百萬千瓦級核電汽輪機轉子安裝與調整控制探討

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浙江三門核電有限公司 浙江三門 317112

國內某核電采用125萬千瓦級單軸、四缸六排汽的反動式凝汽式汽輪機組。該核電汽輪機組與火電汽輪機相比，具有轉速低（半速機1500RPM）、運行時蒸汽參數低（額定主蒸汽壓力5.38MPa，額定溫度）、流量大（額定主蒸汽流量6799T/h），轉子尺寸和重量大，末級葉片高（末級采用54”超長動葉片）等特點。

1 百萬千瓦級核電汽輪機轉子安裝和調整的問題

該型核電汽輪機組安裝基本要求是保證各個轉子中心線連接成一條光滑平順的曲線，其軸向和徑向位置滿足設計要求，各個支撐軸承標高控制到位，進而負荷分配均勻。轉子的徑向位置主要是通過調整支撐軸承的標高來控制每個轉子的揚度，其控制的內容主要是轉子聯軸器部位的偏心和高差。轉子的軸向位置主要是通過定位推力軸承，確定轉子間墊片進而測量各個轉子在軸向的移動量來確定，其主要控制內容是推力軸承的安裝位置和各個轉子的軸向移動量。百萬千瓦級核電汽輪機轉子安裝和調整存在的問題如下：

1.1 拉鋼絲找中心存在的問題

汽輪機組轉子安裝和調整的第一步是軸承箱和缸體找中心，傳統施工的方法是以軸承箱和缸體各洼窩精加工面為基準，通過拉鋼絲模擬軸系的中心，并測量各洼窩與鋼絲左右下的間距來得到調整量，進而對軸承箱和缸體上下左右方向進行調節。但是，由于該型核電汽輪機組軸承箱和缸體尺寸較大，使用拉鋼絲法來調整機組軸承箱和缸體中心存在較大誤差。假設采用0.2—0.5mm的彈簧鋼絲進行找中，經過計算，在該型核電汽輪輪機組中心位置鋼絲擾度達到19.82mm。一般來說，測量過程中鋼絲的擾度，鋼絲的晃動以及測量人員的操作對測量結果的影響很大。

1.2 汽輪機運行過程中轉子和缸體膨脹變化的影響

該型核電汽輪機運行時汽缸和軸系都會發生較大的膨脹變化。轉子安裝時必須保證缸體與轉子軸向相對位置滿足要求，一方面可避免機組動靜部件產生碰撞和摩擦，另一方面能夠保證轉子在軸向自由膨脹。在缸體與轉子徑向相對位置上，機組在正常運行時軸系中心與汽缸中心應該基本一致。由于本機組轉子是順時針方向轉動的，在支撐軸承油膜力的作用下，轉子有向左運動的趨勢，因此，安裝期間缸體與轉子間左側的間隙應設置得比右側間隙略大；同時，由于低壓缸上部進汽下部出汽，上部汽缸的溫度要高于下部汽缸，此時整個機組會產生向上的熱變形，安裝期間缸體與轉子間上部的間隙應設置得比下部間隙略大[1]。

1.3 工廠制造工藝改變對現場轉子安裝的影響

對于普通火電機組來說，為保證內部套和轉子之間間隙滿足要求，缸體內部套需要在現場進行修配。該型核電汽輪機組內部套在工廠制造過程中已采用TCCS測量（激光測通流）工藝，并且設備制造過程中已完成支撐墊片、偏心銷和汽封尺的尺寸調整修配。現場安裝時只要保證內缸相對于轉子的位置正確，內部套相對于轉子的位置就是正確的。因此，采用何種方式確保汽輪機內缸相對于轉子位置正確便成為轉子安裝的關鍵問題。

2 百萬千瓦級核電汽輪機轉子安裝和調整方法

2.1 軸承箱和缸體采用真轉子找中心

由于測量過程中鋼絲的擾度，鋼絲的晃動以及測量人員的操作對測量結果的影響很大，加之百萬千瓦級核電汽輪機組缸體及軸承箱尺寸較普通機組大得多，如再采用拉鋼絲找中心的方法，不僅測量難度大并且測量精度難以保證。因此，該核電工程在缸體和軸承箱找中時采用汽輪機真轉子進行找中，即將轉子落入后，使用塞尺或內徑千分尺測量各洼窩左間隙r1，右間隙r2，下部間隙r3，調整時只需保證：

r1=r2；

r3=（r1+r2）/2

采用真轉子找中心不用考慮鋼絲的擾度及轉子截面的擾度，方便了現場的調整。同時，由于轉子落入后洼窩與轉子的間隙較洼窩與鋼絲的間隙大大縮小，使得測量的方便性和精確性大大提高。

2.2 K值法準確確定內缸相對于轉子的軸向位置

該核電汽輪機組內缸相對于轉子的軸向位置是通過“K”值來設定的。所謂K值，即調端第一級隔板外環到第一級動葉圍帶間距離。為方便現場操作，一般事先制作與K值厚度相同的墊塊。具體的設置步驟如下：

（1）根據軸系對中圖設定各個轉子間的間隙；

（2）保證轉子不動，軸向調整內缸位置，直到能夠剛好將K值墊塊插入調端第一級隔板外環與第一級動葉圍帶間，此時內缸相對于轉子的軸向位置基本確定；

（3）測量軸承殼體端面到聯軸器端面的距離；

（4）經過上述步驟，轉子與內部套的軸向位置確定。轉子設置在K值位置后，分別向調端和電端推動，測量最大移動量并記錄接觸點位置。

2.3 空缸和實缸找正共同確定內缸與轉子的徑向相對位置

該核電通過檢測第十級動葉片相對于內缸端部精加工面的位置可得出缸體相對于轉子的位置。具體方法是在第十級動葉片上安裝固定百分表，百分表指針與內缸端部精加工面相接觸。找正的方法是盤動轉子，同時測量調端和電端每隔90°上下左右四個位置的內缸端部精加工面外圓跳動值，計算得出內缸相對于轉子的徑向位置，然后通過調整內缸下部的銷子和貓爪將低壓內缸調整到位。

轉子與內缸徑向相對位置的確定分為兩個階段，即空缸找正和實缸找正。空缸找正是指僅就位內缸而不放入內部套時通過上述方法進行找正，目的是初步調整好內缸相對于轉子的位置。而實缸找正就是在內缸和內部套全部組裝完成后通過上述方法進行找正，目的是將內缸和內部套相對于轉子的徑向位置精確調整到位。

3 結論

汽輪機組軸系安裝和調整時一項復雜而細致的工作，特別是核電大功率汽輪機組存在尺寸大，重量大，結構復雜，缸體變形量大和安裝工藝要求高等特點，軸系的安裝和調整更是汽輪機安裝過程中必須重點做好的工作。結合核電汽輪機組本身的結構特點，該工程采用的真轉子找中心、K值法定位、空缸+實缸找正等方法，既方便現場施工，大大減少了工作量，又確保了軸系安裝質量。對于后續核電汽輪機組的安裝具有很好的借鑒意義。