摘要：本课题就华能上海石洞口第二电厂600MW超临界汽轮机高压内缸开裂原因分析研究,通过对缸体开裂原因的分以及相关试验,提出了汽缸修复的工艺措施,并应用于实际。通过该项目实施后几年来的实际运行验证,项目对汽缸体开裂的原因分析是科学的、正确的,依据分析和各项试验作出的缸体开裂修复方案和措施实施是合理的、安全的。研究得出的主要结果有：(1)确切的结构尺寸,实际的运行数据,详细的热力计算,全面的传热计算,为600MW超临界汽轮机高压内缸温度场和热应力场的有限元计算和安全性分析,奠定了坚实的基础,提供了科学的依据。(2)600MW超临界汽轮机高压内缸的二维有限元计算力学模型对汽缸结构做了简化,计算结果可要用来分析汽缸开裂部位局部结构改变后应力的变化规律。从稳态温度场和应力场的有限元计算结果可以发现：(a)与原设计结构相比,1号机裂纹深10mm,2号机裂纹深5mm,若不做处理,应力成倍增长。这表明,检修中采取车削裂纹的措施,对降低应力有一定作用；这也说明开裂后,应力增大,使得1号机的裂纹才能从工程裂纹(长0.3～0.5mm,深0.1～0.15mm)扩展到10mm的深度；2号机裂纹深5mm,可能是由于2号机的累计启停次数比1号机少(1号机72h试运前发生MFT跳机85次,2号机72 h试运前发生MFT跳机26次)。(b)2号机车削裂纹后,与不车裂纹情况相比,应力有所下降；但与原结构相比,应力还是增加的,其原因在于裂纹车削过窄,顶部圆角2.75mm仍有应力集中。(c)补焊后,车成大圆角,在焊接工艺不产生有害的热影响区、焊缝与母材的材质完全相同的前提下,应力降幅明显。(3)600MW超临界汽轮机高压内缸三维有限元计算力学模型,结构复杂,计算工作量巨大,计算结果可要用来分析内缸开裂原因和安全性。从稳态应力场和冷态启动应力场的计算结果可以发现：(a)沿圆周方向,开裂部位应力大小并不相同；在结构有突变部位的附近,如进汽管、搭脚、防转靠山和中分面法兰等部位,应力比较大。(b)在冷态启动过程,原设计结构和车削裂纹后结构,都有某些时刻热应力远高于屈服极限,会造成大的寿命损耗引起开裂并导致裂纹扩展。(c)2号机高压内缸红套环A附近开裂部位车削裂纹后,与原设计结构未开裂情况相比,在7200秒(应力最大时刻)应力增大约62.19％。(4)根据阶段研究结果,初步分析认为：(a)600MW超临界汽轮机高压内缸原设计结构开裂和裂纹扩展的主要原因,是原结构设计尖角造成应力集中、瞬态热应力过大所致。(b)2号机车削裂纹后,常规强度分析是安全的,但裂纹失稳扩展分析是不安全的,应当引起有关人员的关注。(5)根据项目研究成果,确定了两个修复方案,并就两个方案实施的利弊以及需要注意的问题予以了阐述。
