(1.东方汽轮机有限公司四川德阳618000；2.神华神东电力重庆万州港电有限责任公司重庆万州404000)
摘要：通过对某600MW工程发电汽轮机凝汽器模块化分析、设计，对凝汽器壳体模块设计使用三维软件建模，并利用有限元软件分析凝汽器模块在起吊和运输中的变形及强度，最终优化得到模块化凝汽器的最佳结构，解决凝汽器散件现场组装中安装质量不稳定，安装周期长等缺点，为后续燃气电站、核电站及1000MW火电站新建项目凝汽器模块化设计提供参考。
关键词：凝汽器壳体；模块化；管束
1.前言
国内传统135MW、200MW、300MW、600MW、1000MW系列等级电站凝汽器一直采用散件发运，现场组装方式。凝汽器部件在制造厂内加工完成，散件发运现场后再进行装焊并组装成一体，最后推至基础框架的空间内或在基础框架平台底上就地装焊。该方式解决了大型凝汽器受公路、铁路运输的限制问题。但由于凝汽器未在制造厂内进行组装，在制造、加工、焊接过程中经常出现质量不稳定情况。现场组装和焊接质量好坏会受到操作工的熟练程度而产生差异。尤其是出口机组凝汽器的安装大多雇佣当地工人，各国对机械加工标准等诸多的不同，使得凝汽器安装不仅周期延长，安装质量也无法保证。而模块化设计，解决了散件这一问题，使周期大大缩短。但模块化凝汽器的结构、起吊设计都面临起吊和运输过程中的强度问题，利用有限元软件分析凝汽器模块在起吊和运输中的变形及强度，最终优化得到模块化凝汽器的最佳结构。
2.模块化凝汽器分块原则、重点
常规机组中，凝汽器根据功能结构，大体分为接颈、喉部、壳体、热井、水室、疏水扩容器、减温减压器等几部分。其中减温减压器、疏水扩容器、水室是相对独立的结构，因此可以单独整体发运，而其他几个部分由于在一个或者几个方向超过了正常运输的最大尺寸，模块化的难度很大。模块的划分不仅要考虑运输尺寸的许可，同时也要考虑结构、功能、现场组装的可操作性。按以上原则，对某工程600MW双背压双壳体凝汽器作如图1及表1的划分。
图1凝汽器模块图
表1凝汽器模块表
按表1将凝汽器分为28个模块，其余为散件发运。根据凝汽器制造、运输和现场安装经验，凝汽器喉部和热井现场组装工作量较小，模块化后反而会导致材料的浪费，分块的意义不大，因此喉部和热井一般不建议采用模块化组装发运。而整个凝汽器中，核心部套为凝汽器壳体，壳体中零件如凝汽器冷却水管，端管板、中间管板等装配的好坏，直接影响凝汽器的工作效率，因此凝汽器模块化的重点和难点均集中在凝汽器壳体模块。本文将主要从凝汽器壳体模块的结构设计、汽侧流场分析以及运输起吊方式等方面的问题。
3.壳体模块化运输面临的问题
随着交通的发展，铁路运输的尺寸限制已经逐步不存在问题。国内沿海项目，我公司目前都是公路运输+水运，国内运输的最大尺寸长宽高分别能达到14m×4m×7m。因此制约模块化尺寸的主要是出口机组国外部分的陆路运输部分。
壳体模块运输周期长，面临海洋运输和公路运输过程中的冲击载荷，容易造成壳体模块冷却水管与中间管板的摩擦以及端管板胀焊部分的破裂。如果出现破裂，在现场修复将非常困难，不会真正体现模块化的优势。
模块加固计算所需要海运过程中详细准确的冲击加速度数值；海运，陆运过程中的冲击载荷；地震加速度；海运中的盐雾腐蚀要求等。
4.壳体模块结构设计
根据运输条件，沿凝汽器中心线把单侧壳体分为左右两块，每个模块均包括两个管束区（如图2）。
图2壳体分块图
左右模块连接部分刚性削弱，承受起吊、冲击力也将减弱，且本身的稳定性也将变差。在模块化设计中着重从壳体侧面、顶部、底部加临时支撑，划线网格加拉杆，中间管板加强等（见表2）。采取如下措施后，壳体模块的强度和刚度都得以增加，也减弱了运输过程中冲击载荷对模块冷却水管与中间管板的摩擦以及端部胀焊部分的破裂。且侧面、顶部、底部的临时支撑可以在现场安装时去掉，不影响现场安装和机组运行性能。
表2模块化具体加强及方案
5.壳体模块的起吊运输
根据以上模块加固和加强，提高了模块的结构刚度，限制了模块发生较大尺寸变形。设计合理的起吊装置以及正确的起吊方式，才能使凝汽器壳体模块安全运送到电厂。起吊装置的设计以及起吊方式的确定，不仅需要考虑到壳体模块起吊运输过程中的安全性，还需考虑到结构的方便。因此，应尽可能设计出满足起吊要求且结构简洁实用的起吊装置。
图3壳体模块吊耳
针对凝汽器壳体模块的加固方案和起吊方式，应用有限元分析软件对凝汽器模块化方案进行模拟分析，结果表明，凝汽器壳体模块在起吊过程中的变形和应力均在允许范围内。模块的加固及起吊方式满足实际起吊和运输的要求，加固结构合理，起吊方式简洁。
6.结束语
国内部分项目有成功设计、制造、发运、安装300MW、600MW等级的凝汽器模块化经验，但未有使用有限元软件进行分析。此次凝汽器壳体模块设计使用三维软件建模，利用有限元分析软件，完成凝汽器模块化的校核设计，能模拟模块的起吊运输等实际环节，通过对模块模型的简化和选择适当的边界条件，可以得到直观明了的构件应力与变形分析结果，完成模块设计方案的校核。
参考文献：
[1]JB4732-95钢制压力容器分析设计标准[S]，1995
[2]张晨，大型机组凝汽器的模块化分析设计[J]，电站辅机，2010年3月第31卷第1期，第14页~18页
[3]张增明，杜立刚，模块化凝汽器设计[J]，东方电气评论，2004年9月，第18卷第3期第147页~150页。
作者简介：
张道丽，女，大学本科，高级工程师，主要从事汽轮机凝汽器设计研究工作。
姚建村，男，大学本科，高级工程师，主要从事电力生产、管理工作。