郝欣麗 張明柱 吳秋梅

摘 要：某電廠汽輪機冷凝器設(shè)備安裝完成后做灌水試驗，發(fā)現(xiàn)凝汽器底板下部變形。用有限元分析的方法判斷是冷凝器設(shè)計的問題。經(jīng)過加固處理后，1號凝汽器在灌水試驗時未發(fā)生變形問題。

關(guān)鍵詞：凝汽器;變形;加固

一、凝汽器的結(jié)構(gòu)

凝汽器系統(tǒng)提供三個主冷凝器，每個冷凝器連接至一個汽輪機低壓缸排汽口。冷凝器水平放置、徑向流動（從汽輪機向發(fā)電機方向看，右進左出）、單流程、表面式，且有獨立水箱并在頂部有一個排汽進口。冷凝器牢固安裝于底層，通過橡膠彈性連接件連至汽輪機排汽口。鈦管冷凝器的構(gòu)造保證安全和可靠運行。作為電廠回路系統(tǒng)中的重要輔助設(shè)備之一，其主要作用是使在低壓缸內(nèi)完成做功后的乏蒸汽通過循環(huán)冷卻水冷凝并作為回熱系統(tǒng)熱力循環(huán)所使用的工質(zhì)。

汽輪機凝汽器主要分為喉部膨脹節(jié)、水室、喉部低加上部模塊、下部模塊等部分，由裝焊的鋼板制成的殼體和排汽頸部，全部都是焊接結(jié)構(gòu)。按照徑向流動原理，外殼比管束更大，可在管束周圍提供一定的空間，使大量的蒸汽從各個方向流向冷卻表面而產(chǎn)生的壓降最小。在冷凝器殼體兩頭法蘭之間安裝柔性隔板，這樣管板和水室能緩沖殼體和管束之間脹差。柔性隔板也可支撐管板和水室。汽輪機排汽進口和汽輪機用橡膠補償節(jié)連接為了平衡任何運行工況下三個冷凝器殼體的壓力，在排汽頸部裝有平衡管水室是圓柱形的，由型鋼板制成。水室有一個可拆卸的隔板，將腔室分為兩部分。并設(shè)有人孔。下部模塊是蒸汽凝結(jié)區(qū)，為管板鈦管結(jié)構(gòu)，殼體為整體焊接，低壓加熱器冷卻管用脹焊與管板相連。

二、變形問題

某電站購買了一組汽輪機凝汽器，在1號機組汽輪機凝汽器安裝完成后，依據(jù)程序進行汽測灌水試驗，灌水高度是距離低壓缸與凝汽器焊縫300mm處。在這次灌水試驗中出現(xiàn)了汽輪機凝汽器的殼體側(cè)板從底板0到1700mm高度產(chǎn)生不同程度的變形。

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)1號機組汽輪機凝汽器的殼體發(fā)生變形后，技術(shù)人員趕緊全部排出凝汽器殼側(cè)水，分別對1號機組凝汽器的變形區(qū)域進行了兩次尺寸數(shù)字測量，分別是A/B/C三組凝汽器從底板向上0～1700mm范圍和C組凝汽器從底板向上1700～3200mm進行測量。同時對變形區(qū)域的加固管焊縫實施了無損檢查。

現(xiàn)以C組凝汽器距離下底板3280mm的高度位置為基準吊鉛垂，因測量數(shù)據(jù)時是從凝汽器底板加固管向下掛鉛墜進行測量，如果底板處不為零，則說明安裝過程中凝汽器殼體板存在傾斜現(xiàn)象，顧計算變形量時要考慮原傾斜量。

技術(shù)人員測量的凝汽器變形數(shù)據(jù)。

由上面的數(shù)據(jù)得出，汽輪機凝汽器底板在0～1700mm范圍內(nèi)存在變形，從1700～3200mm范圍沒有發(fā)生變形。因A組凝汽器調(diào)端原始設(shè)計就要求得加固，所以變形較小。

三、變形原因分析

理論分析：技術(shù)人員用有限元分析的方法，通過理論計算得出凝汽器的結(jié)構(gòu)承受不了灌水實驗時產(chǎn)生的靜壓，將導致汽輪機凝汽器的側(cè)板靠近底板區(qū)域處發(fā)生塑性變形。

變形原因：①首先排查檢驗方面：為了排除材料、制造方面、檢測等過程中導致灌水試驗中殼體發(fā)生變形的可能性，技術(shù)人員核對了汽輪機凝汽器的加工材料合格證、汽輪機凝汽器的加工制造檢測記錄，沒有出現(xiàn)上面所述的問題。所以檢驗部門不是導致灌水試驗發(fā)生殼體變形的因素。②考慮圖紙轉(zhuǎn)化方面：該汽輪機凝汽器是根據(jù)圖紙進行生產(chǎn)加工制造并檢驗發(fā)貨的。經(jīng)過設(shè)計公司和制造公司再三確認，確定圖紙轉(zhuǎn)化沒有問題。所以圖紙轉(zhuǎn)化方面也不是導致灌水試驗凝汽器殼體發(fā)生變形的因素。③技術(shù)人員在施工現(xiàn)場對可能導致凝汽器變形的主要焊縫進行了無損檢測，沒有發(fā)現(xiàn)焊縫開裂等缺陷。因此，焊縫開裂也不是導致灌水試驗凝汽器的殼體變形的因素。

小結(jié)：在設(shè)計圖紙無誤，加工制造無誤、驗收無誤的前提下，對比現(xiàn)場工作人員的實際測量結(jié)果，技術(shù)人員判斷1號機組在灌水試驗條件下出現(xiàn)的殼體變形，是圖紙設(shè)計的缺陷問題才導致的結(jié)果。根據(jù)技術(shù)人員的有限元分析結(jié)果和實際測量情況，凝汽器殼體確實發(fā)生了塑性變形。最終得出的結(jié)論是凝汽器結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷。

四、處理措施

依據(jù)凝汽器殼體的結(jié)構(gòu)和上面的分析結(jié)果，提出對1號機凝汽器的殼體底板增加如圖1所示Φ114×7mm支撐管的方式進行加固。在B/C凝汽器分別增加52根加固管，A凝汽器由于已經(jīng)有加固管，因此需要增加39根加固管。經(jīng)過有限元分析，該加固方案滿足灌水和運行工況，加固方案可以實施。

具體加固部位如下圖所示：

加固工作完成后如圖3，繼續(xù)進行凝汽器灌水試驗，在安裝、調(diào)試完成后，這兩臺凝汽器均投入運行，經(jīng)過機組的多次啟停，經(jīng)檢查凝汽器未發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象未發(fā)現(xiàn)超標變形。

五、總結(jié)

某電廠冷凝器設(shè)備安裝完成后做灌水試驗，發(fā)現(xiàn)凝汽器底板下部發(fā)生變形。本文結(jié)合有限元分析的方法，給出解決方案，經(jīng)過加固處理后，1號凝汽器在灌水試驗時未發(fā)生變形問題。證明了有限元分析在凝汽器變形改造中起到了巨大作用。

參考文獻

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