某600MW汽轮机结合面变形漏汽处理研究
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【摘 要】本文通过对某600mw机组汽缸结合面泄漏的处理，分析了造成泄漏的原因并提出了解决办法，通过解决汽缸结合面泄漏，可以有效的提高汽轮机的效率，为机组的安全经济运行提供帮助。
【关键词】汽轮机真空;漏汽;结合面
0.前言
汽缸即汽轮机的外壳，汽缸的作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，将蒸汽包容在汽缸，以形成蒸汽热能转换为机械能的封闭汽室。汽缸内装有喷嘴、隔板和汽封等部件，它们统称为静子，与转子一起组成汽轮机的通流部分。汽缸内装有喷嘴室、喷嘴(静叶)、隔板套(静叶持环)、汽封等部件。在汽缸外连接有进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。为了便于制造、安装和检修，汽缸一般沿水平中分面分为上、下两个半缸。两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。汽轮机的结合面就是汽缸的水平法兰。
近几年我国新装机组和长期运行机组会遇汽缸结合面变形造成汽缸漏汽的问题，汽缸的变形会造成蒸汽通流部件内部中心偏离，产生摩擦，从而引起部件的损坏，内部摩擦还会造成启动时的振动过大。结合面变形后无法完成密封作用，造成它所密闭的腔室产生漏汽，漏汽包括内漏和外漏。内漏就是汽轮机汽缸内部发生串汽现象，高压蒸汽由高压区域直接泄漏至低压区域，这部分蒸汽没有做功，造成能量的损失，同时会引起低压区域温度升高，使低温区域的腔室材质发生热变形。外漏就是汽缸内部的蒸汽直接泄露到外边，这部分蒸汽能量损失更大。无论内漏、外漏，泄漏的蒸汽都会长期冲刷结合面，形成沟槽，泄漏量逐渐增大。如果蒸汽沿前后轴封处泄漏还会造成汽轮机油中带水的缺陷，如果从低压内缸泄露到低压外缸内，不但损失能量还会破坏凝汽器真空。由此可见，结合面变形漏气严重危害大型汽轮机运行的经济性和安全性。
1.处理过程
本文结合某600MW汽轮机结合面漏汽案例，分析了造成汽轮机结合面变形漏汽的主要原因，并且提出了处理结合面变形的方法，经实践证明，处理效果良好。某600MW汽轮机组是由日立／东方电气集团联合体生产制造的超临界压力、冲动式、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，高压级区域使用双层缸结构，以降低内缸和外缸的应力和温度梯度。高压蒸汽通过独立安装的截止阀和调节阀进入汽轮机。上半缸和下半缸各有两个蒸汽入口，这种设计使的缸体受热更加均匀，且不容易变形。合金钢高压外缸由汽轮机端的汽轮机前箱和发电机端的中间箱提供支撑。缸体两端在其水平中心线上均提供有支撑，并为了在横向上定位锁定在竖直中心线上的箱体上。当运行工况变化引起缸体膨胀和收缩时，该布置可保持固定部件与旋转部件精确找正。高压内缸由四个垫片支撑在外缸内，并由一个槽口配合进行轴向固定。支撑垫块上用于内缸竖直找正的垫片应具有硬化表面，以消除内缸膨胀和收缩时的相对运动而产生的磨损。将内缸固定在上、下竖直中心线上，以将其横向定位。该布置可保持内缸在所有运行工况下都能精确找正。
该机组投产后第一次检查性大修测量高压内缸空缸结合面间隙时，发现高压内缸在喷嘴处间隙严重超过标准，空缸最大间隙3.57mm，发现高压内缸变形缺陷后，发电厂调取机组运行参数，与制造厂家专家、电科院专家进行分析研究。经查阅发现该机组在停机过程中为了加快停机速度，减少检修工期，过早的打开了上缸保温，而且投入了快速冷缸装置，由于控制不当，上下缸温差达到了70℃左右。由制造厂家提供的资料显示该机组在运行过程中允许的上下缸最大温差为42℃。因此可以得出造成汽缸变形的主要原因是上下缸温差大，导致产生的热应力大于材料的屈服强度，汽缸内壁受到冷收缩受拉应力，外缸受压应力，致使汽轮机结合面出现内张口。
考虑到该机组投时间不长， 同时该机组为超临界机组，变形部位最大的部位恰恰为运行温度压力最高的喷嘴处，一旦处理不当，该处还会泄露蒸汽，严重影响机组的热效率，带来的经济损失是非常巨大的；同时如果该部位长期泄露，高温高压蒸汽会长期冲刷汽轮机结合面，使泄露越来越大，严重威胁了机组运行的安全性。因此经电厂和制造厂家共同研究，为保证今后该机组运行安全性和经济性，决定牺牲工期和检修费用，将高压内上、下缸返厂进行对变形的上下缸结合面进行机械加工处理，也就是采用高点去平原则的方案，彻底消除变形。
按照高点去平原则，对上、下缸结合面采用机加工的方法找平，从根本上消除汽轮机结合面的变形。这样处理面临的问题就是，时结合面厚度也相应减薄，从而汽缸内部各部间隙也就发生相应的变化，要进行相应的调整。
高压上下内缸到厂后，制造厂对汽缸变形情况又作了进一步测量，测得高压下缸结合面变形最大为1.65mm，这与现场测量的情况一致，也就是说依照高点去平原则，结合面的最高点与凹点差1.65mm，那么高压下缸的加工量为1.65mm，按此数据加工后汽轮机结合面找平；同理，制造厂测量的高压上缸结合面变形最大为1.70mm，高压上缸结合面变形加工量为1.70mm。
由于高压下缸结合面发生变形，那么原本与结合面平行的缸内挂耳支撑水平面也相应的发生变形，为了保证缸内下喷嘴组、下隔板、下轴封体的挂耳(未变形)与缸上的支撑水平面接触面积，因此要对高压内下缸挂耳支撑水平面进行机加工。以加工后的汽缸水平结合面为基准，对支撑水平面车削找平，以将支撑水平面找平的最小加工量车削即可。这样加工后不会改变下缸内下喷嘴组、下隔板、下轴封体的洼窝中心和膨胀间隙。
前面已经提到由于下缸内保证各部件的洼窝中心和膨胀间隙位置的挂耳的支撑水平面相对位置没有改变，因此下缸各部件的间隙也就不会改变。而上下内缸结合面都进行了机加工，因此结合面厚度就会减薄3.35mm(上缸加工量1.65mm加上下缸加工量1.70mm)，那么上缸内上喷嘴组、上隔板、上轴封体的膨胀间隙就会减小，需要对高压内上缸内各部件的止口进行车削。具体的车削数值要对每道止口进行分别测量后计算得来，只要加工到膨胀间隙>2mm即可。
由于上、下缸结合面机加工后消除了结合面张口的变形，那么高压上、下相对位置也就发生了变化，原来的定位销也就起不到定位作用，因此需要重新对上、下缸位置进行找正，然后将结合面螺栓紧住，重新钻定位销孔，佩定位销。
经过以上步骤，完成了高压缸变形处理的机加工过程，这就需要检验一下处理的效果。在制造厂内重新测量空扣和紧1／3螺栓后的高压内缸的汽轮机结合面间隙，结果显示高压内缸机加工后，在空扣的情况下汽轮机结合面间隙最大为0.14mm，依然在喷嘴位置，但是紧1／3螺栓后间隙为0，严密性非常好，完全符合标准，这说明本次加工非常成功。电厂对高压缸进行复装后，机组启动一次成功，各项指标满足设计要求。
2.结论
汽轮机结合面变形情况复杂，面积大，变形的处理非常困难，如何根据变形类型、现场需要确定处理方案是实际工程中处理结合面变形漏气所面临的重要问题。在本文中是采用高点去平原则处理内张口、规则中间弓背型结合面变形的方案。这种方案的特点就是通过完全机械加工的方法对存在缺陷的汽缸包括缸内各部件进行处理，方法相对单一、处理彻底、标准高，使汽缸各部件的间隙达到了出厂的状态。但是这个处理方案工作量比较大，加工时间比较长，费用大，这其中即包括汽缸的机加工也包括了如何调整缸内各部件的间隙。处理的效果非常好，应该说这个方案基本上适用于任何汽缸的变形处理，但是在能否选择该方案处理结合面变形要取决于加工条件、工期和费用的要求。 [科]