1 000 MW核電半速汽輪機高中壓缸負荷分配技術及應用

王洪棟

（山東電力建設第三工程公司，山東 青島 266100）

0 引言

福建寧德核電廠一期工程建設4臺1 000 MW—CPR1000壓水堆核電機組，汽輪機為國產化首臺核電1 000 MW半速汽輪機，其高中壓缸負荷分配是安裝的關鍵工序，現場按規定的程序進行分次負荷分配試驗。通過高中壓缸負荷分配技術消除汽缸在安裝過程中以及與高中壓缸連接管道過程中產生的附加應力，使缸體能夠自然受力和自由膨脹，保證了汽輪機的整體安裝質量和安全穩定運行。

1 高中壓缸結構特點

寧德核電廠設計的核電HN1089-6.43/280/269-H型半速汽輪機由東方汽輪機有限公司生產制造，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，其高中壓缸為整體合缸、單層缸結構，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、中軸承箱均設計為無臺板支撐形式，由安裝在汽輪機基礎上的圓墊鐵組、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“導向裝置”和“定位鍵”進行縱、橫中心定位；高中壓缸的前貓爪設計為滑動式，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有橫向定位鍵，形成了高中壓缸膨脹的相對死點，保證汽缸以此“死點”向前進行自由膨脹。

整個高中壓缸設計與缸體相連接的主要管道共有22路，包括高壓導汽管4路、中壓導汽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組參數，其管道的口徑、體積和重量遠大于常規火電機組，在安裝過程中易產生額外的附加應力。

汽輪機基礎采用整體彈性基礎結構。

2 高中壓缸負荷分配與常規火電機組主要差異

2.1 負荷分配工序

核電半速汽輪機高中壓缸負荷分配試驗，共需要8道工序來完成，高中壓缸扣蓋后管道正式連接前進行第一次負荷分配試驗；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行1次負荷分配試驗，共分6次完成；在汽輪機基礎彈簧全部釋放后進行最后1次負荷分配試驗。常規大型火電機組高中壓缸一般在合缸狀態下分空缸和實缸2次完成。

2.2 負荷分配采用的方法

核電高中壓缸負荷分配試驗現場采用差壓法進行；火電機組高中壓缸一般采用貓爪垂弧法［1］。

2.3 負荷分配標準要求

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

3 高中壓缸負荷分配控制

3.1 負荷分配具備的條件

高中壓缸缸體處于自由狀態，缸體上無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連接至第一個支吊架處，且調整完畢驗收合格，如管道為左右對稱連接時，兩側均應施工完畢；高中壓缸的導汽（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緊固且無間隙。

最后一次負荷分配試驗，與汽缸連接的所有管道支吊架應處于運行狀態，高、中壓汽門支座彈簧處于受力狀態；汽輪機基礎彈簧釋放完畢，其標高變化值符合規定。

高中壓缸的貓爪承力面、滑動面等接觸良好；其橫向定位鍵、縱向導向鍵全部取出，避免負荷試驗過程中出現卡澀現象。

3.2 負荷分配主要工序

由于核電高中壓缸結構特點，現場安裝過程中負荷分配試驗分為8次進行，具體工序如圖1所示。

3.3 負荷分配控制

現場采用差壓法進行負荷分配試驗，具體操作布置如圖2所示。

圖1 高中壓缸負荷分配工序

圖2 高中壓缸負荷分配操作布置示意圖

依據示意圖準備并安裝所用工器具，測量貓爪變化的百分表應預壓2 mm的預壓值并調至“0位”；用頂升用千斤頂將進行負荷分配的汽缸貓爪向上頂升0.20 mm，再將貓爪墊片臨時拆除后放置可讀油壓數值的專用負荷分配千斤頂組件，應保持將千斤頂放置在支承點的軸線位置上，以免貓爪變形影響測量結果；保護墊片厚度比現場實際空間低0.30～0.50mm，應放置平穩并隨時檢查保持不受力狀態。

頂升負荷分配千斤頂將高中壓缸貓爪支撐受力點切換到負荷分配千斤頂上，降落頂升用千斤頂不得受力，再進一步調節負荷分配千斤頂的油壓使百分表讀數歸至原“0位”，記錄第一次貓爪負荷（千斤頂油壓）油壓值見表1，整個過程頂升千斤頂和保護墊片處于不受力狀態。

表1 汽缸負荷分配表

通過調節負荷分配千斤頂油壓使汽缸貓爪向上頂升或向下降落，根據表1所示的汽缸貓爪頂升高度要求對負荷分配千斤頂進行油壓調節，記錄貓爪負荷（千斤頂油壓）油壓值。

汽缸貓爪頂升或下降一個循環后，再用頂升用千斤頂將汽缸頂升，移走負荷分配千斤頂，切換原貓爪墊片，降落頂升用千斤頂至不受力狀態，此時測量貓爪變化的百分表讀數應回到原“0位”，記錄最后一次貓爪負荷油壓值。

依上述工序對汽缸4個貓爪分別進行負荷分配試驗，通過計算得出同一端的左、右兩側貓爪負荷分配千斤頂油壓平均值或利用測量貓爪變化百分表3次“0位”處的油壓平均值，進一步比較左、右兩側的貓爪負荷偏差不得超過±5%（汽缸同端一側貓爪負荷分配油壓平均值的偏差值與左、右兩側貓爪負荷分配油壓平均值之比）；同端兩側的貓爪進行負荷分配時應使用同一個千斤頂，以消除不同千斤頂的頂升油壓誤差。

3.4 負荷分配調整

汽缸貓爪負荷分配的偏差通過加減支撐貓爪墊片的厚度來調整，最終滿足標準要求。 加減貓爪墊片厚度時，應遵循同端左右兩側貓爪“一側減，一側加”的等量調整原則，如需單側調整應綜合考慮汽封、油檔洼窩值、轉子與汽缸的中心位置，保證其相對中心位置在設計要求范圍內。

該型機組汽輪機本體管道直徑與質量較大，每一管段的載荷或應力不均都有可能造成汽缸的滑動或變形，在每一組管道連接完畢后都進行一次負荷分配試驗，使之較為準確的掌握引起高中壓缸負荷分配不均的原因，必要時可調整管道和相應支吊架的受力情況。

與汽缸連接的管道不得與汽缸強力對口、調整時不得斜拉；臨時吊具、支撐點在焊接和熱處理的全過程中不得拆除［3］；第二次至第六次負荷分配時依據管道安裝邏輯關系可以相互變換調整，但管道安裝應滿足對稱原則。

汽缸負荷分配出現有一端兩側貓爪負荷分配偏差不合格時，待調整合格后，則原合格的一端應再進行一次負荷分配試驗，以復核一端調整引起另一端的變化，直至兩端全部合格。

汽輪機基礎彈簧全部釋放后對高中壓缸進行最后一次負荷分配試驗，可通過基礎彈簧墊片加減和貓爪墊片厚度加減二者相結合的方式進行調整，同時考慮軸系最終調整的要求。

每次負荷分配貓爪墊片調整后應進行校核高中壓缸前、后汽封洼窩值、測量高中壓中間汽封體處的頂部間隙，并復測汽缸的軸向定位尺寸，以保證缸內汽封和動靜部件的間隙在標準要求范圍內。

3.5 負荷分配實施效果

汽輪機高中壓缸通過負荷分配技術的8次試驗調整，前后端左、右貓爪的負荷偏差分別為2.1%和2.7%，滿足標準要求。 機組在啟動、空負荷、滿負荷情況下高中壓缸膨脹自由、均勻，脹差符合要求，機組運行穩定。

4 結語

通過高中壓缸負荷分配技術的有效實施，貓爪負荷偏差均達到標準要求，合理分配到每個貓爪的承力面上，最大限度地消除了汽缸在安裝過程中各個環節中產生的附加應力，保證了高中缸的自由受力和膨脹，保證了汽輪機的安全穩定運行。

［1］DL5190.3—2012 電力建設施工技術規范 （第3部分汽輪發電機組）［S］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］DL5210.3—2009 電力建設施工質量驗收及評價規程（第3部分：汽輪發電機組）［S］.北京：中國電力出版社，2009.

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