大型汽輪機轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐的研制

王玉林 楊春旭 李政彬 張國全

(中國中元國際工程公司，北京 100089)

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

目前國內(nèi)幾家汽輪機廠裝備的汽輪機轉(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。隨著我國發(fā)電設(shè)備技術(shù)的進步，1 000 MW 超超臨界火力發(fā)電和核電機組的投產(chǎn)，急需配套的大型汽輪機轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐，為此，我公司進行了設(shè)計研制。

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)動力系統(tǒng)帶動以規(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)動力系統(tǒng)安裝在同一基礎(chǔ)上并能左右移動，以適應(yīng)不同長度轉(zhuǎn)子鍛件試驗的需要;轉(zhuǎn)子撓度測量系統(tǒng)的測桿將轉(zhuǎn)子鍛件測試帶的跳動傳遞至爐外，由位移檢測元件檢測、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)特點及安裝要求

熱跑爐主要由兩端爐體、中間活動爐體、上爐體、下爐體、控制系統(tǒng)、測試孔密封裝置、速度降溫換熱裝置、爐溫測控系統(tǒng)及加熱裝置組成?？刂乒窬酄t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)、中間活動式爐體組合，以適應(yīng)不同長度轉(zhuǎn)子的需要。中間活動爐體能以250 mm 的間隔進行任意組合，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)軸身長度移動組合爐體，因此爐體的結(jié)構(gòu)強度和剛性尤為重要。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)強度、剛性和使用要求。

對于爐體之間的連接部位，在設(shè)計上主要考慮密封良好。在上、下爐體和中間活動爐體對接面以及爐體與轉(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、可調(diào)節(jié)通風(fēng)降溫裝置，以達到控制降溫速度、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。采用可控硅時間比例調(diào)功方式控制加熱，溫度可編程控制器采用英國歐陸公司生產(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。可控硅調(diào)功器進行功率調(diào)節(jié)是通過調(diào)整單位時間的波形的分布達到調(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)主控儀表與上位機進行雙向通信。其輸出采用時間比例模塊技術(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)進行確定，其位置應(yīng)在測試帶附近，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)子鍛件試驗時檢測中心孔內(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)定全部由上位機來完成，但作為直接控制裝置——可編程溫度控制器，自身具備同時對溫度和時間統(tǒng)一編程的功能;具備獨立的溫度、時間的設(shè)定和測量顯示功能;具備多種輸出方式和多路輸出控制功能及手自動方式并可在線任意切換。

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

4.5 每區(qū)的主控溫度、記錄溫度在每個區(qū)段上應(yīng)單獨設(shè)置。

5 上位機控制系統(tǒng)

上位工控機根據(jù)熱穩(wěn)定工藝過程要求，指揮PLC 或智能儀表實現(xiàn)自動運行、控制調(diào)節(jié)(也可在脫機狀態(tài)下，直接由PLC 或智能儀表實現(xiàn)控制調(diào)節(jié))，實現(xiàn)各溫區(qū)根據(jù)工藝需要同步(或異步)升降溫，并同時采集智能儀表的狀態(tài)參數(shù)、過程參數(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)，在整個工藝執(zhí)行過程中，全部由計算機高精度控制自動運行，無需人工干預(yù)。計算機根據(jù)實際測控爐內(nèi)溫度，直至達到工藝要求。通過調(diào)制解調(diào)器采用撥號上網(wǎng)技術(shù)即可與同類設(shè)備運行中進行工藝監(jiān)視，又可在系統(tǒng)出現(xiàn)疑難問題時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 人機對話界面

計算機顯示界面設(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、過程曲線、過程模擬、報警界面及報表定時打印和幫助工作界面，所有界面采用中文顯示。

6 檢測裝置

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

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

6.3 采用測量桿直接跳動傳遞至安裝在爐外的位移傳感器。

6.4 測量數(shù)據(jù)可連續(xù)記錄，并與計算機聯(lián)機，自動讀數(shù)并打印。

7 結(jié)論

這套汽輪機轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐托輥承載能力為300 t、可檢測的最大轉(zhuǎn)子外徑為3 m，能滿足目前所有大型轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定測試工藝要求，填補了國內(nèi)沒有大型汽輪機轉(zhuǎn)子熱跑電阻爐的空白。整個系統(tǒng)由計算機控制，爐體控溫精度高、測試系統(tǒng)可靠，操作方便。