(福建福清核电有限公司 福建福清 350318)
摘要:某电厂在安装阶段,监测高中压间汽封间隙变小,在各个阶段对数据进行了测量和分析;根据设计计算和现场情况,分析主要原因为支吊架载荷附加和焊接应力变化。通过计算机组首次冲转、正常功率热态运行、机组甩负荷极限运行工况下汽封间隙所需的理论最小值,并与测量值进行比较。最终得出结论,在机组首次冲转时可满足运行要求,但是在机组后续热态运行时,需要进一步评估对设备安全运行的影响并制定措施,确保机组安全稳定运行。
关键词:汽轮机;高中压缸;隔板;汽封间隙
1引言
某核电厂ACP1000型汽轮机高中压缸由静子部件和转子部件组成,高中压静子部件的高中压汽缸为单层缸、高中压合缸结构,高压和中压采用分流布置,高、中压进汽(汽缸高温区)位于汽缸中部,高压排汽和中压排汽分别位于汽缸两端,这种布置有利于汽缸的温度场分布均匀,同时有利于管道的布置,主要包括汽缸、支撑装置、隔板、汽封体、导汽管等。高中压转子部件为焊接式,由转子体和叶片两部分组成,转子体均由若干锻造件焊接而成,高中压转子有9级高压动叶片和4 级中压动叶片,各级动叶片均为自带冠的叉形叶片,通过销子固定在轮盘上。
高中压中间汽封体共有12个汽封圈,其中1-7#顶部汽封间隙(汽封圈与转子间隙)设计值为1.89-2.09mm,8-12#顶部汽封间隙设计值为1.97-2.19mm。汽轮机现场安装时采用压铅丝的方法进行高中压间汽封间隙测量,并在扣缸前使用测量专用工具测量固定平台至汽封圈距离(位置处于1-7#汽封圈,记L1值),在扣缸后再次使用专用工具测量固定平台至转子距离(位置与L1值相同,记L2值),L1与L2的差值即为中间汽封间隙。在导汽管安装后测量L2值发现数据发生明显变化,根据现场实际情况对缸体高压侧上抬0.40mm、中压侧上抬0.56mm进行调整,L2值与扣缸后的初始值仍有较大变化(表1)。中间汽封间隙变化较大,可能会导致后期运行过程中发生动静碰摩,严重威胁机组安全运行,需进行原因分析与后续运行评估。
2原因分析
2.1数据分析
经查询,压铅丝扣缸后汽封体1-7#汽封圈顶部间隙为2.07-2.12mm,满足设计的要求,而扣缸后采用专用工器具进行测量的数据为1.70mm,存在0.37-0.42mm的工具测量误差。导汽管安装后,使用工具测量汽封间隙为0.51mm,相比扣缸时减小了1.19mm;通过缸体猫爪调整后测量的间隙值为1.41mm,相比扣缸时减小0.29mm。但是汽轮机高中压转子使用盘车进行直轴后,测量中间汽封间隙值为1.00mm。
在高中压缸体扣缸后使用间隙测量专用工具测量初始L2值时,机组处于现场安装阶段,高中压转子无法进行盘车直轴,在分析后期中间汽封间隙变化时应使用未直轴数据进行对比分析。但是在进行机组后期运行评估时,为保障机组运行的安全性,需采用直轴后的间隙数据进行计算。
2.2原因分析
根据厂家提供的高中压外缸刚性和强度分析报告,在半实缸状态下,上半隔板载荷施加后,高中压缸中间汽封体悬挂销支撑位置上下方向变形约0.63mm,;高中压缸上半就位后(重量约113T,螺栓未紧固),高中压缸中间汽封体悬挂销支撑位置上下方向变形约0.20mm,累计变形0.83mm。而通过对现场安装数据和厂家总装数据进行分析整理,半实缸到所有通流部件上半变形约0.70mm,通流部件上半到放置缸体上半变形约0.20mm,汽缸刚度有限元分析与实际安装情况汽缸下沉基本吻合,可排除汽缸刚度不足导致中间汽封间隙变化。
根据现场安装情况及有限元计算,可初步分析造成高中压缸中间汽封间隙减小0.29mm的原因只要有以下两个方面:高中压导汽管管口及支吊架载荷会使缸体变形;除此之外,高中压缸体底部有十多条较大焊缝,由于焊缝收缩、焊接热应力、管道支架安装应力等亦会造成汽缸变形,这两点是造成中间汽封间隙变化的最主要原因。
3运行情况分析
针对高中压缸中间汽封间隙减小,现场结合安装情况、机组设计特点等因素对机组后续运行阶段进行评估,主要从机组安全性角度进行分析。分析认为在运行阶段主要有以下几个因素对运行间隙产生影响(负数代表间隙减小,正数代表间隙增加):汽轮发电机组轴系在1500rpm转速下,根据设计特点,轴系上浮约0.25mm;在功率运行条件下,蒸汽压力和温度场作用下,汽封体位置挠度变化-0.17mm作用;在主蒸汽温度为279℃,由于转子和高中压间汽封体线涨系数不同,两者的径向理论涨差约为-0.34mm,详细数据见表2。
在机组安装后首次进行冲转(非核冲转),由于冲转蒸汽量小,压力温度较低,且整个冲转过程短(约90分钟),转子和汽缸相对温升小,此时仅有轴系上浮量影响其封间隙,此时间隙理论最小值约为0.75mm(1-0.25=0.75),满足机组运行要求;在热态功率运行情况下,缸体与转子完全受热膨胀,上述三个影响因素均会对其封间隙造成影响,此时汽封间隙理论最小值约为0.24mm(1-0.25-0.17-0.34=0.24),满足机组运行要求;在机组甩负荷极限工况下,轴系最高转速为1650rpm,此时转子最大径向变形为0.21mm,此时汽封间隙理论最小值约为0.20(1-0.25-0.21-0.34=0.20),也能基本满足机组运行需求。
为充分检查整个高中压缸汽封间隙情况,根据高中压隔板压铅丝测量数据,对各级高中压隔板顶部间隙进行了计算分析。根据最终分析结果,高中压间汽封体位置间隙是整个高中压通流间隙中最小值,即运行中最危险区域,在高中压间汽封间隙满足运行条件下,其余高压和中压各级隔板汽封间隙也满足运行需求,其详细数据如表3所示。
4结论
高中压缸通流间隙设计的基本准则是要满足机组的安全性和经济性,设计给出的间隙范围是在稳态理论设计值的基础上叠加考虑了修正值和适当余量,是基于专业知识和经验做出的其认为必要的其他附加因素,例如实际加工精度、实际装配情况、材料实际的热涨等物理性能、温度场的实际分布、轴系热态的实际上浮量及滑销系统的膨胀等等,这个间隙值范围是一个基本要求。根据以上设计理论分析,结合现场安装数据,认为高中压汽缸刚性计算结果准确,汽缸刚性满足机组安装、运行需求。针对目前扣缸后汽缸变形0.29mm导致间隙减小的情况,在首次冲转期间,高中压间汽封体在现有间隙条件下满足机组安全运行需求,在各转速平台密切注意高中压模块异音情况,在冲转后及时拆开缸体保温与汽封管道后测量该位置间隙值,以及时查看冲转过程对间隙的影响。若冲转期间机组发生振动超标,且确定振动发生点位于高中压通流,则需要开缸重新调整通流间隙;若未发生超标振动,数据复测变化也较小,则可不做处理。
但考虑数据测量误差及置信度,在不考虑其他安装问题或状态的情况下,即使首次冲转短时可能不会产生碰摩,但在功率试验平台的阶跃升、降负荷,特别是甩负荷试验工况下,机组产生碰摩及振动的可能性很大,需进一步评估对设备安全运行的影响并制定措施。并认真考虑冲转及后续试验过程中的监督干预措施,风险评估,制定处理预案。需高度关注热态试验及运行期间的设备可靠性在非核冲转后的实质性工作,明确中间汽封体通流间隙的标准。在制定方案与决策中,需重点考虑该机型的技术信息成熟度,保守决策,确保后续试验顺利进行及机组在功率平台各工况的安全可靠运行。
参考文献
无。
作者简介
付晴(1990—),男,福建福清人,本科,助理工程师,从事核电厂机组维护工作。
论文作者:付晴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/5/6