核電站汽輪機低壓外缸拼缸及防變形控制

萬大勇

（中國能源建設集團廣東火電工程有限公司，廣東 廣州510730）

0 前言

汽輪機低壓外缸組合在核電廠建設中是一項十分重要的工作，首先施工人員要滿足程序要求，低壓外缸拼缸組合焊接完成就能確保下一步的軸系初找中，低壓內缸安裝，軸承箱安裝，高壓缸安裝，發電機安裝，軸系找中，汽缸與凝汽器連接，直接關系到機組的安全穩定運行和經濟效益,本文介紹陽江核電站3#、4#機1000MW汽輪機低壓外缸拼缸過程，重點控制拼缸焊接變形。

1 陽江核電站汽輪發電機組基本結構

陽江核電站常規島安裝工程3、4號機組汽輪機為西門子公司設計，上海汽輪機廠制造的額定功率為1086MW、轉速1500rpm、單軸、一次中間再熱、3缸4排汽、凝汽式汽輪機。三根轉子由6只徑向軸承支撐，分布在#1～#4軸承座上。

圖1 軸承與死點

2 低壓外缸組合工藝監控要點

2.1 軸承座、臺板及導向銷安裝

首先是臺板及軸承箱安裝，臺板及軸承箱的安裝精度直接影響汽輪機組質量，施工中需嚴格控制臺板及軸承箱施工精度，主要包括臺板、軸承箱及導向銷縱橫中心線、標高、水平度及揚度、二次灌漿與養護等。尤其是標高及水平度，本機組對于臺板、軸承箱的標高要求較高，需根據軸系揚度對標高進行調整，偏差要求僅為0.10mm，所以在標高調整時需使用精度較高的測量工具 （陽江項目機組采用的是水連通管）。

根據圖紙要求及軸系揚度對臺板、軸承箱及導向銷的縱橫中心線、標高及水平度進行調整，驗收合格后通知土建進行二次灌漿。二次灌漿需按照規程嚴格執行，包括模板鋪設、灌漿前清理、濕潤及灌漿后的養護。根據圖紙要求，地腳螺栓需進行4次緊固，現場需嚴格按照此順序執行：

第一次：灌漿前24小時

第二次：灌漿后3天

第三次：灌漿后28天

第四次：機組試運行前

圖2 低壓缸外形圖

2.2 低壓外缸拼缸組合

陽江核電站常規島安裝工程3、4號機組汽輪機1#、2#低壓外缸均為散件到貨，每個外缸分八段單獨發運至現場，然后在現場進行拼裝、焊接、安裝、找中等作業。上、下缸各四段，上缸外加兩端及法蘭。上缸端罩及腹板厚度皆為35mm、法蘭厚度為80mm，下缸端板及側板厚度為40mm。除上缸兩腹板焊接為對接外，其余焊縫均為角接形式，每個缸焊縫總長度約120米，汽輪機本體設備安裝在MX廠房16.2m平臺。

臺版灌漿后強度達到70%后可進行汽缸組合，先組裝2#低壓缸，因為2#低壓缸處在汽輪發電機組的中部，而且是在軸系的水平位置，5#6#軸承對應軸承箱中分面標高都是17.500mm，5#6#軸承支撐2#低壓轉子。因本機型結構所限，拼裝只能在安裝位置進行，所以對凝汽器的狀態要求較高，凝汽器必須先安裝完畢，接頸組合好，低壓外缸才能組裝。

圖3 主要安裝流程圖

把左右側板吊裝落在臺板上就位，當放下外側板時需要配備足夠的人員對裝備中可能接觸點進行監測，將側板吊至安裝位置并放在臺板上，在低壓臺板裝入壓緊螺栓，固定汽缸側板，防止其走動；側板找正后，吊入端板，對端板進行找正，然后組合前后端板，清除干凈支撐面、接觸面及焊縫處的防腐劑，結合面用密封條及密封膠密封，如圖4：

圖4

檢查端板相對于側板在垂直方向上的對中情況，確保兩者相互齊平且處于同一水平高度，檢查定位銷孔的對中情況，若有偏差，調整端板上的工藝支撐板螺栓，用刀口尺檢查中分面,要求高低小于0.02mm.打磨清理低壓外上缸的水平中分面，將螺栓孔徹底清理干凈并涂上防咬劑，安裝外下缸垂直面連接螺栓，按力矩要求緊固，經驗收合格后進行焊接。外下缸縱向、橫向找中低壓下半外缸，具體測量位置如圖5所示。

要求：

a1a2不能大于10mm，b1b2不能大于10mm，b3b4不能大于6mm，c1c2不能大于10mm，d1d2不能大于10mm。

圖5 低壓外缸的照中

當下半安裝完成后，開始組合上半，用行車分別將低壓外上缸的前后上端板吊到低壓外下缸中分面上，擰緊1/3螺栓檢查中分面間隙保證0.05mm塞尺不能塞入，測量調閥端、電機端兩半半缸中間的空檔尺寸，并檢查低壓外上缸中間部分的幾何尺寸，是否滿足安裝要求，根據安裝要求的尺寸打磨中間部分上缸的焊接坡口，使其能夠滿足安裝的要求，然后根據實際尺寸對中部腹板下料吊裝就位，排汽擴散段的安裝法蘭面將作為進一步找中的基準面，在該面上端蓋與外缸下半之間不得有錯位。

用刀口尺檢查汽缸中分面：

圖6

低壓外缸上下共8片（還包括內部鋼架等）成散件到貨，需現場拼裝。

下半組裝就位后，洼窩處尺寸偏小，且上半就位后測量中分面間隙兩側小、中間大，說明端板中間位置存在變形，上半中分面螺栓緊固間隙消除后，洼窩處尺寸變大（前后相差約為5mm）。腹板兩側均根據圖紙尺寸下料，導致兩側焊接間隙偏大，超出圖紙要求，會引起較大的變形量。應該只在一側按圖紙下料，然后將腹板吊裝就位實際測量下料（注：腹板與端板焊縫底部有襯墊）。

加工低壓外缸貓爪墊片確定外缸標高，將低壓外缸螺栓緊固后，配準并安裝低壓外缸橫向定位鍵。

按要求力矩把緊連接螺栓、配銷，低壓外缸下半端板與側板連接垂直法蘭面的密封槽沒有貫穿，有部分密封盲區，存在泄漏風險。后經廠家確認后，現場對垂直法蘭內側進行了密封焊。

安裝好端板和側板后，開始安裝低壓缸外下缸鋼架。鋼架不僅可以加固外缸，而且為內缸的橫向定位提供支撐，鋼架安裝時不得直接受力在低壓外下缸上，必須從凝汽器頂部安裝臨時支撐或者在低壓外下缸兩側布置臨時吊掛梁，外下缸鋼架除了下圖所示預裝好的部分外，其余管件均帶有100mm現場安裝余量，管件一端的坡口已經開好。

圖7 下缸鋼架整體圖下缸鋼架用兩根H型鋼受力在軸承座上

除去支撐面與焊接坡口處的保護涂層，在各安裝位置按照實際所需長度將管子進行切準下料，用行車將切準長度的管子吊到安裝位置，調整其水平和位置，然后點焊，按照圖紙要求調整和安裝低壓內缸支撐和對中件，鋼架找正完畢后對其進行焊接，焊接過程中，每位焊工應對使用的電流、電壓、焊接速度、焊層厚度等進行控制，保持焊工的步調一致，低壓外缸下半在整個拼裝焊接過程中，最大變形量為0.04mm，能夠滿足廠家資料的要求。

圖8 外缸鋼架裝配示意圖

下缸組合完焊接成后進行上缸組裝，打磨清理低壓外上缸的水平中分面，將螺栓孔徹底清理干凈，用行車分別將低壓外上缸的前后上端板吊到低壓外下缸中分面上，擰緊1/3螺栓檢查中分面間隙保證0.05mm塞尺不能塞入，找正軸向、徑向洼渦，要求錯口＜0.05mm，根據外上缸中間部分水平中分面幾何尺寸加工中間半缸的上半法蘭，擰緊1/3螺栓檢查中分面間隙保證0.05mm塞尺不能塞入，穿入中分面全部螺栓，并按規定力矩擰緊：

圖9

腹板法蘭兩端與中分面法蘭不能有間隙，腹板兩側需根據實際尺寸下料，腹板切割工作量大，需留一定余量，多次試裝，不能一次下料到位，腹板就出現間隙過大需要堆焊補救，但無論怎樣切割都會出現間隙偏大，超出圖紙要求，會引起較大的變形量，在腹板與端蓋有3-5mm焊接間隙，需加裝臨時限位板，減少焊接收縮量如圖10所示：

圖10 復板與端板連接處加限位板防變形

中間腹板找正后與中間的法蘭面點焊牢固，并與調閥端、電機端半缸點焊牢固經驗收合格后，再進行外缸的整體焊接工作，焊接順序是左右腹板焊接，腹板與端蓋焊接，腹板與法蘭焊接。前后半缸與中間半缸焊接完成后，對腹板與中間半缸水平中分面法蘭組合進行焊接。焊接順序為：兩個焊工先分段點焊，再對左右側法蘭由中間向兩邊分段焊接，由兩名焊工按下圖焊接順序對外上缸每條焊縫進行焊接，采用小電流快速焊，兩人的焊接電流、焊接速度保持一致。焊接過程中嚴格按工藝卡的要求進行。低壓外缸上半在整個拼裝焊接過程中，整體最大變形量為0.12mm，最大變形量為1.50mm,具能夠滿足廠家資料的要求。

圖11 分段焊示意圖

定位焊和正式焊接前都應將缸體接合面火焰預熱至100～150℃。每次焊接長度為400mm。端部長度不足150mm時與相鄰段合并作為一段，超出150mm時作為單獨一段。焊接時兩名焊工按照上圖所示焊接順序從中間開始分別向兩邊對稱施焊，進行隔段交錯焊接。每焊完一段后用手錘均勻的敲擊焊縫（第一層和蓋面層焊縫不錘擊），讓應力充分釋放。焊接過程中發現變形較明顯時應立即停焊并敲擊焊縫。操作外上缸水平中分面法蘭時，要嚴格控制焊層厚度和焊接線能量，采用小電流、少擺動、薄層多道、快速焊。

中間半缸與中分面法蘭面之間無間隙。首先焊接中間半缸與前半缸，然后再焊接中間半缸與后半缸。采用分段退焊法。先每隔400mm進行點焊，然后由兩個焊工同時對稱分段退焊，每次焊接的長度約為400mm左右。

圖12 腹板與端蓋焊縫示意圖

圖13 左右腹板組合焊縫示意圖

前后半缸與中間半缸焊接完成后，對腹板與中間半缸水平中分面法蘭組合進行焊接。焊接順序為：兩個焊工先分段點焊，再對左右側法蘭由中間向兩邊分段焊接，每次焊接長度為400mm。

操作外上缸水平中分面法蘭時，要嚴格控制焊層厚度和焊接線能量，采用小電流、少擺動、薄層多道、快速焊。

圖14 中分面焊縫示意圖

低壓缸下半所有焊接工作完成后，必須加工側板中分面的密封槽，使側板上的密封槽與端板上的密封槽貫通對齊，新加工的密封槽的深度、寬度以及粗糙度均需與原有的密封槽一致，確保低壓外缸中分面的嚴密。

圖15 凹槽劃線

3 低壓外缸整體找正

外缸焊接完后，吊出外上缸，將上缸腹板臨時支撐割除，安裝頂部導汽裝置。

圖16

重新扣上外上缸，找正外缸，復查上下缸兩端的洼窩中心，軸向、徑向要求錯口＜0.05mm，檢查中分面間隙，檢查上下缸螺栓孔是否對中，符合要求后即可進行上下缸配銷，每個角配5個銷，配好銷子才允許吊出外上缸，如圖17：

圖17

銷子配完后，將上缸吊出，裝5#6#軸瓦下半，放下2#低壓轉子（先不裝內缸，因為內缸太重容易造成外缸變形，內缸下半重185噸），找正低壓外缸。要求汽缸與轉子哇窩＜0.1mm,汽缸中分面17.5m.±＜1mm.用同樣方式找正1#低壓缸。

4 結束語

圖18 現場拼缸圖片

低壓外缸由1#缸2#缸組成，拼缸工作量大，難度大，外缸組合只是汽輪發電機組安裝的開始，外缸組合完畢后，就是低壓內缸安裝，高壓缸安裝，發電機安裝，軸承安裝，軸系找正。3#機外缸焊接后發現整體變形較大，尤其兩側上端罩往內收縮較大(2～3mm),造成汽缸端罩中分面部份螺栓與螺栓孔相碰。經分析是焊接方法沒有控制好，上缸腹板應采用單邊焊接，即先焊接一邊，另一邊留活口，單邊間隙大時先堆焊達到圖紙要求（3～5mm）,這樣就可以減少腹板焊接變形，作為經驗反饋，在以后汽缸組合時，可以考慮上缸端罩，往外側偏3mm,補償腹板焊接后收縮量。

致謝：

在此論文初稿完成后，由中廣核及中國能建廣東火電陽江常規島項目部的汽機專工為本論文提供了更多的拼缸的經驗反饋和寶貴建議，使得本論文實用性強，論證、論據、步驟更加清晰。謹此致謝！

［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].

［2］電綜[1998]145號 火電施工質量檢驗及評定標準汽機篇[S].

［3］1000MW核電凝汽式汽輪機安裝說明書[Z].