彎曲，因汽缸垂直方向剛度小，在這種變形力的作用下，汽缸兩端的水平部分被拉大，呈一橫橢圓形（水平軸大于垂直軸），使通流部分上下間隙變小，水平間隙變大，法蘭接合面呈外張口；中間部分成為一豎橢圓形（垂直軸大于水平軸），法蘭呈內(nèi)張口。2汽缸變形測(cè)量和啟動(dòng)數(shù)據(jù)的分析2.1內(nèi)缸變形量測(cè)量結(jié)果　　1999年9月17～19日，對(duì)變形內(nèi)缸進(jìn)行了不緊螺栓、緊1/3螺栓、緊全部螺栓和熱緊全部螺栓后汽缸中分面間隙測(cè)量，不緊螺栓的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖1?！　y(cè)量結(jié)果為汽缸已發(fā)生內(nèi)張口變形，變形最大部分在高壓汽封端，未

7、緊螺栓時(shí)測(cè)量上下缸橢圓度上下方向6.3mm，三彎方向3.95mm；熱緊螺栓后，內(nèi)缸中分面最大張口為0.05mm可塞進(jìn)40～50mm，在高壓汽封端處橢圓度測(cè)量為4.77mm，三彎方向4.71mm?！　臏y(cè)量的數(shù)據(jù)可知，從高壓汽封向兩端以軸向方向內(nèi)張口變形量逐漸變小，這與汽缸在啟動(dòng)和加負(fù)荷時(shí)引起變形的機(jī)理相符。熱緊全部螺栓后可消除內(nèi)張口，這雖然可以保證正常工況時(shí)高壓內(nèi)缸中分面無(wú)間隙運(yùn)行，不會(huì)吹壞汽缸平面，但由于已發(fā)生內(nèi)張口變形，原制造廠要求的螺栓熱緊力為克服內(nèi)張口塑性變形量，使原有水平接合面的緊力余度相應(yīng)減少

8、，如果通過(guò)增加螺栓緊力來(lái)達(dá)到原緊力要求，則螺栓的使用壽命將減少。2.2啟動(dòng)數(shù)據(jù)的分析　　2號(hào)機(jī)大修后再次啟動(dòng)時(shí)，對(duì)機(jī)組的主蒸汽溫度、高壓內(nèi)缸壁溫度等重要參數(shù)進(jìn)行了記錄，汽輪機(jī)啟動(dòng)和帶負(fù)荷過(guò)程完全按制造廠預(yù)置的程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)。　　制造廠的設(shè)計(jì)思想是通過(guò)內(nèi)缸壁2點(diǎn)100％深度的溫度測(cè)點(diǎn)來(lái)?yè)Q算出汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力，而整個(gè)啟動(dòng)、停機(jī)和增減負(fù)荷過(guò)程的應(yīng)力控制是以轉(zhuǎn)子的計(jì)算應(yīng)力進(jìn)行設(shè)置，所以如果實(shí)際轉(zhuǎn)子應(yīng)力滿足要求范圍，則可推斷高壓內(nèi)缸應(yīng)力