王玉林 楊春旭 李政彬 張國(guó)全

(中國(guó)中元國(guó)際工程公司，北京 100089)

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等鍛件在略高于工作溫度的條件下檢測(cè)轉(zhuǎn)子撓度的變化，以判定轉(zhuǎn)子鍛件的熱穩(wěn)定性能。

目前國(guó)內(nèi)幾家汽輪機(jī)廠裝備的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐最大能力為轉(zhuǎn)子重量80 t，軸身直徑?2 000 mm。隨著我國(guó)發(fā)電設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，1 000 MW 超超臨界火力發(fā)電和核電機(jī)組的投產(chǎn)，急需配套的大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐，為此，我公司進(jìn)行了設(shè)計(jì)研制。

1 大型轉(zhuǎn)子的規(guī)格

大型轉(zhuǎn)子的規(guī)格參數(shù)見表1。

2 熱跑爐工作方式及技術(shù)參數(shù)

熱跑爐的工作方式是:轉(zhuǎn)子鍛件由支承及旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)以規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn);轉(zhuǎn)子鍛件中間的軸身(需加熱部分)置于加熱爐體內(nèi);加熱爐體、支承及旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)安裝在同一基礎(chǔ)上并能左右移動(dòng)，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度轉(zhuǎn)子鍛件試驗(yàn)的需要;轉(zhuǎn)子撓度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)桿將轉(zhuǎn)子鍛件測(cè)試帶的跳動(dòng)傳遞至爐外，由位移檢測(cè)元件檢測(cè)、記錄和打印。

熱跑爐的技術(shù)參數(shù)見表2。

3 熱跑爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝要求

熱跑爐主要由兩端爐體、中間活動(dòng)爐體、上爐體、下爐體、控制系統(tǒng)、測(cè)試孔密封裝置、速度降溫?fù)Q熱裝置、爐溫測(cè)控系統(tǒng)及加熱裝置組成。控制柜距爐體的距離應(yīng)大于30 m。

熱跑爐按表1 中轉(zhuǎn)子類型分為兩套爐體，每套爐體都采用多節(jié)、中間活動(dòng)式爐體組合，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度轉(zhuǎn)子的需要。中間活動(dòng)爐體能以250 mm 的間隔進(jìn)行任意組合，爐體組合規(guī)格見表3。為方便轉(zhuǎn)子出入爐，爐體采用上蓋、下座形式。

由于轉(zhuǎn)子鍛件中間的軸身(需加熱部分)是采用上下吊裝出入爐，爐體采用上蓋、下座形式，并且須根據(jù)軸身長(zhǎng)度移動(dòng)組合爐體，因此爐體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性尤為重要。為保證爐體結(jié)構(gòu)具有良好的剛性，爐體鋼結(jié)構(gòu)采用桁架形式，爐體筒體鋼板厚度、中間爐節(jié)連接的法蘭盤厚度應(yīng)滿足整體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛性和使用要求。

對(duì)于爐體之間的連接部位，在設(shè)計(jì)上主要考慮密封良好。在上、下爐體和中間活動(dòng)爐體對(duì)接面以及爐體與轉(zhuǎn)子之間有良好的密封性，最終確保爐子在生產(chǎn)過(guò)程中始終處于密封狀態(tài)。

表1 大型轉(zhuǎn)子的規(guī)格參數(shù)Table 1 Large rotor specification parameters

表2 熱跑爐技術(shù)參數(shù)Table 2 Technical parameters of heat run furnace

表3 中間活動(dòng)爐體組合形式Table 3 The assembly form of medium movable furnace body

為了能夠控制降溫速度，采用分段多點(diǎn)、可調(diào)節(jié)通風(fēng)降溫裝置，以達(dá)到控制降溫速度、均勻降溫的目的。

4 溫度控制系統(tǒng)

4.1 采用多區(qū)段分區(qū)控制的模式。采用可控硅時(shí)間比例調(diào)功方式控制加熱，溫度可編程控制器采用英國(guó)歐陸公司生產(chǎn)的單回路智能程序溫度控制器，每區(qū)溫度主控制器與該區(qū)可控硅調(diào)功器相連接?？煽毓枵{(diào)功器進(jìn)行功率調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)整單位時(shí)間的波形的分布達(dá)到調(diào)功的目的，調(diào)功器內(nèi)采用雙向可控硅模塊控制加熱元件。各區(qū)主控儀表與上位機(jī)進(jìn)行雙向通信。其輸出采用時(shí)間比例模塊技術(shù)直接觸發(fā)可控硅調(diào)功器控制加熱進(jìn)程。

4.2 每區(qū)除主控?zé)犭娕纪?，?yīng)設(shè)有一支記錄用熱電偶作為工藝曲線記錄，儀表量程依據(jù)工作狀態(tài)進(jìn)行確定，其位置應(yīng)在測(cè)試帶附近，并盡可能靠近轉(zhuǎn)子鍛件表面;另準(zhǔn)備一支熱電偶以備有中心孔的轉(zhuǎn)子鍛件試驗(yàn)時(shí)檢測(cè)中心孔內(nèi)溫度。所有熱電偶都與記錄儀連接。

4.3 所有工藝的控制參數(shù)設(shè)定全部由上位機(jī)來(lái)完成，但作為直接控制裝置——可編程溫度控制器，自身具備同時(shí)對(duì)溫度和時(shí)間統(tǒng)一編程的功能;具備獨(dú)立的溫度、時(shí)間的設(shè)定和測(cè)量顯示功能;具備多種輸出方式和多路輸出控制功能及手自動(dòng)方式并可在線任意切換。

4.4 當(dāng)上位機(jī)發(fā)生故障時(shí)，各區(qū)溫度主設(shè)定控制(溫控儀表系統(tǒng)或PLC 系統(tǒng))可獨(dú)立完成工藝自動(dòng)控制。

4.5 每區(qū)的主控溫度、記錄溫度在每個(gè)區(qū)段上應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。

5 上位機(jī)控制系統(tǒng)

上位工控機(jī)根據(jù)熱穩(wěn)定工藝過(guò)程要求，指揮PLC 或智能儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行、控制調(diào)節(jié)(也可在脫機(jī)狀態(tài)下，直接由PLC 或智能儀表實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié))，實(shí)現(xiàn)各溫區(qū)根據(jù)工藝需要同步(或異步)升降溫，并同時(shí)采集智能儀表的狀態(tài)參數(shù)、過(guò)程參數(shù)構(gòu)成系統(tǒng)圖表，便于操作者了解系統(tǒng)全貌，實(shí)施優(yōu)化控制。

5.1 應(yīng)用軟件

該軟件具備在熱穩(wěn)定工藝執(zhí)行過(guò)程中，以工件的熱穩(wěn)定工藝要求為閉環(huán)控制目標(biāo)，在整個(gè)工藝執(zhí)行過(guò)程中，全部由計(jì)算機(jī)高精度控制自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)。計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際測(cè)控爐內(nèi)溫度，直至達(dá)到工藝要求。通過(guò)調(diào)制解調(diào)器采用撥號(hào)上網(wǎng)技術(shù)即可與同類設(shè)備運(yùn)行中進(jìn)行工藝監(jiān)視，又可在系統(tǒng)出現(xiàn)疑難問(wèn)題時(shí)由軟件編制專家在線解決。預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，為企業(yè)局域網(wǎng)連接做準(zhǔn)備。

5.2 人機(jī)對(duì)話界面

計(jì)算機(jī)顯示界面設(shè)有色彩美觀的系統(tǒng)全貌、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)顯示、設(shè)定曲線、過(guò)程曲線、過(guò)程模擬、報(bào)警界面及報(bào)表定時(shí)打印和幫助工作界面，所有界面采用中文顯示。

6 檢測(cè)裝置

6.1 轉(zhuǎn)子鍛件撓度測(cè)量系統(tǒng)是轉(zhuǎn)子鍛件在加熱和旋轉(zhuǎn)中測(cè)量轉(zhuǎn)子外圓和長(zhǎng)度的尺寸變化的系統(tǒng)。包括撓度測(cè)量系統(tǒng)、長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等。

6.2 撓度和長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)的量程、讀數(shù)和精度均滿足JB/T9021 的要求。

6.3 采用測(cè)量桿直接跳動(dòng)傳遞至安裝在爐外的位移傳感器。

6.4 測(cè)量數(shù)據(jù)可連續(xù)記錄，并與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，自動(dòng)讀數(shù)并打印。

7 結(jié)論

這套汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐托輥承載能力為300 t、可檢測(cè)的最大轉(zhuǎn)子外徑為3 m，能滿足目前所有大型轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定測(cè)試工藝要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)沒(méi)有大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐的空白。整個(gè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，爐體控溫精度高、測(cè)試系統(tǒng)可靠，操作方便。