超超临界汽轮机高压进汽连接部件设计与分析.pdfVIP

超超临界汽轮机高压进汽连接部件设计与分析 张军辉 （上海电气电站有限公司汽轮机厂设计研究所，上海，200240） 摘要：本文介绍了超超临界汽轮机独特的高压进汽部件结构，对比了超超临界汽轮机 不同高压进汽连接部件的结构尺寸，并对进汽连接部件的蠕变强度、密封性能进行了 横向分析，为机组安全运行提供了有力的保障。 关键词：高压进汽连接部件，有限元，蠕变强度，密封间隙 1 概述 在超超临界百万汽轮机的高压缸模块中，高压阀门与高压外缸是通过独特的进汽连 接部件直接连接在一起的。这种进汽连接部件 结构形式简单，省去了进汽导管，既降低成本 又可以提高了机组防超速性能。进汽连接部件 直接承受高温高压蒸汽的作用，是高压缸的关 键部件，在设计时除需要考核高温蠕变强度性 能外，还必须考核其密封性能。 高压进汽连接部件包括：高压外缸进汽段 （Out Casing）、高压进汽插管 （Diffuser ）、阀 图1 高压进汽连接部件装配图 门进汽接管 （Flange ）、螺纹环 （Thread Ring）、连接大螺母 （Coupling Nut ）以及内外 侧两个U 型密封环（U Sealing Ring ）。超超临界汽轮机采用阀门和汽缸直接相连的进汽 方式虽然具有很多优点，但它的缺点是要求阀门和汽缸的横向距离较大，这是由于进 汽连接部件是横向安装和拆卸，都需要有足够的空间。1000MW 汽轮机高压阀门与机 组中心线距离为4.825 米，比传统的超临界及亚临界机组单边宽了1 米多。 上汽超超临界汽轮机可以分为1000MW 和660MW 两大等级。其中1000MW 机组， 基本是引进西门子技术的原设计， 用在新建电厂项目中，基础和厂房 是全新设计的，可以满足机组的空 间布置。而超超临界660MW 凝汽 汽轮机，是在吸收引进技术后自主 创新开发设计的机组，基本上用来 代替早期生产的亚临界600MW 机 组，很多用在电厂的扩建项目中。 图2 高压进汽连接部件实物照片 作者简介： 张军辉（1976- ），男，工程师，毕业于大连理工大学，主要从事汽轮机结构有限元分析工作。 第 1 页 如果沿用 1000MW 机组的高压进汽部件设计，由于横向空间很大，相比其它 600MW 机组基础造价将大幅提高，增加了电厂建设成本。因此在开发超超临界660MW 凝汽汽 轮机时，对高压进汽连接部件的尺寸进行了重新设计，最终使阀门与机组中心线的横 向距离降低到3.825m，满足了客户要求，大大增加了产品在市场上的竞争力。 目前正在开发设计的超超临界660MW 空冷汽轮机，也有很多是用在电厂的扩建项 目上，阀门与机组中心线的横向距离仍保持在 3.825m。但是 660MW 空冷汽轮机主蒸 汽压力提升到了27MPa，比660MW 凝汽机组高出2MPa 。如果通用660MW 凝汽机组 高压进汽连接部件，部件的强度性能将降下，而且难以保证良好的密封性能。因此需 要对进汽连接部件的结构尺寸进行重新优化设计，才能保证良好的性能。通过多种设 计方案的对比分析，最后我们确定了性能良好且满足基础尺寸要求的最优设计方案。 为了研究超超临界高压阀门与高压缸的进汽连接部件，深入了解各个设计参数对 进汽连接部件的性能影响，本文对超超临界1000MW、660MW 凝汽和660MW 空冷三 种汽轮机的高压进汽连接部件进行详细地有限元计算和对比分析。 2 主要设计参数 超超临界1000MW、660MW 凝汽式和660MW 空冷汽轮机高压进汽部件主要设计 参数对比见表1。 表 1 超超临界汽轮机高压进汽部件主要设计参数 主要设计参数 1000MW 机组 660MW 凝汽机组 660MW 空冷机组 进汽压力 MPa 26.25 25.0 27.0 进汽温度 ℃ 600 600 600 横向距离 m 4.825 3.825 3.825 大螺母外径