摘要：某1000MW汽轮机采用柔性特性的低压缸，高真空时局部变形变大导致低压缸间隙变小轴振突变和低压缸共振等特点。利用有限元理论对汽轮机低压外缸应力和变形量分析，通过局部增加辅助支撑，改善了汽缸受力情况，减小了局部变形量。
关键词：低压缸；变形；辅助支撑
0引言
某电厂一期1000MW汽轮机低压缸为引进东芝公司技术，由于机组容量大，低压外缸尺寸非常大，低压转子轴承座设计与低压外缸焊接为一体，因此低压外缸的刚度影响到整机机组的安全性。在机组运行时，当冬季低负荷或快速甩负荷高真空时使局部应力变大，表现为低压缸轴封间隙变小，动静碰摩轴振突变和低压缸轴向共振振动大，影响机组安全运行。因此需要对低压缸进行加固以改善其刚度。哈汽公司和东芝公司应用三维建模和有限元分析等方法，对汽轮机低压外缸刚度和变形量进行了详细分析，掌握了低压外缸在高真空状态下整体变形情况。根据分析结果，通过局部增加辅助支撑，适当加固，实现了汽缸局部刚度的增强，减小了局部变形量，部分解决了低压缸刚度问题对机组运行的影响。
1机组存在的问题概述
哈汽公司引进东芝公司的1000MW超超临界汽轮机低压缸模块采用坐缸式结构，即低压轴承座与低压缸整体焊接。机组投运后表现出汽缸随真空变化后变形引起低压汽封间隙变小碰摩和低压缸轴向共振振动大等问题。特别是1号机组低压缸及其轴承座轴向振动超标，严重影响机组安全运行。1号机组低压缸加固前轴向振动如表1所示。
表1 低压缸加固前轴向振动情况记录表
2低压缸变形分析
针对1000MW超超临界机组低压缸模块，哈汽公司和东芝公司采用有限元分析技术进行了数值模拟。如表2所示，根据计算结果，低压外缸在高真空状态下会发生整体变形，此变形量发生在汽缸中部。其中汽缸中分面法兰及撑脚处均在中间部位向缸内变形0.24~0.279㎜，内缸支撑平台向下变形引起内缸下降0.297㎜左右，此位置的向内向下收缩将使内缸下降0.2mm左右，端部汽封下沉0.42mm，轴承洼窝下沉0.211mm。通过分析，低压外缸变形量大的部位与理论研究的薄弱点相一致，分别为：低压外缸重量的主要支撑点，低压外缸真空吸力的主要受力点，低压外缸轴承载荷的承受点，这些位置由于承受的载荷较其他位置大得多，设计上若无特殊结构进行补强，变形量将远大于其他位置，从而影响低压外缸的刚度。
表2 低压缸变形及应力分析结果
3改进措施及分析
经过分析，哈汽公司在对原1000MW机组低压外缸采用适当增加辅助支撑的方法对低压缸进行加固，使刚度问题得到改善。在低压外缸端部上半外表面增加了若干加强筋，呈扇形分布，低压外缸电端上半内壁增加撑管和撑板，低压外缸电端下半增加两个撑管。改进之后的模型经有限元分析表明，外缸总应力、总变形、内缸支撑垂直变形、轴承洼窝垂直变形、汽封垂直变形均有一定的改善,其中轴承洼窝垂直变形和汽封垂直变形作用效果有关联。其中低压缸总应力减少25.3%，总变形减少32.3%，轴承洼窝垂直变形改善11.8%。其他基础的垂直及横向变形改善情况也均达到20%以上，低压缸变形和应力分析结果如表3所示。
表3 低压缸变形和应力分析结果
分析项目原始模型改进方案模型方案效果
总应力191.9Mpa143.3Mpa25.3%
总变形2.97㎜2.01㎜32.3%
内缸支撑垂直变形0.297㎜0.243㎜18.2%
轴承洼窝垂直变形0.211㎜0.186㎜11.8%
汽封内侧上部垂直变形0.420㎜0.409㎜2.6%
汽封外侧上部垂直变形0.281㎜0.264㎜6.1%
4效果分析
加固前后分别对低压缸及排汽导流环进行了测振，测量数据结果对比低压排气导流环加固前后的频率变化情况。大修机组稳定运行后机组振动较稳定，站在低压外缸台板上与大修前比较振感明显减小。运行中真空变化及负荷变化时#5、#6、#7、#8瓦振动变化幅度不大。机组振动情况见下表。低负荷（400MW以下）、机组真空96KPa时长期运行振动无明显变化，振动情况见下表及截图，机组振动情况有明显好转。
表4 加固后轴向振动情况记录表
负荷
（MW）真空
（kpa）#5轴
承座固/扩低压缸
A调端（μm）#6轴承座
（μm）固/扩低压缸
A电端（μm）#7轴承座
（μm）固/扩低压缸
B调端（μm）#8轴承座
（μm）固/扩低压缸
B电端（μm）
5005.2/5.798142/111100131/144114156/1134466/60
6005.3/5.9103141/113112126/138115162/1124565/51
7005.7/6.3110160/127104153/158107177/1344870/64
8006.1/7115163/113111145/144105169/1394669/61
9005.7/6.494156/126102130/15389173/1334167/54
5结语
通过对1000MW汽轮机低压缸的分析和改进，全面提高了低压缸关键部位的刚度特性，减小了由于汽缸变形引起的轴承洼窝的下沉量，改善了应力问题，解决了由于汽缸随真空变化产生变形而引起的动静碰摩和低压缸共振问题，为机组稳定运行创造了条件，整体改进方案经实际项目验证成熟可靠。
参考文献:
[1]方宇，刘东旗，徐琼鹰，等.超超临界1000MW空冷汽轮机低压缸刚性研究【J】，东方汽轮机，2013（1）:1-4.
[2]张华杰，张雪.1000MW汽轮机低压缸加固方案，机械工程师，2015年第4期
作者简介：
李军（1984-），男，湖北石首，工程师，发电厂汽轮机设备运行技术管理。
论文作者:李军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/28
标签：低压论文; 机组论文; 汽轮机论文; 刚度论文; 应力论文; 汽缸论文; 真空论文; 《电力设备》2019年第12期论文;