1 000 MW核電半速汽輪機(jī)高中壓缸負(fù)荷分配技術(shù)及應(yīng)用

王洪棟

（山東電力建設(shè)第三工程公司，山東 青島 266100）

0 引言

福建寧德核電廠一期工程建設(shè)4臺(tái)1 000 MW—CPR1000壓水堆核電機(jī)組，汽輪機(jī)為國(guó)產(chǎn)化首臺(tái)核電1 000 MW半速汽輪機(jī)，其高中壓缸負(fù)荷分配是安裝的關(guān)鍵工序，現(xiàn)場(chǎng)按規(guī)定的程序進(jìn)行分次負(fù)荷分配試驗(yàn)。通過(guò)高中壓缸負(fù)荷分配技術(shù)消除汽缸在安裝過(guò)程中以及與高中壓缸連接管道過(guò)程中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，使缸體能夠自然受力和自由膨脹，保證了汽輪機(jī)的整體安裝質(zhì)量和安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 高中壓缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

寧德核電廠設(shè)計(jì)的核電HN1089-6.43/280/269-H型半速汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)制造，額定功率為1 089.075 MW，單軸、中間再熱、三缸四排汽凝汽式半速（1 500 r/min）汽輪機(jī)，其高中壓缸為整體合缸、單層缸結(jié)構(gòu)，高壓和中壓部分采用分流式布置。

高、中壓缸由前后兩端的四個(gè)貓爪分別搭撐在前、中軸承箱上，采用上貓爪支撐方式。 前、中軸承箱均設(shè)計(jì)為無(wú)臺(tái)板支撐形式，由安裝在汽輪機(jī)基礎(chǔ)上的圓墊鐵組、斜墊鐵組直接支撐。

高、中壓缸的前、中軸承箱均為固定式，缸體依靠“導(dǎo)向裝置”和“定位鍵”進(jìn)行縱、橫中心定位；高中壓缸的前貓爪設(shè)計(jì)為滑動(dòng)式，高中壓缸整體在前軸承箱貓爪支撐處自由地向前膨脹；高中壓缸后貓爪搭載的中軸承箱貓爪支撐位置處設(shè)有橫向定位鍵，形成了高中壓缸膨脹的相對(duì)死點(diǎn)，保證汽缸以此“死點(diǎn)”向前進(jìn)行自由膨脹。

整個(gè)高中壓缸設(shè)計(jì)與缸體相連接的主要管道共有22路，包括高壓導(dǎo)汽管4路、中壓導(dǎo)汽4路、高壓排汽4路、中壓排汽4路、抽汽管道6路，連接管道最大管徑為D2 591 mm×14 mm。 由于核電為中溫中壓機(jī)組參數(shù)，其管道的口徑、體積和重量遠(yuǎn)大于常規(guī)火電機(jī)組，在安裝過(guò)程中易產(chǎn)生額外的附加應(yīng)力。

汽輪機(jī)基礎(chǔ)采用整體彈性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

2 高中壓缸負(fù)荷分配與常規(guī)火電機(jī)組主要差異

2.1 負(fù)荷分配工序

核電半速汽輪機(jī)高中壓缸負(fù)荷分配試驗(yàn)，共需要8道工序來(lái)完成，高中壓缸扣蓋后管道正式連接前進(jìn)行第一次負(fù)荷分配試驗(yàn)；與高中壓缸連接的主要管道正式連接，每連接完畢一組管道后需進(jìn)行1次負(fù)荷分配試驗(yàn)，共分6次完成；在汽輪機(jī)基礎(chǔ)彈簧全部釋放后進(jìn)行最后1次負(fù)荷分配試驗(yàn)。常規(guī)大型火電機(jī)組高中壓缸一般在合缸狀態(tài)下分空缸和實(shí)缸2次完成。

2.2 負(fù)荷分配采用的方法

核電高中壓缸負(fù)荷分配試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)采用差壓法進(jìn)行；火電機(jī)組高中壓缸一般采用貓爪垂弧法［1］。

2.3 負(fù)荷分配標(biāo)準(zhǔn)要求

核電高中壓缸的負(fù)荷分配要求前、后兩端的左右側(cè)貓爪，同一端的負(fù)荷偏差控制在±5%范圍內(nèi)；火電機(jī)組高中壓缸則規(guī)定要求同一端左右側(cè)貓爪的垂弧允許偏差值為 0.10 mm［2］。

3 高中壓缸負(fù)荷分配控制

3.1 負(fù)荷分配具備的條件

高中壓缸缸體處于自由狀態(tài)，缸體上無(wú)任何吊掛重物和周邊妨礙汽缸頂起的物件。

與汽缸連接的抽汽管道均應(yīng)連接至第一個(gè)支吊架處，且調(diào)整完畢驗(yàn)收合格，如管道為左右對(duì)稱連接時(shí)，兩側(cè)均應(yīng)施工完畢；高中壓缸的導(dǎo)汽（高壓、中壓）管道均連接至汽門，缸體排汽管道全部施工完畢，管道之間連接法蘭以及與汽缸連接的法蘭螺栓應(yīng)緊固且無(wú)間隙。

最后一次負(fù)荷分配試驗(yàn)，與汽缸連接的所有管道支吊架應(yīng)處于運(yùn)行狀態(tài)，高、中壓汽門支座彈簧處于受力狀態(tài)；汽輪機(jī)基礎(chǔ)彈簧釋放完畢，其標(biāo)高變化值符合規(guī)定。

高中壓缸的貓爪承力面、滑動(dòng)面等接觸良好；其橫向定位鍵、縱向?qū)蜴I全部取出，避免負(fù)荷試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。

3.2 負(fù)荷分配主要工序

由于核電高中壓缸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中負(fù)荷分配試驗(yàn)分為8次進(jìn)行，具體工序如圖1所示。

3.3 負(fù)荷分配控制

現(xiàn)場(chǎng)采用差壓法進(jìn)行負(fù)荷分配試驗(yàn)，具體操作布置如圖2所示。

圖1 高中壓缸負(fù)荷分配工序

圖2 高中壓缸負(fù)荷分配操作布置示意圖

依據(jù)示意圖準(zhǔn)備并安裝所用工器具，測(cè)量貓爪變化的百分表應(yīng)預(yù)壓2 mm的預(yù)壓值并調(diào)至“0位”；用頂升用千斤頂將進(jìn)行負(fù)荷分配的汽缸貓爪向上頂升0.20 mm，再將貓爪墊片臨時(shí)拆除后放置可讀油壓數(shù)值的專用負(fù)荷分配千斤頂組件，應(yīng)保持將千斤頂放置在支承點(diǎn)的軸線位置上，以免貓爪變形影響測(cè)量結(jié)果；保護(hù)墊片厚度比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空間低0.30～0.50mm，應(yīng)放置平穩(wěn)并隨時(shí)檢查保持不受力狀態(tài)。

頂升負(fù)荷分配千斤頂將高中壓缸貓爪支撐受力點(diǎn)切換到負(fù)荷分配千斤頂上，降落頂升用千斤頂不得受力，再進(jìn)一步調(diào)節(jié)負(fù)荷分配千斤頂?shù)挠蛪菏拱俜直碜x數(shù)歸至原“0位”，記錄第一次貓爪負(fù)荷（千斤頂油壓）油壓值見(jiàn)表1，整個(gè)過(guò)程頂升千斤頂和保護(hù)墊片處于不受力狀態(tài)。

表1 汽缸負(fù)荷分配表

通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)荷分配千斤頂油壓使汽缸貓爪向上頂升或向下降落，根據(jù)表1所示的汽缸貓爪頂升高度要求對(duì)負(fù)荷分配千斤頂進(jìn)行油壓調(diào)節(jié)，記錄貓爪負(fù)荷（千斤頂油壓）油壓值。

汽缸貓爪頂升或下降一個(gè)循環(huán)后，再用頂升用千斤頂將汽缸頂升，移走負(fù)荷分配千斤頂，切換原貓爪墊片，降落頂升用千斤頂至不受力狀態(tài)，此時(shí)測(cè)量貓爪變化的百分表讀數(shù)應(yīng)回到原“0位”，記錄最后一次貓爪負(fù)荷油壓值。

依上述工序?qū)ζ?個(gè)貓爪分別進(jìn)行負(fù)荷分配試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算得出同一端的左、右兩側(cè)貓爪負(fù)荷分配千斤頂油壓平均值或利用測(cè)量貓爪變化百分表3次“0位”處的油壓平均值，進(jìn)一步比較左、右兩側(cè)的貓爪負(fù)荷偏差不得超過(guò)±5%（汽缸同端一側(cè)貓爪負(fù)荷分配油壓平均值的偏差值與左、右兩側(cè)貓爪負(fù)荷分配油壓平均值之比）；同端兩側(cè)的貓爪進(jìn)行負(fù)荷分配時(shí)應(yīng)使用同一個(gè)千斤頂，以消除不同千斤頂?shù)捻斏蛪赫`差。

3.4 負(fù)荷分配調(diào)整

汽缸貓爪負(fù)荷分配的偏差通過(guò)加減支撐貓爪墊片的厚度來(lái)調(diào)整，最終滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 加減貓爪墊片厚度時(shí)，應(yīng)遵循同端左右兩側(cè)貓爪“一側(cè)減，一側(cè)加”的等量調(diào)整原則，如需單側(cè)調(diào)整應(yīng)綜合考慮汽封、油檔洼窩值、轉(zhuǎn)子與汽缸的中心位置，保證其相對(duì)中心位置在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

該型機(jī)組汽輪機(jī)本體管道直徑與質(zhì)量較大，每一管段的載荷或應(yīng)力不均都有可能造成汽缸的滑動(dòng)或變形，在每一組管道連接完畢后都進(jìn)行一次負(fù)荷分配試驗(yàn)，使之較為準(zhǔn)確的掌握引起高中壓缸負(fù)荷分配不均的原因，必要時(shí)可調(diào)整管道和相應(yīng)支吊架的受力情況。

與汽缸連接的管道不得與汽缸強(qiáng)力對(duì)口、調(diào)整時(shí)不得斜拉；臨時(shí)吊具、支撐點(diǎn)在焊接和熱處理的全過(guò)程中不得拆除［3］；第二次至第六次負(fù)荷分配時(shí)依據(jù)管道安裝邏輯關(guān)系可以相互變換調(diào)整，但管道安裝應(yīng)滿足對(duì)稱原則。

汽缸負(fù)荷分配出現(xiàn)有一端兩側(cè)貓爪負(fù)荷分配偏差不合格時(shí)，待調(diào)整合格后，則原合格的一端應(yīng)再進(jìn)行一次負(fù)荷分配試驗(yàn)，以復(fù)核一端調(diào)整引起另一端的變化，直至兩端全部合格。

汽輪機(jī)基礎(chǔ)彈簧全部釋放后對(duì)高中壓缸進(jìn)行最后一次負(fù)荷分配試驗(yàn)，可通過(guò)基礎(chǔ)彈簧墊片加減和貓爪墊片厚度加減二者相結(jié)合的方式進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)考慮軸系最終調(diào)整的要求。

每次負(fù)荷分配貓爪墊片調(diào)整后應(yīng)進(jìn)行校核高中壓缸前、后汽封洼窩值、測(cè)量高中壓中間汽封體處的頂部間隙，并復(fù)測(cè)汽缸的軸向定位尺寸，以保證缸內(nèi)汽封和動(dòng)靜部件的間隙在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

3.5 負(fù)荷分配實(shí)施效果

汽輪機(jī)高中壓缸通過(guò)負(fù)荷分配技術(shù)的8次試驗(yàn)調(diào)整，前后端左、右貓爪的負(fù)荷偏差分別為2.1%和2.7%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。 機(jī)組在啟動(dòng)、空負(fù)荷、滿負(fù)荷情況下高中壓缸膨脹自由、均勻，脹差符合要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高中壓缸負(fù)荷分配技術(shù)的有效實(shí)施，貓爪負(fù)荷偏差均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，合理分配到每個(gè)貓爪的承力面上，最大限度地消除了汽缸在安裝過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，保證了高中缸的自由受力和膨脹，保證了汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］DL5190.3—2012 電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范 （第3部分汽輪發(fā)電機(jī)組）［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

［2］DL5210.3—2009 電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程（第3部分：汽輪發(fā)電機(jī)組）［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

［3］劉錦華.嶺澳核電站工程實(shí)踐與創(chuàng)新（施工管理卷Ⅱ）［M］.北京原子能出版社，2003.