汽輪機工藝管道布置及設計分析

周麗，唐暢

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 430040）

汽輪機在運行過程中，需要采用多種管道相互配合。汽輪機在能量交換的過程中，主要涉及以下幾種類型：對于沖動級，是由于汽輪機中的葉片受到沖擊之后進而改變原有的方向，產生一定的離心力，這也稱為沖擊力，通過沖擊力可以實現將機械能轉化為動能的過程；對于反動級，則是通過產生的反作用力實現將機械能轉化為動能的過程。對于反動度，反動度表示級中反動力所占比例，即蒸汽在動葉中膨脹程度的大小，本文主要對汽輪機中的工藝管道的布置及設計進行分析和研究。

1 汽輪機中的工藝管道

汽輪機中涉及多套系統，各個系統中都需要依靠管道系統才能實現能量的轉換及傳遞。在電廠中，汽輪機汽水系統的工作基本流程為首先進行給水操作，之后水進入到鍋爐加熱，產生蒸汽，蒸汽進入到汽輪機中。對于汽輪機中的蒸汽系統，蒸汽進入到蒸汽管中，經過再熱器，進入到汽輪機壓缸中。對于凝結水系統，經過凝汽器之后再進入到水泵中，經過冷卻之后進入除氧器系統。對于該系統，應保證系統的正常穩定運行。汽輪機中的各個管道系統較多，綜合運行起來也較為復雜，但汽輪機要達到安全穩定運行，需要各個管道系統之間很好地相互配合，一旦任何一個環節或者系統出現故障，都可能將影響汽輪機整體的運行。在汽輪機的各個系統中，都將涉及管道系統，本文對此進行了分析。

2 汽輪機中的工藝管道的布置

汽輪機中涉及的管道系統較多，應該從汽輪機的整體角度考慮各個工藝管道系統的布置，這樣才有利于保持汽輪機中的工藝管道的安全穩定運行。對于隔板、汽封檢修及通流部分間隙的調整，隔板找中心的目的是使隔板洼窩與汽缸軸封洼窩中心通過調整，達到同心。對于隔板找中心的方法，隔板及隔板套的找正調整，應在汽缸找正后進行。隔板找正前應取出隔板汽封，找正時，以汽缸軸封洼窩中心為準，采用拉鋼絲法、假軸法、激光準直儀法或用壓鉛塊法找中心。隔板、隔板套、汽封套膨脹間隙應按圖紙規定進行調整，隔板、隔板套、汽封套安裝前應進行的檢查。一是汽輪機的葉片的外形應該保持完整，沒有受到損壞，同時葉片上不應出現裂紋等情況。二是汽輪機上的各個隔板上應該保持干凈，不應出現有油脂的現象，各個隔板與其他部件的接觸面上不應出現有銹蝕的現象。三是各個隔板應該保持完整，不能出現具有氣孔等現象，各個零部件之間的配合應該保持牢固不松動，不能出現過松或者過緊的現象，這樣都不利于汽輪機中各個管道系統之間的協調運行。四是汽輪機中的各個隔板應該符合事先設計的圖紙中的要求，汽輪機中的汽缸中的各個間隙也應滿足相關的要求。同時汽輪機中所使用的各個墊片，在汽輪機正常運行的條件下，不應出現溫度過高導致設備運行異常的情況。五是汽輪機中的各個隔板之間應該按照圖紙上的規定，留有一定的疏水通路，并且應該保持疏水通路的正常運行，不能出現疏水通路堵塞的情況發生。六是汽輪機中的各個管道系統在施工及安裝的過程中，應該標明出各個部件具體的安裝位置，以免后續在施工的過程中出現部件安裝位置方面的沖突，造成不必要的返工，這樣也不利于汽輪機中的工藝管道施工安裝工程的效率和施工質量，應該嚴格按照相關的施工標準進行安裝。

3 汽輪機中的工藝管道的設計

對于汽輪機的管道設計，離心式壓縮機用汽輪機驅動時，汽輪機和壓縮機的管道布置應統籌考慮。蒸汽進出管道布置應經應力分析進行確定。非凝汽式汽輪機的蒸汽進出口管道布置應滿足相應的設計規范，蒸汽進出口切斷閥應盡可能靠近蒸汽總管布置。蒸汽切斷閥至汽輪機進口管之間的管道上，應配置供拆卸的法蘭短節，以便在試車前安裝供清掃用的臨時管線。在汽輪機蒸汽管道的布置中，排氣管接口應布置與汽輪機的上部。汽輪機中的高位點處應該配置有相應的安全閥門，同時在安全閥門左右應該采取相應的安全措施，保證在安全閥門附近的地方有人經過時，保證人員通行的安全，一般在半徑8m 左右的區域中應該采取一定的安全保護措施。在安全閥門布置時，還應該考慮可能會出現的反作用力，防止反作用力對安全閥門造成的影響，各個部件在區域中的布局應該合理，空間應該合理利用，保證不出現浪費空間的現象。

由于汽輪機屬于高速運轉的機器，受力敏感，因此在冷、熱狀態的情況下，進出口管道作用于汽輪機進出口管嘴的力和力矩均應小于汽輪機進出口管嘴所允許承受的力和力矩。對于輔助管道的設計，汽輪機中涉及的輔助系統較多，應該對各套輔助系統在施工布置以及前提設計的過程中，考慮輔助系統具體的安裝位置。汽輪機中主要的輔助系統主要包括潤滑油系統、放空管系統等。在機械系統中，潤滑油系統是機械系統保持正常可靠運轉所必不可少的部分，通過輪滑油可以使汽輪機中的各個機械零件保持良好的運行狀態，不會出現機械效率降低的情況，這樣也能提高汽輪機中的各個管道系統的使用壽命。從設備的全壽命周期角度考慮，這樣也能夠提高管道系統整體的經濟效益。除了潤滑油系統之外，密封油也是重要的輔助系統之一。在汽輪機中的管道系統中，采用密封油可以提高汽輪機中的管道系統的密閉性能，這樣也有利于保持汽輪機中的管道系統的正常運行。氣體平衡管在汽輪機中的管道系統中也能夠發揮出較大的作用，能夠平衡汽輪機中的各個管道系統之間的氣體壓力，這樣不會出現因為氣體壓力不平衡導致的汽輪機管道系統的運行故障問題，也能夠提高汽輪機中的管道系統的連續運行時間。汽輪機中的輔助管道系統不應影響其他管道系統的正常運行，如汽輪機中的主要管道系統出現故障問題需要進行檢修時，應該能夠方面檢修工作的開展，保證具有足夠的檢修空間。同時，汽輪機中的各個管道系統在坡度的設計方面，應該保證坡度在合理的水平上，不能出現坡度過大導致各個管道系統之間的配合出現問題，也不能出現坡度過小，導致汽輪機中的各個管道系統難以正常發揮作用，這樣都不利于汽輪機中整個管道系統的正常運行。合理的坡度設計，也有利于后期對汽輪機中的各個管道系統的運行及維護，如對管道系統的清掃等。管道系統中所采用的彎頭應該在合理的范圍內，彎頭設置的過多，容易使管道系統運行的復雜度增加，這樣也容易使管道系統出現運行故障的問題。彎頭的數量設置過少，也難以發揮出汽輪機中的各個管道系統的正常功能。

在技術方面最突出的特點是對通流部分及主汽閥、調節閥、汽缸等各部分主蒸汽流經的部位進行全面系統設計，通過這樣的設計，可以節省汽輪機中所采用的能源，提高汽輪機系統運行的經濟性，同時還可以增加汽輪機整體的發電出力，故具有較為明顯的整體經濟效益。可以采用目前較為常用的優化算法進行分析，如人工智能算法中的遺傳算法，配合其他數據優化算法，可以對汽輪機中的各個管道系統進行優化設計，以提高汽輪機運行的經濟性，重點對汽輪機中的葉片進行優化設計，降低汽輪機中的葉片的損耗，提高汽輪機中的葉片的剛性。通過預扭裝配使動葉片形成整圈聯接，可以使動葉片振動應力減小，不存在鉚接造成的應力集中，運行安全可靠。

汽缸前端與前軸承座相連，在垂直方向設有定位左右膨脹的垂直鍵，以保證軸承座在膨脹時中心不致變動。前軸承座坐于前座架上，前座架上裝有熱膨脹傳感器，以反映汽輪機靜子部分的熱膨脹。后汽缸則支承在左右兩側的后座架上，在左右后座架與后缸連接面上設有橫銷，與汽輪機軸中心線的交點構成汽缸熱膨脹的死點。汽輪機在運行過程中，面臨的情況較為復雜，隨時可能會出現較大的變化，應該對可能會出現的問題進行考慮。這樣能夠保證汽輪機在各種運行條件下都能夠保持正常運行，具有一定的運行靈活性，也有利于汽輪機系統的長期穩定運行。

4 結語

汽輪機中的管道系統是汽輪機中的重要組成部分，管道系統的正常運行對于汽輪機而言十分重要。本文對汽輪機中的各個系統中的管道布置進行了分析，管道在布置時表面冷凝器兩段應留有檢修管束所需要的空地，在此范圍內，不應布置管道。凡與表面冷凝器連接的管道，不宜采用螺紋管件及螺紋閥門，如采用時應將螺紋焊死，以減少泄露。汽輪機組的軸封蒸汽進出管道布置，宜布置在潤滑油進出總管的另一側。本文所述方法對于提高汽輪機管道系統的運行可靠性具有一定的價值。