汽轮机高压缸螺栓支架设计

汽轮机高压缸螺栓支架设计

唐洪权

三门核电有限公司，浙江 台州 317112

摘要：某电站汽轮机平台设备检修时，设备平台面临着汽轮机高低压缸、发电机组等同时检修，平台面临检修空间有限而检修零部件繁多的问题。汽轮机检修过程中高压缸螺栓各种型号共计114颗，占用平台面积20平方米，螺栓放置地面容易滚动，对人员和设备造成潜在危险。为解决上述问题，本文设计了一种螺栓放置支架，该支架设置有支架格防止螺栓滚动，并通过有限元计算进行载荷校验，确定该支架在结构强度上满足螺栓放置的要求。本文所设计的支架有效减少了螺栓占地面积，消除了潜在危险为以后各种大型机械螺栓放置设备的设计提供一定的参考。

关键字：螺栓支架；高压缸；汽轮机；效益比；有限元

0. 引言

核电站汽轮机平台设备布置紧凑，组成各个设备的零部件众多。电厂大修时汽轮机平台同时要完成一个高压缸，三个低压缸以及相应的轴承箱，主油泵，主汽阀，主调阀，再热气阀，再热调阀，发电机等设备的检修。其中高压缸、低压缸螺栓众多，以往检修时采取的措施是平台地面铺胶垫，螺栓平铺在胶垫上。该方法占地面积大，容易滚动，对现场工作人员和设备造成潜在的危险。为了解决汽机平台设备检修时零部件拥挤，消除对设备和现场人员的潜在危险，急需设计一种成本低廉，结构可靠，易于制造的螺栓支架。

0. 螺栓支架初步设计方案

设计的螺栓支架用于放置高压缸螺栓，因此设计螺栓支架考虑的第一要素是高压缸螺栓的几何尺寸。某型核电站高压缸螺栓按尺寸归类有2种，具体尺寸和数量如表1所示。表1 高压缸螺栓尺寸及数量

为满足表1中高压缸螺栓的放置需求，设计的螺栓支架如图1所示。螺栓支架支撑结构整体分双层设计，下层放置长度小于1.5米的螺栓，上层放置长度大于1.5米的螺栓，螺栓的放置倾角在60~70度间。螺栓支架基座上切有斜槽，使螺栓底部的凹型槽钢能采用倾斜焊接，最大程度保证螺栓端面与槽钢的接触面积，并在槽

图 1 螺栓支架放置示意图

钢内铺设橡胶垫保护螺纹。支架上层支撑结构使中与螺栓的接触部分使用圆形钢管，避免因焊接变形而带来的接触问题，支架立柱两侧设有加强筋，用以保证支架结构的稳定性。为了便于制造和降低生产成本，整个螺栓支架除了上层支撑结构采用圆钢管，其余结构均采用同一型号凹型槽钢。

2 螺栓支架载荷校验

从表1可以看出，汽轮机高压缸螺栓较一般机械设备螺栓质量大，单颗螺栓质量最大可达到400Kg，为了预防事故的发生，在设计定型前进行支架载荷校验是很有必要的。整个支架通过焊接工艺装配而成，工作过程中螺栓轻拿轻放，不存在动载荷，仅需计算校核静载荷即可满足需求。为了避免实际工作过程中意外事故的发生，螺栓放置时采用对称放置，避免螺栓单边放置而导致支架支撑根部应力过大。

为了查看支架在之际工作过程中的应力分布情况，这里使用有限元软件进行整体应力计算，施加载荷重力场P = 9.8 m²/s,凹型槽钢的材料参数详见表2。焊缝的抗拉强度取420Mpa^[1]。

表2 凹型槽钢材料参数

该凹型槽钢的应力分布^[2]如图2所示，通过该支架的应力分布彩虹图可以看出最大应力发生在上部支撑焊接位置，数值大小为371MPa，满足使用设计要求。若定义：

设计效益= （原占地面积-现占地面积）/原占地面积

显然，设计效益值越大，实际占地面积越节约,设计的支架使用价值也越大。经计算，若全部放置最大号螺栓，即使用在最大设计效益时，本文所设计支架的效益为：41.6%。

图2 螺栓支架工作应力分布

3. 结语

本文根据电站检修时汽轮机平台零部件拥堵占地面积大且存在伤人风险这一实际问题出发，根据螺栓尺寸的构成，合理的设计了螺栓支架，螺栓支架的强度经过有限元载荷校验，满足使用要求。为以后相关支架的设计提供一定的参考；并从占地面积这一角度出发，提出设计效益这一指标，并计算出螺栓支架的设计效益为46.1%。为以后涉及空间占用领域的设计提供了可供参考的评价标准。

[参考文献]

[1]郑相锋, 王庆, 李中伟,等. 电火花焊接接头抗拉强度测试[J]. 焊接, 2008(09):48-49.

[2]于雷. 厚壁冷成型钢残余应力理论分析及其影响研究[D]. 南京工业大学, 2005.