孙艳秋 吴来兵
（江西中电电力工程有限责任公司 江西景德镇 333000）
摘要:主要介绍某厂660 MW超超临界机组运行四年后首次开缸的检修情况，针对开缸过程中发现的高中压内缸变形状况进行了分析，通过反复测量并与厂家技术人员共同确认，采取对通流部分进行处理、调整的有效方案,解决了高中压内缸的变形问题。通过检修后，机组盘车、启动、带负荷均一次成功。
关键词: 汽缸 变形 通流安全运行
0 引言
某厂汽轮机引进日立技术生产制造的超超临界压力汽轮机，型号为： N660-25/600/600，是典型的超超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机；最大功率为742.109MW，额定出力660 MW。该汽轮机采用复合变压运行方式。2011年6月该厂二号机投入运行，此后除调停外正常运行，2015年2月该机组正常停运行进入计划检查性A修，本文主要介绍机组开缸后的检查情况，并针对高中压内缸变形的缺陷进行分析及提出处理方法。
表1 中压缸通流数据修前测量
表2 高压缸通流数据修前测量
1设备概况
1.1汽轮机本体结构特点
本汽轮机为纯冲动式汽轮机，级数相对较少，高中压缸采用合缸，减小了轴向长度和轴承数量。端汽封和轴承箱均处在温度较低的高、中压排汽口区域。高中压缸采用头对头布置方式，两个低压缸对称双分流布置，可大大减少轴向推力。汽轮机各个转子与发电机各转子采用刚性连接方式，轴系为挠性轴系。叶片采用弯曲/弯扭静叶和弯扭动叶，末级叶片为1016mm长叶片。汽轮机的汽封采用椭圆汽封。汽轮机正常启动方式是中压缸启动，当旁路系统出现故障时，也可采用高中压缸联合启动。汽轮机的结构特点：高中压缸合缸、两个低压缸都是双层缸结构，高压缸共有8级，中压缸共有6级，低压缸共有4×7级，全机共有42级。
1.2汽缸支撑及膨胀设计
本汽轮机的支撑方式为：高压外上缸通过猫爪支撑在1号轴承座和2号轴承座运行垫片上，外下缸通过汽缸法兰螺栓吊在高压外上缸。外下缸上设有安装猫爪，安装猫爪通过横销连接在轴承座上，下缸通过间隙调整螺栓紧固在轴承座上。上内缸通过汽缸螺栓紧固在高压下内缸上，高压下内缸通过猫爪支承在高中外下缸上，高压上进汽管通过4只螺栓紧固在高压下进汽室上，高压下进汽室通过支承脚支承在高压内下缸上，中压内上缸通过汽缸法兰螺栓紧固在中压内下缸上，中压内下缸通过猫爪支承在高中压外缸上。这种面支撑方式，可以减轻接触面的摩擦，受热膨胀和冷却时，可以自由移动。
2原因分析
2.1 制造过程中残存的应力
汽缸是整体铸造而成，铸造后的大件，因厚度不同，浇口位置等影响，在凝结冷却过程中因冷却速度不同，留有残余应力，精加工前需经时效处理，即须存放一些时间，使汽缸在铸造过程中所产生的内应力尽可能消除，如时效处理时间不足，汽缸在日后使用过程中易产生变形。
2.2 汽缸中分面螺栓紧固不当
汽缸中分面紧栓在首次安装过程由于紧固顺序不正确或紧力不足造成汽缸在运行过程中由于高温参数产生变形。
2.3 材质问题
东汽N660型高压内缸、中压内缸上下半均为Cr-Mo-V钢整体铸件，该材质高温性能及抗热疲劳能力不够。当热应力超过材料的屈服极限时，则产生塑性变形，在温差消失后，法兰接合面会出现张口，并可能造成漏汽。
2.4 汽缸受力不均
机组在运行过程中，汽缸的受力复杂，除承受汽缸内外汽体的压力差和装在汽缸内的各零部件重力等静载荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下对汽缸的作用力，在这些力的相互作用下，汽缸发生塑性变形。
2.5 汽缸壁内外温差引起的热变形
汽轮机高中压段为双层缸，在内外缸之间夹层中流过的是高压段的排汽返流至中压段，内缸外壁隔热屏屏蔽效果差，内缸外壁受到低温汽冷却，故内缸内外壁间的温差较大。
当汽缸壁厚在内壁温度高于外壁温度时，内壁热膨胀量较外壁大，内壁热膨胀受外壁的约束，使内壁受压应力，而外壁受拉应力。当汽轮机启动及加负荷过快，内壁温升率很大时，则会引起内外壁温差很大，内壁所受压应力也很大，若超过材料的屈服限，则将产生塑性变形。在汽缸内外壁温差趋于零后，例如停机完全冷却后，这种内壁因受压而产生的永久变形已使内壁圆周变短，外壁基本不变，故汽缸法兰接合面处主要呈现内张口变形。汽轮机的降温过程过快，同样会造成汽缸外张口变形。
3汽缸变形情况及分析：
2015年2月A级检修开缸后发现以下问题：
1）高中压内缸开缸后中分面有明显冲刷痕。
2）解体发现高中压内缸中分面间隙较大，变形严重，特征为内张口，最大间隙值处在高中压内缸两侧过桥汽封进汽室处，自由状态下最大间隙分别为3.3和3.2 mm、冷紧1/3螺栓后最大间隙为2.75 mm。
3）开缸后发现高中压缸通流部分变化较大，径向间隙偏小，高中压过桥汽封与转子城墙齿有严重碰磨，中压第4、5、6级隔板汽封和径向汽封大齿（即高齿）与转子城墙齿和叶顶围带的高齿发生轴向碰磨，造成转子围带与叶顶围带的城墙齿磨损较大，转子和叶顶围带的城墙齿几乎每个高齿发电机侧有较严重的磨损痕迹，高压缸HP2级轴向间隙偏差最大，达2.1mm,由于高中压缸呈对称布置，因此通流部分间隙高中压缸正好呈相反趋势。
表3 高压缸通流数据修后测量
表4 中压缸通流数据修后测量
4 改造及处理
(1) 汽缸加工：由于高中压内缸扣空缸测量间隙高达3.3 mm，考虑到即使通过改造降低汽缸内外壁温差，但是中分面间隙过大会造成汽缸中分面及汽缸螺栓受到蒸汽冲刷，造成汽缸漏汽。因此，对高中压内缸水平中分面进行铣削处理，汽缸水平中分面找正后，对隔板槽、配键、内孔、配合键槽、定位销孔等重新铣削加工。
更换中压进汽导汽管密封环，以减少由于密封漏汽造成对内缸内外壁间温差较大的影响。
针对通流部分轴向间隙偏差较大，汽封齿碰磨倒覆严重，厂家对部分高压隔板汽封进行了改造，对轴向位置重新进行字测量并配装异形汽封。考虑到高压部与中压部分通流间隙正好呈相反趋势变化，调整高压外下缸前后的调整垫片，高中压外缸整体向发电机方向移动2.1mm，以保证高压缸动静部分L、N值向标准值增加，同时中压部分动静部分L、N值向标准值缩小，见表（三）、表（四）。
5 处理理后效果
汽缸中分面经车削处理后内张口消除，冷紧三分之一中分面螺栓，0.03mm塞尺检查不入。
高压内缸内外壁温差660 MW时由修前的最大100 ℃缩小到60 ℃，温差有了明显好转,中压进汽室内外壁温差由修前的103 ℃降到45 ℃，温差问题得到了较好的解决。
机组检修后的热耗率比修前降低了113.64kJ/(kW.h)，高压缸内效率由修前的83.04%提高至84.18%,中压缸内效率由修前的90.75%提高至91.78%。
机组一次性并网成功，机组满负荷运行，参数正常。
6结论
汽缸变形对机组的安全性和经济性将产生很大的影响，考虑到此类机型在其它厂也出现此类情况，所以归结汽缸变形的主要原因有汽缸机械加工后的残余应力过大,高压内缸内外壁温差大，变工况过程中汽缸内壁应力过大，造成汽缸外张口变形。经过检修后的运行情况看,缸体温度得到了较好的改善,运行控制参数方面按规程进行操作，从后期运行统计数据看,达到较好的效果。
参考文献
[1]汽轮机设备及系统。中国电力出版社.
[2]西安热工研究院超超临界燃煤发电技术。中国电力出版社.
[3]火电厂大型汽轮机结合面变形漏汽理论与实践。山东大学.
[4]660MW超超临界中间再热凝汽式汽轮机维护说明书.
[5]二号机组A修后热耗、煤耗试验报告.
论文作者:孙艳秋,吴来兵
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/15
标签：汽缸论文; 中压论文; 汽轮机论文; 中分论文; 通流论文; 高压论文; 温差论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;