660MW超超臨界機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組軸系安裝工藝控制與研究

郝慶豐

（淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232000）

田集電廠二期工程(2x660MW)機(jī)組汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù)設(shè)計(jì)制造的型號(hào)為N660—27/600/620，該機(jī)為超超臨界、單軸、四缸四排汽、中間再熱凝汽式機(jī)組，本機(jī)組為國(guó)內(nèi)首先采用620度再熱蒸汽的機(jī)組。發(fā)電機(jī)為上海發(fā)電機(jī)廠在原600MW級(jí)發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后的QFSN型600MW～700MW等級(jí)II型汽輪發(fā)電機(jī)。兩臺(tái)機(jī)組分別于2013年12月1日和2014年4月5日沖轉(zhuǎn)一次成功，分別于2013年12月23日和2014年4月28日168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)結(jié)束。期間汽輪機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)良，軸系振動(dòng)（軸振）最大值在50微米左右，且一直趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

1 機(jī)組設(shè)計(jì)方面對(duì)軸系的優(yōu)化

（1）汽輪機(jī)采用5臺(tái)落地式軸承座，采用無(wú)臺(tái)板設(shè)計(jì)直接灌漿在基礎(chǔ)上，其不隨機(jī)組膨脹而移動(dòng)。落地式軸承座支撐剛度較好，也不易受到機(jī)組工況改變的影響,機(jī)組運(yùn)行時(shí)軸承的相對(duì)標(biāo)高能基本保持不變,有利于機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定。

（2）汽輪機(jī)軸承是西門子公司自行設(shè)計(jì)的一種新型橢圓軸承，相對(duì)傳統(tǒng)橢圓軸承有較大優(yōu)勢(shì)。其靜態(tài)特性方面，具有摩擦耗功小，油流量小，承載能力大，承載力分布更加均勻，承載面積更大等優(yōu)點(diǎn)；在動(dòng)態(tài)特性方面，具有汽輪機(jī)所遇到的全部轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)沒(méi)有不穩(wěn)定區(qū)，阻尼大，油膜厚，油膜壓力峰值小于橢圓軸承等優(yōu)點(diǎn)。

（3）軸系支撐系統(tǒng)除高壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用雙支撐外，其他轉(zhuǎn)子采用單軸單支撐，采用單支撐較大的減小了整個(gè)軸系的長(zhǎng)度，本臺(tái)汽輪機(jī)軸系長(zhǎng)度25.36米，包括發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)總長(zhǎng)度為39.7米，相比采用雙支撐轉(zhuǎn)子的機(jī)組要短8米左右，很大程度上提高了大功率單軸汽輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。單支撐的設(shè)計(jì)也為汽輪機(jī)的安裝檢修帶來(lái)了便利。

圖1 汽輪機(jī)軸承座布置圖

（4）低壓缸的支撐系統(tǒng)

低壓外缸與低壓內(nèi)缸無(wú)剛性連接，只在低壓內(nèi)缸貓爪支撐和中心導(dǎo)向銷的位置采用波紋管進(jìn)行補(bǔ)償和密封。低壓外缸直接支撐在凝汽器上，凝汽器支撐在剛性基礎(chǔ)上。低壓內(nèi)缸貓爪穿過(guò)低壓外缸上面的四個(gè)孔支撐在落地式軸承座上。由于低壓內(nèi)缸和低壓轉(zhuǎn)子都支撐在軸承座上，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子與內(nèi)缸的徑向間隙不會(huì)像傳統(tǒng)機(jī)組那樣受到支撐點(diǎn)溫度高低膨脹不均的影響。

（5）滑銷系統(tǒng)設(shè)計(jì)點(diǎn)

整個(gè)軸系的死點(diǎn)在2號(hào)軸承，高壓轉(zhuǎn)子向車頭方向膨脹，中壓轉(zhuǎn)子連帶著兩根低壓轉(zhuǎn)子向發(fā)電機(jī)方向膨脹，本臺(tái)機(jī)組中低壓轉(zhuǎn)子整體膨脹設(shè)計(jì)值41.5mm，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子膨脹值為7mm，發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)中心的定位值為45mm。由于機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)和相對(duì)死點(diǎn)均在高、中壓缸之間的#2軸承座上，且中壓外缸與A低壓內(nèi)缸、A低壓內(nèi)缸與B低壓內(nèi)缸之間以推拉桿形式連接，滑銷系統(tǒng)在運(yùn)行中通流部分動(dòng)靜之間的差脹比較小，有利于機(jī)組快速啟動(dòng)。另外由于5只落地式軸承座不跟著汽缸一起膨脹，所有軸承座與低壓缸貓爪之間的滑動(dòng)支承面均采用低摩擦合金，整個(gè)滑銷系統(tǒng)膨脹更加順暢。

2 現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程重要環(huán)節(jié)工藝及控制

2.1 軸承座的安裝及灌漿

由于本臺(tái)機(jī)組的特點(diǎn)，軸承座安裝找正完成就立即灌漿，而不是像傳統(tǒng)的機(jī)組那樣是在汽輪機(jī)軸系中心調(diào)整結(jié)束后才灌漿的。軸承座灌漿后軸系中心的調(diào)整只能依靠軸瓦下面的墊片來(lái)進(jìn)行，而其調(diào)整量一般控制在0.3mm以內(nèi)。故軸承座的安裝定位精度非常重要，直接影響汽輪機(jī)的軸系中心，進(jìn)而影響軸系的振動(dòng)。

1）軸承座標(biāo)高調(diào)整及找中

本臺(tái)機(jī)組是以#5軸承座為標(biāo)高零位，調(diào)整各個(gè)軸承座的相對(duì)標(biāo)高位置達(dá)到軸系找中圖設(shè)計(jì)值。相對(duì)標(biāo)高的測(cè)量可用精密的電子水準(zhǔn)儀或者深度尺+水連通管的方式，我們要求各軸承座的標(biāo)高誤差控制在0.15mm以內(nèi)。

2）縱橫向找中

根據(jù)土建交付安裝的縱橫中心線拉緊縱橫向軸線鋼絲，用內(nèi)徑千分尺測(cè)量軸承座油擋洼渦尺寸，定位軸承座左右中心；用50m鋼卷尺測(cè)量各軸承座橫向中心線距離，定位各軸承座之間的中心距離，注意由于所測(cè)量的距離較長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)卷尺的校驗(yàn)記錄消除卷尺撓度產(chǎn)生的誤差。現(xiàn)場(chǎng)要求軸承座左右中心誤差控制在0.05mm以內(nèi)，軸承座間距誤差控制在2mm內(nèi)。同時(shí)要保證軸承座橫向、縱向水平度≤0.1 mm/m。

3）軸承座的灌漿養(yǎng)護(hù)及地腳螺栓的分階段緊固

灌漿料要求選擇強(qiáng)度較高的無(wú)收縮水泥，灌漿的程序及養(yǎng)護(hù)嚴(yán)格按照廠家說(shuō)明書進(jìn)行，在次不進(jìn)行贅述。

本機(jī)軸承座地腳螺栓采用的自位性良好的球螺母地腳螺栓，一定要根據(jù)圖紙的要求分4次對(duì)地腳螺栓進(jìn)行緊固。這4次先后是：軸承座二次灌漿前、灌漿后3到5天、灌漿后一個(gè)月及機(jī)組試車前。

2.2 軸承瓦枕（凸面）與軸承座支承面（凹面）接觸檢查

本機(jī)組汽輪機(jī)#1與#2軸承支承面為球面支撐，#3、#4與#5軸承支承面為圓柱面支撐。檢查接觸面時(shí)紅丹粉涂于瓦枕上凸面，球面支承軸承檢查時(shí)以機(jī)組縱向軸線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸輕微轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，接觸面應(yīng)為70%～80%。圓柱面支承軸承檢查時(shí)以軸承座橫向軸線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸輕微轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，合格的要求是得到一條寬約20mm的連續(xù)接觸線 。若接觸面不符合要求，須用刮刀對(duì)支架（凹面）進(jìn)行輕微的小心的修刮，如需要修刮的范圍較大，最好聯(lián)系汽輪機(jī)廠拿出解決方案，現(xiàn)場(chǎng)的條件不適宜進(jìn)行較大范圍的處理。

2.3 軸系找中心及聯(lián)軸器的聯(lián)接

本機(jī)組汽輪機(jī)軸系支撐方式為兩軸三支撐和單軸單支撐，針對(duì)這種特點(diǎn)，軸系找中心的方法與常規(guī)機(jī)組亦有較大區(qū)別。

1）因只有高壓轉(zhuǎn)子有兩只軸承，故找中心時(shí)宜以高壓轉(zhuǎn)子為基準(zhǔn)（高壓轉(zhuǎn)子依據(jù)油擋洼渦定位），從前到后找正整個(gè)軸系，且軸系的最終找中心應(yīng)在投頂軸油的情況下進(jìn)行。

2）用臨時(shí)螺栓拉攏各對(duì)聯(lián)軸器，使聯(lián)軸器止口的凸面嵌入到凹面中去，聯(lián)接聯(lián)軸器使其兩半接觸面完全貼緊后，測(cè)量?jī)陕?lián)軸器圓周晃度應(yīng)小于0.03mm，如不合格應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。晃度合格后松開臨時(shí)螺栓，用專用頂絲頂開兩半聯(lián)軸器脫開約0.5mm左右，此舉是為了后面測(cè)量聯(lián)軸器張口所用。接下來(lái)就是進(jìn)行軸系找中心的主要工作：調(diào)整各聯(lián)軸器的張口值。

3）如圖2所示,按照張口計(jì)算公式B=k·a/c調(diào)整各聯(lián)軸器的張口值均小于0.03mm。（備注：B—軸承上下或左右需要的調(diào)整量，k—端面上下或左右張口值，a—聯(lián)軸器端面到軸承之間的距離，c—聯(lián)軸器直徑）

圖2 軸系找中示意圖

4）聯(lián)軸器聯(lián)接

本機(jī)組的所有聯(lián)軸器現(xiàn)場(chǎng)都不需要絞孔，聯(lián)軸器螺栓的安裝在整個(gè)軸系的找中心完成后進(jìn)行，此時(shí)聯(lián)軸器已經(jīng)被臨時(shí)螺栓聯(lián)接（其直徑較正式螺栓小1mm左右），為保證聯(lián)接前聯(lián)軸器的同心度，可在聯(lián)軸器其中一個(gè)螺栓孔中裝入特制的脹銷進(jìn)行定位，然后分多次安裝每對(duì)對(duì)稱的螺栓。穿入每對(duì)對(duì)稱螺栓后，按照要求力矩的50%緊固后，投入頂軸油系統(tǒng)盤動(dòng)轉(zhuǎn)子測(cè)量對(duì)輪的同心度應(yīng)小于0.03mm，否則要松開剛緊固的螺栓，調(diào)整同心度符合要求后再進(jìn)行緊固。所有的螺栓安裝完成后，再按照100%力矩要求緊固螺栓，最后測(cè)量檢查同心度保證在0.03mm以內(nèi)。注意螺栓最終的緊固程度應(yīng)以螺栓的伸長(zhǎng)量為依據(jù)。

2.4 高、中壓汽門的安裝及主、再熱蒸汽管道的連接

本機(jī)組的主汽門是通過(guò)大螺紋直接與高壓缸相連，再熱汽門使用法蘭螺栓直接與中壓缸相連。兩者都不是傳統(tǒng)汽輪機(jī)那樣使用導(dǎo)汽管與汽缸相連，因此不能通過(guò)導(dǎo)汽管的L型補(bǔ)償或者U型補(bǔ)償消除應(yīng)力的影響。此類型機(jī)組對(duì)汽門與汽缸的連接，以及主、再熱蒸汽管道與汽門的連接提出了更高的要求。為保證連接后不對(duì)汽缸產(chǎn)生較大影響，重點(diǎn)控制以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

1）主、再熱汽門在與汽缸連接完成前都使用臨時(shí)支架支撐，連接完成后，拆除主汽門臨時(shí)支架，將支撐的重量轉(zhuǎn)移到正式的彈簧支座上。但為防止彈簧支架松開后將汽門頂起，在彈簧支架松開前，支架底板與基礎(chǔ)預(yù)埋板僅暫時(shí)點(diǎn)焊定位。

2）在主、再熱蒸汽管道未焊接前，汽門保溫好以后，松開彈簧支座的鎖緊螺母，使彈簧支架處于自由狀態(tài)。查看松開彈簧支架后主汽門高度的變化情況 ，如果發(fā)現(xiàn)有變化可將先前點(diǎn)焊的支架底板重新進(jìn)行調(diào)整后再進(jìn)行正式施焊。

3）主、再熱蒸汽管道與汽門焊接前應(yīng)按照管道平衡安裝工藝進(jìn)行驗(yàn)收，要求如下：管系支吊架安裝、調(diào)整完畢后，管系處于全自由浮動(dòng)狀態(tài)，對(duì)口處管道一人即可輕松推動(dòng)；所有支吊架負(fù)荷和行程讀數(shù)的偏差不應(yīng)大于設(shè)計(jì)值；管道對(duì)口錯(cuò)口＜0.5mm,對(duì)口間隙在2—3mm,張口＜0.5mm。

2.5 液壓盤車安裝（如圖3所示）

為與高壓轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)的中心保持一致，液壓盤車安裝時(shí)應(yīng)保證其小軸中心要高于高壓轉(zhuǎn)子中心0.1mm。找中時(shí)，百分表吸附在高壓轉(zhuǎn)子上，表指針指在小軸外圓上。在找中心完成后，盤車的外殼法蘭面要與#1軸承座打定位銷進(jìn)行定位。

圖3 盤車找中示意圖

2.6 發(fā)電機(jī)找正

在汽輪機(jī)軸系中心基本合格后，即可進(jìn)行發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)的中心找正工作。找正分兩個(gè)階段：二次灌漿前的初找正和二次灌漿養(yǎng)護(hù)后的最終找正。發(fā)電機(jī)的找正是通過(guò)對(duì)低-發(fā)聯(lián)軸器找中心實(shí)現(xiàn)的。找正過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：

1）初找正時(shí)不得將兩端放在機(jī)座底腳與條形底板之間的平行墊片調(diào)節(jié)成階梯墊片組合。

2）發(fā)電機(jī)完成機(jī)座封蓋、總裝完畢、二次灌漿固化后，就可進(jìn)行發(fā)電機(jī)二次找正工作，此時(shí)方可將兩端墊片調(diào)節(jié)成階梯形組合。

3）發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)聯(lián)軸器的找正要求外圓晃度——左、右相等，上、下相等。誤差在0.02mm以下。

張口——左、右相等，上、下相等。誤差在0.02mm以下。

2.7 集電環(huán)裝置的找正

部分600MW汽輪發(fā)電機(jī)組存在穩(wěn)定軸承振動(dòng)較大的現(xiàn)象，因此在集電環(huán)裝置安裝過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面：

1）集電環(huán)轉(zhuǎn)子相對(duì)底架的平行度檢查

在轉(zhuǎn)子上取兩點(diǎn)用內(nèi)徑千分尺測(cè)量轉(zhuǎn)子到底架的距離，比較兩點(diǎn)的數(shù)值差即為平行度，其誤差應(yīng)小于0.12mm。如不合格可調(diào)節(jié)運(yùn)輸托架下的墊片來(lái)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整平行度的同時(shí)應(yīng)兼顧測(cè)量調(diào)整垂直度。

2）轉(zhuǎn)子對(duì)穩(wěn)定軸承座垂直度檢查。

測(cè)量垂直度將百分表座安裝在轉(zhuǎn)子上，將表針指在穩(wěn)定軸承座朝發(fā)電機(jī)側(cè)的擋油蓋裝配面上，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子以檢查轉(zhuǎn)子對(duì)軸承座的垂直度。要求垂直度誤差應(yīng)小于0.13mm。

3）集電環(huán)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器初找正

集電環(huán)與發(fā)電機(jī)初找正是通過(guò)調(diào)節(jié)集電環(huán)底架斜墊鐵來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同心度要求在0.03mm以內(nèi)，端面平行度要求下張口為0.06 mm～0.08mm。

4）二次灌漿后聯(lián)軸器復(fù)查找正和聯(lián)接

二次找正合格后，先用270Nm力矩?cái)Q緊螺栓，再用270Nm力矩的遞增量對(duì)角地均勻地緊固一遍全部螺栓，準(zhǔn)備作晃度檢查。此時(shí)不得鎖住制動(dòng)套筒。

5）集電環(huán)轉(zhuǎn)軸晃度檢查和聯(lián)軸器裝配

在軸承座上蓋及上半軸瓦后按照如圖4架設(shè)兩塊百分表。再按照?qǐng)D4示意圖安裝晃度測(cè)量專用托環(huán)。安裝托環(huán)并拆除軸承下班后，百分表的數(shù)值不得有變化。

圖4 晃度測(cè)量百分表架設(shè)位置及托環(huán)使用示意圖

6）緩慢盤動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)取水平位移表計(jì)的晃動(dòng)值，為保證準(zhǔn)確性至少有二遍重復(fù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)后，以每次增加100～200Nm的力矩，對(duì)角地均勻地緊固聯(lián)軸器螺栓一遍。緊固時(shí)先從需借正晃度的一組螺栓開始，如此反復(fù)緊固和測(cè)量后直至螺栓緊固力矩達(dá)到1250Nm左右，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子多次測(cè)量晃度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，可視晃度情況，以不同的力矩分別緊固螺栓，目的在于校準(zhǔn)晃度。校準(zhǔn)結(jié)束后，要求最小力矩值大于1660Nm，最大力矩不超過(guò)1930Nm即可，且最終測(cè)得晃度應(yīng)小于0.05mm。

7）需要嚴(yán)格注意的是：螺栓緊固時(shí)，應(yīng)逐步增大力矩，不可采用松減力矩的方法來(lái)借正晃度。

3 結(jié)束語(yǔ)

影響汽輪機(jī)軸系不穩(wěn)定性的因素有很多，除了現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝外，還有設(shè)計(jì)制造和設(shè)備調(diào)試等原因。但是在工程建設(shè)的過(guò)程中，由于目前國(guó)內(nèi)的火電機(jī)組建設(shè)普遍存在安裝工期短，施工單位人員技術(shù)能力的參差不齊等因素，因此對(duì)于工程建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)管理要嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，尤其是對(duì)于汽輪機(jī)安裝中影響軸系穩(wěn)定性的重點(diǎn)環(huán)節(jié)一定要層層驗(yàn)收，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。只有這樣，才能在機(jī)組啟動(dòng)后達(dá)到最好的效果。

［1］《660MW汽輪機(jī)安裝說(shuō)明書》及660MW汽輪機(jī)圖紙[Z].上海汽輪機(jī)廠編制.

［2］《660MW～700MW 發(fā)電機(jī)安裝說(shuō)明書》及發(fā)電機(jī)圖紙[Z].上海發(fā)電機(jī)廠編制.

［3］中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)主編.DL 5190.3-2012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].中國(guó)電力出版社.