核電汽輪機高中壓缸錯口問題分析與研究

陳 聰，陳建軍，李慶華，侯志蓉，蔣仕錦

(中廣核工程有限公司，深圳 518000)

某半轉速核電汽輪機高中壓缸在現場安裝過程中出現了汽缸上下半汽封體開檔、隔板開檔垂直面的軸向錯口問題，現場歷時2個半月處理完成。本文對高中壓缸錯口問題進行全面分析與診斷，制定了解決錯口問題的可行方案，并對汽輪機高中壓缸錯口問題提出了預防改進措施，旨在為后續(xù)機組的設計、制造和安裝提供參考。

1 高中壓缸結構特點

高中壓缸為單層的低合金鋼鑄造汽缸。整個汽缸由高壓、中壓兩段且水平中分的4部分組成。高壓段和中壓段的垂直接合面用螺栓連接，并在外層進行密封焊，組合后的汽缸形成水平中分的上汽缸、下汽缸，汽缸水平接合面法蘭采用螺栓連接。汽缸結構外形如圖1所示。

圖1 汽缸整體結構外形圖

高中壓缸高壓側共有5級隔板槽，中壓側有2級隔板槽。汽缸為上貓爪支撐結構，安裝初期以下貓爪臨時支撐為基準，實現汽缸的找中、找正。安裝后期通過負荷變換，轉換成上貓爪支撐。汽缸裝配的部件還包括高壓后汽封體、中間汽封體和中壓后汽封體。

高中壓缸水平中分面共有8只錐銷和168只熱緊螺栓。機組運行時隔板定位凸臺與汽缸定位槽受蒸汽流推動作用，在高壓側形成承壓密封面，方向為前側；中壓側形成承壓密封面，方向為后側，保證隔板緊貼汽缸承壓密封面，防止運行中隔板出現振動，也防止級間漏汽導致的機組出力下降。高中壓缸模塊基本質量見表1。

表1 高中壓缸模塊基本質量(單位：t)

2 錯口問題分析與診斷

2.1 錯口發(fā)現

現場扣合高中壓缸上隔板、上汽封體和上缸，此時下缸支撐在現場制作的臨時支撐上，中分面8個定位錐銷已全部打入。檢查發(fā)現汽缸存在垂直錯口，如圖2所示，錯口數據如表2所示。

注：數值單位0.01 mm

圖2 定位面錯口示意圖

表2 錯口數據1(單位：0.01 mm)

2.2 錯口調整與測量

2.2.1 調整方案一

考慮垂直錯口可能是由于汽缸上、下半的垂弧不一致而引起的，因此，擰緊水平中分面螺栓數量的1/3，從而將上半汽缸下拉，消除垂直錯口。由于中壓后汽封洼窩處錯口量相對較小，高壓后汽封洼窩處錯口量較大，因此，將近中壓后汽封洼窩處定位銷保留，取出其余全部定位銷。然后緊固水平中分面螺栓，檢查垂直錯口數據如表3所示。

2.2.2 調整方案二

學校對實驗教學的管理是根本性管理。對是否能夠真正實現、實踐實戰(zhàn)能力強的應用型專業(yè)人才培養(yǎng)目標，具有根本性、決定性作用。

將汽缸上半吊開，上、下半隔板吊出，然后再

表3 錯口數據2(單位：0.01 mm)

將上半缸扣合(中分面螺栓尚未擰緊，此時汽缸質量支撐在下半缸臨時支撐上)，打入最外端定位銷。對汽缸汽封洼窩、隔板定位槽進行垂直錯口測量，數據如表4所示。通過錯口數據的分析可以看出，汽缸橫向水平存在偏差。

表4 錯口數據3(單位：0.01 mm)

2.2.3 調整方案三

再次將汽缸上半吊開，對汽缸橫向水平進行測量。利用精密水準儀對汽缸下半進行標高測量，測量結果如圖3所示。

注：數值單位mm

圖3 汽缸下半標高測量示意圖

根據上述標高數值，以高壓第3順點為測量零點，汽缸單側取8個測量點，計算汽缸垂弧數值如圖4及表5所示。

圖4 汽缸垂弧示意圖

表5 垂弧數據(單位：0.01 mm)

2.3 錯口問題原因分析

2.3.1 安裝角度分析

汽缸前后兩端支撐距離長達10 m，質量超過300 t，汽缸定位使用直徑40 mm的錐銷?，F場安裝階段汽缸下半前后兩端支撐，汽缸上半呈自由狀態(tài)，在重力作用下，汽缸上下半中部都存在下撓趨勢，因此在汽缸扣合時形成軸向“錯口”。

汽缸在工廠加工制造時的支撐情況與安裝現場不同，工廠內汽缸有中間支撐，汽缸下撓影響不明顯。而在安裝現場，上下汽缸扣合前、后汽缸下撓會出現變化，如圖5所示。

2.3.2 制造加工角度分析

汽缸隔板定位槽的加工是在22 m數控龍門銑上完成的，加工狀態(tài)為汽缸水平中分面向上，

(a) 下缸有支撐

(b) 汽缸法蘭螺栓緊固前

(b) 汽缸法蘭螺栓緊固后

圖5 把汽缸簡化成長桿后的汽缸扣合情況

上、下半汽缸分別用三面刃盤銑刀，按數控程序銑削而成，加工前對汽缸的上、下半均找平、找正，進行負荷分配。由于是全數控加工，汽缸的加工精度完全取決于數控機床的精度，加工誤差可能性極小。

3 錯口處理及經驗反饋

返修隔板前，高中壓缸半實缸狀態(tài)軸向錯位量如表6所示，全實缸狀態(tài)軸向錯位量如表7所示。

根據現場的實際情況，采取大設備(高中壓缸)盡量不改造的原則，以修復小設備為代價，是最簡單、實際的一種修復方案。經評估，最終確定車削高壓第4、6、8、9級隔板下半，車削高壓缸后汽封體下半、中壓后汽封體下半、中間汽封體下半的返修技術方案，用以滿足汽缸與隔板、汽缸與汽封體裝配要求。高壓隔板和汽封體軸向定位凸臺承壓面最終加工量如表8所示。

表6 半實缸狀態(tài)軸向錯口值(單位：mm)

表7 全實缸狀態(tài)軸向錯口值(單位：mm)

將高壓隔板下半、高壓后汽封體下半、中壓后汽封體下半、中間汽封體下半安排返廠，在數控立車上去除加工量，處理后的隔板、汽封體與汽缸的軸向定位間隙滿足設計要求。

本次高中壓缸錯口問題反映了在工廠裝配階段需要增加消除汽缸上下半錯位的工藝程序。針對后續(xù)機組，在工廠總裝工藝中增加了檢查錯位量的工序；同時，采取了補充加工隔板的措施，以消除錯位量。實踐證明后續(xù)機組通過實施上述措施未再出現同類問題。

4 結 論

本文對某核電廠汽輪機高中壓缸安裝階段出現的隔板定位凸臺錯位問題進行了深入分析研究，確定了錯口問題處理的可行方案，保證了設備質量，實踐驗證了該方案的效果。對汽輪機高中壓缸錯口問題提出了預防改進措施，并將其成功運用于后續(xù)機組設備制造與安裝管理。研究成果可為高中壓缸的設計、制造和安裝提供參考。