給水泵汽輪機安裝中關鍵技術及問題處理方法的探討

姚虎東

(1華北電力大學能源動力與機械工程學院，北京100000; 2內蒙古京能康巴什熱電有限公司，內蒙古鄂爾多斯017000)

0 引言

大容量機組多采用變速給水泵進行給水流量調節(jié)，這種調節(jié)是通過電動機驅動或小汽輪機驅動實現(xiàn)的。給水泵電動機驅動方式的優(yōu)點是裝置簡單、工作可靠、成本較低。但當機組功率增大時，相應的電氣設備的容量也增大，使整個裝置的成本增加，而且消耗的廠用電也增加。相比而言，給水泵汽輪機驅動方式不僅有較寬的調速范圍和靈敏的調節(jié)特性，而且可節(jié)省大量廠用電。另外，小汽輪機以主汽輪機的抽汽為工質，減少了主機的末級蒸汽流量，從而降低了主機的末級葉片高度和末級的余熱損失，提高了主機的內效率。隨著發(fā)電企業(yè)對廠用電率要求的提高，給水泵汽輪機驅動技術也越來越多地應用到初建和投產改造的發(fā)電機組中。這種驅動方式也逐漸成為300 MW及以上機組應用最廣泛的驅動方式［1］。

本文以某火電廠2×350 MW超臨界凝汽式汽輪機組為例，該機組配置2臺50%容量汽動給水泵，給水泵汽輪機為杭州汽輪機廠生產的NK63/71型單缸、軸流、凝汽式汽輪機，汽輪機正常工作汽源采用4段抽汽(低壓蒸汽)，備用汽源采用再熱冷段(高壓蒸汽)，調試、啟動汽源采用輔助蒸汽。

1 給水泵汽輪機配置及結構

1.1 給水泵汽輪機系統(tǒng)配置

每臺給水泵汽輪機系統(tǒng)配置主要包括:

1)潤滑油、調節(jié)油系統(tǒng):采用集裝式油站，配置交流油泵、直流潤滑油泵、排煙風機、潤滑油濾油器、調節(jié)油濾油器和冷油器。

2)凝結水及循環(huán)水系統(tǒng):凝汽器、凝結水泵、機力通風塔和循環(huán)水泵等。

3)軸封及抽真空系統(tǒng):真空泵、軸封供汽及漏汽接入主汽輪機軸封供汽和漏汽系統(tǒng)。

1.2 給水泵汽輪機的結構

給水泵汽輪機主要由靜止部分和轉動部分組成。靜止部分包括汽缸、隔板、噴嘴、軸承等部件;轉動部分包括主軸、葉輪、動葉等部件。汽缸由前缸和后缸(排缸)組成，前缸和后缸通過垂直結合面法蘭螺栓連接成一個整體，前缸和后缸又沿水平面分為上、下兩半。進汽室位于汽缸前端上部，它是一個橫向筒形腔室，調節(jié)汽閥的閥梁和閥碟位于其中。

汽輪機安裝在底盤上，底盤與水泥基礎的固定由地腳螺栓完成。汽輪機的前汽缸貓爪放在前軸承座上，汽缸受熱膨脹時，貓爪推動前軸承座一起向前運動，后貓爪位于排汽缸兩側，支撐在底盤上，在結合面處帶有側向的導向銷。排汽缸的后部帶有導向立鍵并放置在底盤的導向槽內。導向銷的中心連線與汽輪機的軸向中心垂直面的交點構成了汽輪機后汽缸的膨脹“死點”。

進汽速關閥與汽缸上的法蘭連接，工作蒸汽經速關閥進入蒸汽室。蒸汽室內裝有提板式調節(jié)汽閥，油動機通過杠桿機構操縱提板，決定閥門開度，控制蒸汽流量。備用蒸汽由管道調節(jié)閥控制，管道調節(jié)閥的出口法蘭接在速關閥上，此時調節(jié)汽閥位于全開狀態(tài)，不起調節(jié)作用。

2 安裝中關鍵技術及注意事項

給水泵汽輪機安裝過程是否得當是決定其運行狀態(tài)的關鍵因素。因此，認真執(zhí)行設備安裝步序，嚴格落實設備安裝標準，是保證給水泵汽輪機能夠安全、穩(wěn)定、經濟運行的重要前提。給水泵汽輪機在安裝過程中的一些關鍵技術及注意事項如下。

1)在汽輪機出廠隨機工具中配置有一定數(shù)量的小型螺旋千斤頂，其主要用于汽輪機就位時的臨時支撐和調整。而在安裝定位的過程中，汽輪機中心標高和汽缸水平則是通過調整螺釘來進行調整。在進行汽缸水平的調整工作前，應將支撐在底盤下部的臨時螺旋千斤頂全部撤出，并在二次灌漿24 h后將全部調整螺釘均退出1圈。而在安裝的過程中，施工人員常常錯誤地用螺旋千斤頂來調整汽缸水平，并在二次灌漿中將螺旋千斤頂埋入灌漿料中，使底盤產生額外支承點的力，影響扣缸狀態(tài)。

2)汽輪機扣缸后，在進行汽缸貓爪支撐轉換時，首先對左右貓爪位移量進行架百分表監(jiān)視，轉換過程以百分表讀數(shù)剛開始有變化為準;然后復測轉子－汽缸中心，以確保轉子－汽缸的找中結果(轉子－汽缸中心偏差≤0.05 mm，且轉子中心低于汽缸中心)，即通過檢測汽缸前、后測量環(huán)R3、r3中心值與轉換前R3、r3中心值進行比較，要求轉換前后R3、r3中心偏差≤0.03 mm，否則重新調整。做好轉換后測量環(huán)R3、r3中心值記錄并留存，作為今后在不揭缸的前提下檢查轉子－汽缸中心是否有變化的基準。汽缸支撐轉換后，下貓爪的頂起螺釘均應及時退出，并確定有一定的退出空間，否則意外頂缸會引起汽輪機振動超標，危及汽輪機運行安全。

3)軸承上瓦枕與前、后徑向軸承之間均有間隙要求，而并非緊力。但是在現(xiàn)場的安裝中，受發(fā)電汽輪機安裝要求的影響，施工人員往往將該間隙誤讀為緊力。同時對于瓦枕間隙的測量，還應注意以下事項:①保險絲直徑的25%壓縮量是有效的，即應采取保險絲直徑的80%厚度的墊片。②墊片應采用完整的不銹鋼薄板，嚴禁使用銅片、塞尺和鋸條。否則在擰緊上瓦枕中分面螺栓時，上瓦枕會出現(xiàn)上拱變形，使測量數(shù)據(jù)不準確。

4)進汽管道應在汽輪機二次灌漿結束和地腳螺栓按照預緊力矩擰緊后裝接，并且在進行接管工作時應在汽缸前貓爪的X、Y、Z 3個方位裝設百分表進行監(jiān)視，防止汽缸發(fā)生位移。

5)給水泵就位時進行聯(lián)軸器找中心應滿足汽輪機輸出軸找中值的要求，且試車前須復查聯(lián)軸器中心是否正確。特別注意的是關于對汽輪機輸出軸找中值的正確理解，隨機資料提供以下輸出軸找中值說明。

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順汽流方向看，汽輪機轉向為右旋。O點設為汽輪機冷態(tài)時的輸出軸中心，O＇點設為汽輪機熱態(tài)時的輸出軸中心。順汽流方向看X軸向右為正，Y軸向上為正，d x=－150μm，d y=53μm，汽輪機輸出軸找中值坐標示意圖如圖1所示。

在聯(lián)軸器找中過程中，施工人員對于找中值的理解總是不能很好地做到坐標示意圖與給定數(shù)值的有機結合，往往被O＇點在坐標示意圖中的位置所誤導，忽略了 d x是負數(shù)的要求。結合d x、d y找中值要求和找中值示意圖，可以得出直觀的汽輪機冷熱態(tài)輸出軸中心變化坐標圖，汽輪機輸出軸找中值坐標定位圖如圖2所示。

圖1 汽輪機輸出軸找中值坐標示意圖

圖2 汽輪機輸出軸找中值坐標定位圖

順汽流方向，汽輪機熱態(tài)輸出軸中心O＇點位于冷態(tài)中心O點左上角。那么在找中過程中，O＇點則應被視為給水泵驅動端冷態(tài)中心，這樣，在汽輪機熱態(tài)運行情況下，汽輪機輸出軸和給水泵驅動端的中心重合，從而保證了汽動給水泵的安全穩(wěn)定運行。

3 安裝問題實例解析

3.1 循環(huán)水管道設計錯誤導致膠球系統(tǒng)無法正常投運

給水泵汽輪機凝汽器冷卻水采用開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，冷卻水的供水來自機力塔通風冷卻后循環(huán)使用的冷卻水，供水及回水管線都通過地下管網的形式進行鋪設。在機組調試期間，對膠球系統(tǒng)進行首次投運調試，竟然出現(xiàn)了收球率為零的結果，對各收球網進行解體檢查，未發(fā)現(xiàn)異常及其他設備缺陷。同時，在汽輪機首次沖轉過程中，發(fā)現(xiàn)凝汽器進水溫度高于回水溫度。結合以上異常情況進行分析，有可能是凝汽器循環(huán)水進/回水管道接反所致。認真查看設計圖紙，發(fā)現(xiàn)在廠區(qū)管線與廠房管線的交接點處發(fā)生了碰接錯誤。

以上設計問題暴露出汽機設計人員和管網設計人員在設計過程中存在疏于溝通的現(xiàn)象，對管道對接的關鍵點沒有足夠的重視，并且沒有認真核實。同時，在項目的設計階段由于缺少設備監(jiān)理的參與，使設計階段的質量控制沒有得到更好地落實。

3.2 汽輪機排汽壓力高，熱控測點顯示不準，真空泵出力差

在機組168試運行期間，給水泵汽輪機排汽壓力呈逐漸上升的趨勢，就地檢查真空系統(tǒng)嚴密性無漏點。對比汽輪機排汽壓力和排汽溫度，發(fā)現(xiàn)排汽壓力高于該排汽溫度對應的飽和壓力，因此，判斷汽輪機排汽壓力測點存在誤差。就地檢查排汽壓力取樣管，發(fā)現(xiàn)取樣管存在一段較大的U形彎，分析原因為U形管內冷卻積水導致管道不通暢。將U形管段改為直管段后汽輪機排汽壓力顯示正常(與排汽溫度相對應)。但較設計值，實際排汽壓力仍偏高，檢查真空泵入口管道，發(fā)現(xiàn)真空度偏低，分析為真空泵出力的問題。測得真空泵工作水溫為45～50℃，真空泵工作水在45～50℃溫度下會產生大量汽化，真空泵因抽吸自身工質汽化產生的氣體，擠占真空泵排氣量，造成真空泵出力嚴重不足［2］。同時測得換熱器冷卻水溫升較高，因此斷定真空泵換熱器換熱效果差是引起真空泵出力降低的根本原因。換熱器換熱效果差可能是由于輔機循環(huán)冷卻水系統(tǒng)投運前對管道沖洗不夠徹底，機組正常投運后管道內殘留的焊渣、泥沙致使換熱器堵塞。排除堵塞物直接有效的方法是采用冷卻水對換熱器進行反沖洗，沖洗效果明顯，汽輪機真空得到顯著改善。因此，應加強對真空泵工作水溫的監(jiān)測，適時對換熱器冷卻水側進行反沖洗，保證真空泵正常出力。

3.3 聯(lián)軸器中心問題導致軸承振動大

在找聯(lián)軸器中心時，最常用的找中心工具便是百分表和磁性表座，然而，大部分施工人員在找聯(lián)軸器中心時都不會注意到磁性表座及表架對百分表的讀數(shù)所產生的誤差，通過以下試驗不難發(fā)現(xiàn)這一誤差存在的必然性。

1)將百分表與磁性表座正確連接，并固定于一槽鋼平面呈直立放置，百分表指針指向磁性表座吸附平面，百分表取值按找中心要求合理設置，并將長指針置于“零”刻度位，并記錄讀數(shù)。

2)將槽鋼、百分表和磁性表座沿軸向整體旋轉分別呈90°，180°，270°位置，分別讀取百分表讀數(shù)并記錄。百分表倒置180°示意圖如圖3所示。

圖3 百分表倒置180°示意圖

通過對比百分表讀數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，在磁性表座和百分表理論上不存在相對位移的情況下，百分表讀數(shù)仍然出現(xiàn)了比較明顯的變化，并且通過多次試驗可以發(fā)現(xiàn)，磁性表座與百分表跨距越大，百分表讀數(shù)變化越大。這是由磁性表座和百分表連接剛性不足所導致的，跨距越大，表架對百分表自重位移的束縛能力越差，在找聯(lián)軸器中心時，對聯(lián)軸器中心圓周偏差結果產生的影響越大。

因此，通過試驗可以確定當汽輪機－給水泵軸頭間距為370 mm時，直接采用磁性表座找聯(lián)軸器中心時，圓周中心偏差(表讀數(shù)差/ 2)垂直方向將產生＞0.20 mm的誤差。這也是造成聯(lián)軸器中心超標引起軸承振動增大的原因。

為了避免磁性表座在找聯(lián)軸器中心時所帶來的不利影響，必須采取得當?shù)拇胧┙鉀Q百分表連接剛性的問題，從而保證找聯(lián)軸器中心結果的準確性。

結合現(xiàn)場實際情況，制作一簡易剛性假軸與一側軸頭剛性連接，假軸的長度以保證假軸與另一側軸頭的空間距離越小越好，并將百分表通過一級連桿直接與假軸連接，這樣便可避免磁性表架剛性不足的問題發(fā)生，從而保證聯(lián)軸器找中心結果的準確性。

3.4 汽輪機掛閘失敗，速關閥打不開

掛閘過程描述:運行人員發(fā)出掛閘指令，啟動油壓開始建立并且油壓正常，隨后速關油壓開始緩慢建立，二次油壓建立，速關油壓達到0.8 MPa并高于啟動油壓，速關閥開啟，速關閥開度不到10%速關油壓瞬間消失，速關閥關閉，啟動油壓緩慢降為零，掛閘失敗。

通過對比另一臺汽輪機掛閘過程，發(fā)現(xiàn)唯一不同之處在于速關油壓的建立比較緩慢。因此，速關電磁閥存在堵塞的可能性。對速關電磁閥進行解體清洗，回裝后重新掛閘正常，速關閥開啟正常。造成電磁閥堵塞的原因主要為油系統(tǒng)沖洗不夠徹底和油質問題。對于新安裝機組，油系統(tǒng)進行油循環(huán)沖洗是機組投運前至關重要的環(huán)節(jié)，油循環(huán)的方式更是決定著油系統(tǒng)各部位能否得到徹底的沖洗。汽輪機油如同汽輪機的血液，合格優(yōu)質的汽輪機油是保證汽輪機安全穩(wěn)定運行的重要基礎，因此，定期關注油質變化、保證油質合格是設備檢查工作的重要組成部分。

4 設備安裝過程質量控制

4.1 圖紙會審的必要性和保證其有效性

圖紙會審是指工程各參建單位(建設單位、監(jiān)理單位、施工單位)在收到設計院施工圖設計文件后，對圖紙進行全面細致的熟悉，審查出施工圖中存在的問題及不合理情況并提交設計院進行處理的一項重要活動。通過圖紙會審可以使各參建單位特別是施工單位熟悉設計圖紙、領會設計意圖、掌握工程特點及難點，找出需要解決的技術難題并擬定解決方案，從而將因設計缺陷而存在的問題消滅在施工之前［3］。項目施工過程中出現(xiàn)過多的設計變更會導致人力、物力、財力、資源等嚴重浪費現(xiàn)象的發(fā)生，甚至耽誤整個工期。因此，圖紙會審環(huán)節(jié)對于整個工程項目的開展是至關重要的。但是，如何保證圖紙會審的實效性，真正做到設計問題不遺漏、會審過程無誤差，還需注意以下幾點:

1)各單位會審人員應熟悉項目工程性質、內容、要求及注意事項，并且具備圖紙會審的能力，有較高的專業(yè)技術水平，特別是監(jiān)理工程師。

2)會審人員應具有高度負責的責任心、正確的工作態(tài)度和積極的工作熱情。

3)監(jiān)理人員要做到認真審閱每張圖紙，做到不留死角，對施工圖進行詳細的校對，對圖紙進行全面的復查，同時，還應站在更高的層次上，從項目管理的角度上對設計圖紙?zhí)岢鰡栴}，對設計圖紙加以優(yōu)化和完善，以提高設計圖紙的設計質量。

4)加強不同專業(yè)人員間的溝通。從圖紙設計初始到現(xiàn)場施工準備，往往由于不同專業(yè)人員間溝通不及時、溝通不到位，而導致錯誤、遺漏、碰撞、重合等設計缺陷的出現(xiàn)，以及設計缺陷得不到及時糾正的現(xiàn)象發(fā)生。

4.2 工器具檢驗及工器具使用過程的控制

在現(xiàn)場施工開始前，施工單位要對安裝過程中使用的計量器具進行檢驗，向項目監(jiān)理單位上報有關檢測部門的簽定證明，并注意其有效期［4－5］。同時，在設備安裝階段，監(jiān)理工程師應時刻關注現(xiàn)場使用工器具是否合格。合格的工器具只是順利完成安裝工作的前提，正確合理的使用工器具才是安裝質量的重要保證。因此，監(jiān)理工程師要監(jiān)督施工人員合理使用工器具，這樣就需要監(jiān)理工程師能夠熟練掌握各工器具的正確使用方法。

4.3 加強關鍵技術方案審核，保證現(xiàn)場工作實效

在現(xiàn)場設備安裝工作中，施工人員往往受傳統(tǒng)思想和以往安裝經驗的影響，對一些關鍵環(huán)節(jié)和關鍵技術問題的處理不能做到有效結合現(xiàn)場情況和具體設備情況，利用不變的方案解決多變的現(xiàn)場問題，往往事倍功半，不能得到預想的效果，也為后期設備調試及運行埋下了隱患。如油系統(tǒng)油循環(huán)沖洗，不能只靠大流量常溫循環(huán)沖洗，而應采取分周期、變溫調節(jié)、潤滑油和調節(jié)油分步沖洗等一系列的沖洗方式和措施，方能達到油循環(huán)沖洗事半功倍的效果。因此，需要監(jiān)理工程師對關鍵技術方案進行認真審核和嚴格把關，同時還應加強方案執(zhí)行的過程控制和結果驗收，對不嚴格執(zhí)行方案、擅自更改內容的單位下應發(fā)整改通知并予以嚴肅處理，從而保證技術方案的可行性、執(zhí)行力和實效性。

5 結束語

綜上所述，汽輪機安裝是一項系統(tǒng)的、專業(yè)的技術工作，給水泵汽輪機作為汽輪機的一種，為了保證安裝、調試工作的順利進行和汽輪機的安全穩(wěn)定運行，在安裝過程中要嚴格按照設備安裝要求執(zhí)行，注重落實關鍵技術。無論是汽輪機本體安裝、系統(tǒng)管道和設備安裝，還是安裝完畢后的相關系統(tǒng)沖洗、設備調整，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能影響給水泵汽輪機運行的安全性和經濟性。因此，應加強設備安裝過程質量控制，認真落實設備監(jiān)理制度，切實發(fā)揮監(jiān)理工程師的重要作用，為設備安裝質量提供保障。

［1］ 田芳.淺談給水泵汽輪機檢修中的關鍵點［J］.機電信息，2010(30):9－10.

［2］ 程明.提高凝汽器水環(huán)真空泵出力的措施［J］.電源技術應用，2014(3):263，265.

［3］ 鄭衛(wèi)東.圖紙會審工作簡介［J］.交通世界，2010(1):224－225.

［4］ 劉寒松.工程監(jiān)理中設計和施工階段的質量與安全控制［J］.銅業(yè)工程，2007(2):78－80.

［5］ 孫繼會，王鑫，金剛，等.施工階段監(jiān)理對質量的控制［J］.中國高新技術企業(yè)，2010(9):115－116.