核电汽轮机低压汽封槽堆焊缺陷的浅析

摘 要：针对核电汽轮机低压汽封槽堆焊缺陷，从性能的影响、结构强度、长期运行可靠性、假设的初始扩展缺陷深度等方面进行了分析。

关键词：汽封槽；缺陷。

引言

受火电企业燃料成本高挂的影响和基于发展清洁能源的迫切需要，我国大力开展核电基建势在必行，目前中国成为世界上核电在建规模最大的国家。同时，基于福岛核电站的残酷教训，使我们更加意识到核电安全、质量的重要，任何一个微小的缺陷都有可能成为重大事故的隐患，都有必要进行切实有效的分析处理。

本文针对核电汽轮机低压隔板汽封槽堆焊的缺陷进行分析，从缺陷存在对汽轮机性能、结构强度、长期运行可靠性等方面进行了简要分析。

1.核电汽轮机低压隔板汽封槽的工作环境

与常规火电汽轮机相比，核电汽轮机蒸汽参数较低。主蒸汽压力一般4-7MPa，温度270℃左右，主蒸汽为略带湿度的饱和蒸汽，湿度约0.25%-0.5%。

相对常规火电机组，核电汽轮机的高压缸均处于高压湿蒸汽中工作，低压缸又较早地进入湿蒸汽区，并有较大的排汽湿度。因此，低压汽封槽处于蒸汽湿度较大的工作环境。

2.本机组汽轮机低压隔板汽封槽结构特点

本机组汽轮机共3个双流低压缸，每个低压缸共10个通流级。低压末三级静叶隔板采用铸造型叶片与内外环焊接方式，也称为特殊静叶。

特殊静叶隔板内外环为碳钢铸件，材料为SC450 [JIS 标准]。鉴于核电汽轮机的热力过程特点，可以说湿蒸汽通流部分的去湿和防蚀很大程度上决定了机组的经济性和安全可靠性。因此，在内外环汽封槽、疏水槽等与蒸汽、疏水接触的部位，堆焊了不锈钢（Y308L [JIS 标准]）。

图1、低压隔板汽封槽结构

不锈钢的堆焊方法采用熔化极活性气体保护焊（MAG）。堆焊分3次进行，每层厚度约10mm。

3.缺陷描述及处理

在堆焊部位加工出汽封槽后，工厂对加工成型的汽封槽部位进行渗透探伤检查。根据厂内标准规定，渗透探伤后以下缺陷不可接受：1、裂纹、线性缺陷显示；2、5mm以上圆形缺陷；3、4 个以上相连圆形缺陷，间距1.5mm或以下。但实际探伤后发现汽封槽部位多处大于5mm的圆形缺陷，最大的达到（13×10）mm。

图2、汽封槽内缺陷显示

按厂内标准要求，对于超标缺陷应当进行打磨或修补。但由于汽封槽尺寸太小，修补工作不易进行，否则会有破坏汽封槽结构的风险。因此，工厂根据缺陷的不同部位采取不同的处理方式。

图3、汽封槽部位缺陷的处理

对汽封槽缺陷存在的影响评估

3.1.对汽轮机性能的影响

汽封对机组的影响主要有两方面：一是转子和汽封的碰磨会使转子产生弯曲，影响安全运行，而这部分影响的主要原因在于汽封磨损导致转子局部受热，与汽封槽缺陷的存在并没有直接关系。二是汽封漏汽直接影响机组的效率，这部分影响主要从两方面考虑。

汽封漏汽分两部分，一部分是正常的叶顶漏汽，这部分漏汽不会增加。另一部分是有可能通过汽封槽的漏汽。由于导面存在的缺陷是要进行修理的，因此通过汽封槽的漏汽也不会增加。因此可以得出结论，汽轮机的效率并不会受到影响。

3.2.结构强度方面的影响

低压末三级汽封槽工作环境的蒸汽参数较低：压力小于0.1Mpa，温度40-80℃。主要承受由于级间压差引起的蒸汽推力。

通过有限元计算，可以得出汽封槽部位最大的应力值出现在第8级静叶隔板汽封槽处，为3.9 。通过将最大承受应力 与材料屈服强度 比值计算，可以看出汽封槽承受的应力远低于屈服强度。

图4 汽封槽应力计算

3.3.长期运行可靠性的破坏力学分析

缺陷简化模型如下：

图5 缺陷模型

计算公式： ，其中：

——应力强度因子；

—— 应力值；

——裂纹深度；

——裂纹长度（假定 = ）。

根据破坏力学理论，裂纹不扩展的条件是： ，其中 为缺陷扩展的应力强度因子门槛值。经计算，应力强度因子远小于门槛值。因此，缺陷在寿期内不会扩展。

如果假定 ，则可以计算得出初始扩展的缺陷深度。经计算初始扩展缺陷深度的最小值出现在第8级静叶隔板汽封槽处，为160mm。应该说，远大于实际发现的缺陷尺寸。

4.结束语

通过对核电汽轮机低压隔板汽封槽堆焊缺陷分析，制造厂得出缺陷存在对汽轮机的性能、强度以及可靠性方面不会受到影响。然而基于核电产品安全性要求的考虑，本文建议在机组运行后的检修期间，对汽封槽部位再次进行检查，并与设备出厂前的缺陷记录进行比较，判断缺陷是否会扩展。

参考文献：

[1] 黄纯亮 陈美端 汽轮机隔板汽封漏汽量计算方法分析 《华电技术》 2011年05期

[2] 钱士辉 崔国栋 汽封对汽轮机组性能及效率的影响《汽轮机技术》第40卷 第2期

[3] 饶卫.秦晓伟 核电湿蒸汽汽轮机的特点 2005（5）

[4] MHI TX70B-11062 R-1

推荐访问:汽轮机 核电 浅析 低压 缺陷