劉金偉，劉劍，李德波

(1.廣東中廣核集團(tuán)有限公司，廣東 廣州510080；2.南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司，廣東廣州510080)

0 引言

我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出極大地促進(jìn)了核電、風(fēng)電等新型能源的快速發(fā)展。截止到2020年，我國(guó)核電裝機(jī)容量占比2.27%，同比增長(zhǎng)2.4%[1]。隨著新能源發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展及送電容量的不斷提高，燃煤電廠深度調(diào)峰的幅度和需求不斷增長(zhǎng)[2－4]。核電作為一種安全綠色能源，相較于其他新能源具有負(fù)荷穩(wěn)定、生產(chǎn)過(guò)程零排放等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此大力發(fā)展核電技術(shù)是平衡我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的優(yōu)選方案之一[5－7]。

核電汽輪機(jī)作為核電站能源高效轉(zhuǎn)化和清潔利用的核心動(dòng)力裝備，具有廣闊的應(yīng)用前景。在國(guó)家政策扶持引導(dǎo)和市場(chǎng)需求推動(dòng)作用下，在汽輪機(jī)設(shè)備高參數(shù)、大功率、高效率等方面取得了一系列進(jìn)展[8]。核電汽輪機(jī)在火電汽輪機(jī)的基礎(chǔ)上日漸成熟，但兩者在熱力參數(shù)、結(jié)構(gòu)特性、通流設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式等方面有所區(qū)別[9－10]。核電汽輪機(jī)中的低壓缸由于質(zhì)量、尺寸和剛度等原因?qū)?lái)不可避免的變形問(wèn)題，進(jìn)而影響低壓缸間隙的測(cè)量，而通流間隙測(cè)量的精準(zhǔn)與否對(duì)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)生巨大影響[11]。并且，核電汽輪機(jī)低壓缸出現(xiàn)的對(duì)輪中心偏移、低壓轉(zhuǎn)子端部汽封與軸頸的動(dòng)靜摩擦等問(wèn)題，以及汽輪機(jī)通流間隙調(diào)整的合適與否，將嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行的安全性、高效性和經(jīng)濟(jì)性[12－14]。

鑒于核電汽輪機(jī)揭缸提效對(duì)核電節(jié)能減排和后期安全運(yùn)行的積極作用，對(duì)核電汽輪機(jī)低壓缸揭缸技術(shù)進(jìn)行研究。在某核電機(jī)組拆裝期間，測(cè)量及分析低低對(duì)輪中心、汽缸變形量和半缸通流間隙等參數(shù)，試驗(yàn)研究為后續(xù)的低發(fā)對(duì)輪找中心、碰缸試驗(yàn)及相關(guān)檢修維護(hù)工作提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 核電汽輪機(jī)介紹

某核電站1 187 MW汽輪機(jī)整體由一個(gè)高壓缸和兩個(gè)低壓缸組成，汽水分離器布置在汽輪機(jī)兩側(cè)。機(jī)組各軸承落地，并通過(guò)螺栓與基礎(chǔ)部件固定，各轉(zhuǎn)子均采用雙軸承支撐。其中，高壓缸由四組貓爪支撐于基礎(chǔ)部件上，低壓缸外缸獨(dú)立支撐于基礎(chǔ)部件上。機(jī)組主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 核電汽輪機(jī)主要參數(shù)

2 試驗(yàn)背景及流程

針對(duì)汽輪機(jī)低壓缸端部汽封體安裝過(guò)程中意外碰傷低壓缸調(diào)端軸封補(bǔ)償器的問(wèn)題，更換軸封補(bǔ)償器。該軸封補(bǔ)償器是汽輪機(jī)扣缸階段套裝在低壓轉(zhuǎn)子上的，因此更換該補(bǔ)償器需要將汽輪機(jī)內(nèi)缸打開(kāi)，吊出轉(zhuǎn)子進(jìn)行更換。此時(shí)已經(jīng)完成軸系最終精找中心、碰缸試驗(yàn)缸滑銷系統(tǒng)各定位鍵配準(zhǔn)，高低、低低對(duì)輪已經(jīng)正式連接，低發(fā)對(duì)輪磨孔已經(jīng)完成，汽輪機(jī)基礎(chǔ)彈簧及凝汽器彈簧已經(jīng)鎖緊，凝汽器內(nèi)模擬運(yùn)行重量的水已經(jīng)排空，而低壓外缸尚未扣合。

為了監(jiān)視汽缸及轉(zhuǎn)子位置，在實(shí)際試驗(yàn)操作過(guò)程中收集部分?jǐn)?shù)據(jù)，包括作業(yè)前后的低低對(duì)輪找中心、轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片與汽缸同心度、轉(zhuǎn)子進(jìn)出汽缸前后的左右徑向通流間隙、汽缸底部下?lián)狭俊⑼鈨?nèi)缸貓爪左右以及軸向移動(dòng)等數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)工作主要包括拆解低低對(duì)輪、低壓外內(nèi)缸、內(nèi)內(nèi)缸上半吊起、低壓轉(zhuǎn)子吊起、軸封補(bǔ)償器更換、低壓轉(zhuǎn)子就位、低壓內(nèi)內(nèi)缸及外內(nèi)缸扣蓋、低低對(duì)輪連接等。工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程

3 試驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

3.1 低低軸系中心與基礎(chǔ)彈簧測(cè)量試驗(yàn)

在試驗(yàn)過(guò)程中需要將LP2轉(zhuǎn)子吊出汽缸，為了監(jiān)視轉(zhuǎn)子回位情況以及低低對(duì)輪中心的變化情況，在拆解低低對(duì)輪和汽缸復(fù)扣工作完成后，測(cè)量低低對(duì)輪中心和轉(zhuǎn)子到油擋洼窩的數(shù)據(jù)。由于開(kāi)缸前后低低對(duì)輪中心測(cè)量數(shù)據(jù)存在一定的偏差，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在正式扣合低壓外缸后又進(jìn)行一次測(cè)量。低低對(duì)輪軸系找中心數(shù)據(jù)如圖2所示，轉(zhuǎn)子油擋洼窩測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 轉(zhuǎn)子油擋洼窩測(cè)量數(shù)據(jù) mm

軸系最終精找中心時(shí)LP1轉(zhuǎn)子比LP2轉(zhuǎn)子中心高0.010 mm，左張口0.007 5 mm，下張口0.015 0 mm。開(kāi)缸前復(fù)測(cè)低低對(duì)輪中心，LP1轉(zhuǎn)子比LP2轉(zhuǎn)子中心高0.195 mm，上張口0.070 0 mm。開(kāi)缸前復(fù)測(cè)與精找中心時(shí)數(shù)據(jù)存在較大差別。汽缸復(fù)扣后共進(jìn)行兩次測(cè)量，第一次為扣缸完成后，LP1轉(zhuǎn)子比LP2轉(zhuǎn)子中心高0.060 mm，上張口0.070 0 mm；第二次為低壓外缸正式扣合進(jìn)行的復(fù)測(cè)，LP1轉(zhuǎn)子比LP2轉(zhuǎn)子中心高0.160 mm，上張口0.070 0 mm。

依據(jù)油擋洼窩數(shù)據(jù)分析，最終精找中心與開(kāi)缸前后數(shù)據(jù)幾乎無(wú)差別，表明轉(zhuǎn)子與軸承座相對(duì)位置沒(méi)有發(fā)生變化，排除了軸瓦位置變化對(duì)輪中心變化的影響。依據(jù)低低對(duì)輪中心數(shù)據(jù)分析，軸系左右方向圓周及張口數(shù)據(jù)均變化不大，而軸系上下方向圓周以及張口數(shù)據(jù)均出現(xiàn)較大變化。從左右數(shù)據(jù)分析可得，該數(shù)據(jù)變化甚微，說(shuō)明軸系最終找中心時(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，左右方向上其他因素影響很小。綜上所述，前后三次測(cè)量低低中心、左右數(shù)據(jù)與精找中心時(shí)變化不大，而高低方向上由于對(duì)輪中心數(shù)據(jù)測(cè)量狀態(tài)的不同受到凝汽器灌水、低壓外缸質(zhì)量等的影響，數(shù)據(jù)存在一定的變化。汽缸開(kāi)缸前后與精找中心時(shí)相比，圓周方向最大變化0.195 mm，上張口0.070 0 mm。開(kāi)缸前對(duì)輪中心數(shù)據(jù)與扣缸后最后一次測(cè)量數(shù)據(jù)基本吻合。

軸系最終精找中心時(shí)，低壓外缸臨時(shí)扣合，凝汽器處于灌水狀態(tài)，基礎(chǔ)彈簧及凝汽器彈簧均已經(jīng)調(diào)整完成，并處于釋放狀態(tài)。汽輪機(jī)開(kāi)缸前后兩次找中心時(shí)，基礎(chǔ)彈簧以及凝汽器彈簧釋放調(diào)整完成后鎖緊，凝汽器內(nèi)模擬運(yùn)行狀態(tài)的水(568 t)已經(jīng)排空，低壓外缸上半在基礎(chǔ)彈簧及凝汽器彈簧鎖緊后已經(jīng)吊開(kāi)。低壓缸復(fù)扣后最后一次找中心時(shí)，低壓外缸已經(jīng)正式扣合。

依據(jù)以上找中心所處狀態(tài)不同與數(shù)據(jù)變化分析，分析得出對(duì)輪中心的變化是由找中心時(shí)基礎(chǔ)所承載的質(zhì)量變化所引起的，其中凝汽器灌水質(zhì)量(568 t)以及低壓外缸上半質(zhì)量(144 t)影響較大。考慮到基礎(chǔ)彈簧及凝汽器彈簧釋放完成后，鎖定基礎(chǔ)彈簧及凝汽器彈簧，凝汽器排水、低壓外缸上半吊開(kāi)等質(zhì)量變化不會(huì)引起基礎(chǔ)標(biāo)高的變化。但實(shí)際由于質(zhì)量變化較大，凝汽器本身存在一定的變形，受到彈簧鎖緊力不足等因素影響，相關(guān)質(zhì)量減輕后，基礎(chǔ)出現(xiàn)相對(duì)微小的變化。但汽輪機(jī)軸系中心要求精準(zhǔn)，該微小變化足以對(duì)汽輪機(jī)軸系中心造成重大影響。

汽輪機(jī)基礎(chǔ)彈簧共有5個(gè)規(guī)格76組彈簧支座，分散布置在汽輪機(jī)基礎(chǔ)下部的承載梁上。低壓缸周邊區(qū)域選用的40組GP－15.19－S2型彈簧支座，也是左右彈簧中彈性系數(shù)最大的，當(dāng)?shù)蛪焊字苓吇A(chǔ)承載的質(zhì)量減輕時(shí)，基礎(chǔ)中間位置上鼓，造成低低對(duì)輪中心上張口以及圓周方向變化，也與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)相吻合。

前期機(jī)組由于發(fā)電機(jī)相關(guān)工作滯后，汽輪機(jī)基礎(chǔ)彈簧釋放時(shí)，低發(fā)對(duì)輪不具備找中心條件，而凝汽器因后續(xù)相關(guān)工作，必須進(jìn)行排水。結(jié)合工程實(shí)際可知，低發(fā)對(duì)輪是在基礎(chǔ)彈簧及凝汽器彈簧鎖緊、凝汽器排水的狀態(tài)下進(jìn)行找中心工作。低發(fā)對(duì)輪找中心時(shí)基礎(chǔ)所處的狀態(tài)與基礎(chǔ)彈簧釋放時(shí)所處的狀態(tài)是不一致的，也增加了此狀態(tài)下軸系找中心工作的不準(zhǔn)確性。因此后續(xù)機(jī)組所有對(duì)輪的軸系精找中心工作，必須在所有設(shè)備就位、凝汽器模擬運(yùn)行質(zhì)量灌水、基礎(chǔ)彈簧釋放完成后的狀態(tài)下進(jìn)行。

3.2 通流間隙與碰缸試驗(yàn)

機(jī)組在低壓缸正式扣合、軸系精找中心完成后，進(jìn)行碰缸試驗(yàn)，以檢查徑向及軸向的最小通流間隙，并依據(jù)碰缸試驗(yàn)結(jié)果給汽缸最終定位。由于碰缸試驗(yàn)都是在汽缸扣缸后進(jìn)行，汽缸定位后內(nèi)部整體通流情況無(wú)法測(cè)量?，F(xiàn)場(chǎng)揭缸試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)開(kāi)缸后轉(zhuǎn)子進(jìn)出汽缸前后的左右徑向通流間隙進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表3和表4?？芍?，轉(zhuǎn)子吊出前各級(jí)通流間隙是均勻的，其中就低壓汽缸而言，通過(guò)碰缸試驗(yàn)給汽缸最終定位是合理的。

表3 動(dòng)葉頂部徑向汽封間隙測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表4 隔板徑向汽封間隙測(cè)量數(shù)據(jù) mm

在轉(zhuǎn)子吊出又復(fù)裝后，通流間隙與吊出前相比，右側(cè)間隙普遍偏大約0.10 mm，其余數(shù)據(jù)基本與轉(zhuǎn)子吊出前一致。汽缸扣合后，低壓外內(nèi)缸與內(nèi)內(nèi)缸之間的偏心銷可原位復(fù)裝；開(kāi)缸前后內(nèi)內(nèi)缸與外內(nèi)缸之間的相對(duì)位置未發(fā)生變化，可判斷此次汽缸復(fù)扣后汽缸與轉(zhuǎn)子在左右方向上相對(duì)位置未發(fā)生變化。

3.3 末級(jí)葉片徑向找中試驗(yàn)

在汽輪機(jī)碰缸試驗(yàn)結(jié)束后，需進(jìn)行末級(jí)葉片與汽缸徑向找中數(shù)據(jù)的測(cè)量。分別在轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片的葉頂葉根處架表，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子測(cè)量轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)位置關(guān)系。該數(shù)據(jù)可以用于記錄轉(zhuǎn)子與汽缸相對(duì)位置的關(guān)系，便于后續(xù)開(kāi)展比對(duì)分析研究。本次開(kāi)缸前后，現(xiàn)場(chǎng)均對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄見(jiàn)表5。汽缸開(kāi)缸并復(fù)扣后，汽缸與轉(zhuǎn)子間的位置相比開(kāi)缸前以及碰缸時(shí)的位置變化關(guān)系見(jiàn)表6和表7。

表5 低壓轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片徑向同心測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表6 開(kāi)缸前與碰缸試驗(yàn)時(shí)末級(jí)葉片數(shù)據(jù)顯示汽缸相對(duì)轉(zhuǎn)子位置變化情況 mm

表7 開(kāi)缸前后末級(jí)葉片數(shù)據(jù)顯示汽缸相對(duì)轉(zhuǎn)子位置變化情況 mm

從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，開(kāi)缸前轉(zhuǎn)子與汽缸之間的相對(duì)位置與碰缸試驗(yàn)結(jié)束后有微小變化，但考慮到測(cè)量點(diǎn)等因素影響，可以判斷開(kāi)缸前轉(zhuǎn)子與汽缸相對(duì)位置與碰缸試驗(yàn)時(shí)基本一致。開(kāi)缸前與開(kāi)缸后比較結(jié)果顯示，汽缸相對(duì)轉(zhuǎn)子增高0.25~0.30 mm，左右位置基本一致。由于汽缸開(kāi)缸期間，為了矯正汽缸下?lián)狭浚谄椎撞繉?duì)中裝置位置架設(shè)了千斤頂及百分表。但是在汽缸復(fù)扣后底部百分表未能回到初始值(5.00 mm)，末級(jí)葉片測(cè)量時(shí)底部百分表讀數(shù)分別為:調(diào)端左側(cè)4.71 mm，調(diào)端右側(cè)4.64 mm，電端左側(cè)4.67 mm，電端右側(cè)4.68 mm。從百分表數(shù)據(jù)可知調(diào)端、電端變化量約為0.30 mm，與汽缸和轉(zhuǎn)子位置相對(duì)變化量基本吻合。通過(guò)以上分析可以判斷，汽缸開(kāi)缸前后轉(zhuǎn)子與汽缸左右相對(duì)位置未發(fā)生明顯變化。由于本次開(kāi)缸貓爪墊片未進(jìn)行調(diào)整，可以判斷末級(jí)葉片找中數(shù)據(jù)反映出的上下變化量是由汽缸變形導(dǎo)致的。以上數(shù)據(jù)分析也表明末級(jí)葉片徑向找中數(shù)據(jù)可有效反映轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)位置關(guān)系。

3.4 汽缸下?lián)狭啃Ｕ囼?yàn)

汽輪機(jī)安裝階段現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，由于低壓缸支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，汽缸在半缸狀態(tài)下存在一定的下?lián)?。汽缸合缸過(guò)程中隨著內(nèi)內(nèi)缸、外內(nèi)缸的不斷就位，汽缸下?lián)狭恐饾u變大，而汽缸合缸后由于支撐臂以及中分面螺栓的緊固，下?lián)狭靠梢韵?。依?jù)汽輪機(jī)扣缸時(shí)4LP2測(cè)量數(shù)據(jù)，與低壓缸半缸狀態(tài)下合缸狀態(tài)相比，調(diào)端下?lián)狭繛?.70 mm，電端下?lián)狭繛?.80 mm。汽缸下?lián)狭孔畲髸r(shí)為低壓外內(nèi)缸就位后，垂直臂以及中分面螺栓未緊固之前，4LP2測(cè)量到的最大下沉量為3.20 mm，已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)通流間隙最小值(1.60 mm)。因此在通流間隙測(cè)量、扣缸及開(kāi)缸作業(yè)過(guò)程中，要通過(guò)在底部對(duì)中裝置處架設(shè)千斤頂對(duì)下?lián)狭窟M(jìn)行校正。

汽輪機(jī)扣缸過(guò)程中，隨著內(nèi)內(nèi)缸、外內(nèi)缸等部件的不斷就位，汽缸下?lián)狭坎粩嘧兇?。依?jù)扣缸時(shí)相關(guān)記錄，低壓內(nèi)內(nèi)缸就位后汽缸下沉量約0.50 mm，低壓外內(nèi)缸就位后汽缸下沉量約1.0 mm。考慮到汽缸下沉量的變化，扣缸過(guò)程中內(nèi)內(nèi)缸及外內(nèi)缸就位前汽缸底部均進(jìn)行了適當(dāng)?shù)念A(yù)抬高操作。

本次開(kāi)缸操作與扣缸過(guò)程相反，汽輪機(jī)開(kāi)缸前，為了避免松開(kāi)垂直臂與中分面螺栓后汽缸整體下沉而壓傷頂部汽封齒，現(xiàn)場(chǎng)參考汽輪機(jī)扣缸時(shí)落下外內(nèi)缸時(shí)的下沉量，汽缸底部向上頂起了1.0 mm。但是實(shí)際松開(kāi)外內(nèi)缸垂直臂與中分面螺栓后，汽缸幾乎沒(méi)有任何下沉?，F(xiàn)場(chǎng)分析，扣缸時(shí)千斤頂向上頂起，汽缸處于半缸狀態(tài)，內(nèi)缸扣合后，千斤頂吃力變大，所以下沉量較多；開(kāi)缸時(shí)千斤頂向上頂起，汽缸處于合缸狀態(tài)，而千斤頂向上頂起的是整個(gè)汽缸，所以松開(kāi)螺栓后，千斤頂受力沒(méi)有變化，因此汽缸沒(méi)有下沉；汽缸底部向上頂起1.0 mm是不合適的。因此在開(kāi)缸過(guò)程中，汽缸底部千斤頂向上頂起量無(wú)須參考扣缸時(shí)的下沉量，只需將千斤頂受力后向上頂起約0.10 mm即可補(bǔ)償松螺栓后的下沉量，解決螺栓松開(kāi)后的下沉問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展核電汽輪機(jī)揭缸操作試驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，積累了軸系找中心、碰缸試驗(yàn)等工作經(jīng)驗(yàn)。

1)在低低軸系中心與基礎(chǔ)彈簧測(cè)量試驗(yàn)中，當(dāng)基礎(chǔ)彈簧處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，凝汽器排水對(duì)汽輪機(jī)基礎(chǔ)及軸系中心存在一定的影響，為保證后續(xù)機(jī)組所有對(duì)輪的軸系精找中心工作的準(zhǔn)確性，須在所有設(shè)備就位、凝汽器模擬運(yùn)行質(zhì)量灌水、基礎(chǔ)彈簧釋放完成狀態(tài)下進(jìn)行。

2)結(jié)合通流間隙及碰缸試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)子吊出前各級(jí)通流間隙是均勻的，其中就低壓汽缸而言，通過(guò)碰缸試驗(yàn)給汽缸最終定位是合理的。在轉(zhuǎn)子復(fù)裝后，通流間隙與吊出前相比，右側(cè)間隙普遍偏大約0.10 mm，并且開(kāi)缸前后內(nèi)內(nèi)缸與外內(nèi)缸之間的相對(duì)位置未發(fā)生變化，進(jìn)而可判斷此次汽缸復(fù)扣后汽缸與轉(zhuǎn)子在左右方向上相對(duì)位置未發(fā)生變化。

3)在末級(jí)葉片徑向找中試驗(yàn)中，汽缸開(kāi)缸前后轉(zhuǎn)子與汽缸左右相對(duì)位置未發(fā)生明顯變化?？紤]到此次開(kāi)缸貓爪墊片未進(jìn)行調(diào)整，可以判斷末級(jí)葉片找中數(shù)據(jù)反映出的上下變化量是由汽缸變形導(dǎo)致的。同時(shí)也表明末級(jí)葉片徑向找中數(shù)據(jù)可有效反映轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)位置關(guān)系。

4)在汽缸下?lián)狭啃Ｕ囼?yàn)中，針對(duì)汽缸在半缸狀態(tài)下存在一定下?lián)狭康膯?wèn)題，須在底部對(duì)中裝置處架設(shè)千斤頂對(duì)下?lián)狭窟M(jìn)行校正。其中，扣缸過(guò)程中內(nèi)內(nèi)缸及外內(nèi)缸就位前汽缸底部均進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)抬高操作；在開(kāi)缸過(guò)程中，只需將千斤頂受力后向上頂起約0.10 mm即可補(bǔ)償松螺栓后的下沉量，解決螺栓松開(kāi)后的下沉問(wèn)題。

上述有關(guān)試驗(yàn)的開(kāi)展及研究分析可為后續(xù)發(fā)電機(jī)施工進(jìn)度、低發(fā)對(duì)輪找中心工作等核電汽輪機(jī)揭缸相關(guān)試驗(yàn)研究提出理論依據(jù)和技術(shù)支撐。