汽輪機TCCS測量技術在核電的應用簡介

許祥義 秦志莊

中核工程咨詢有限公司 北京 100000

1 概論

某核電二期工程采用AP1000核電汽輪機，額定功率為1126MW、轉速為1500r/min、單軸、二級再熱、四缸、六排汽、反動凝汽式汽輪機。汽輪機由一個高壓缸和三個雙流的低壓缸及其附件組成。一根高壓轉子，三根低壓轉子通過剛性聯軸器聯接；低壓2、3號轉子間各聯接一短軸連成一個整體軸系，每根轉子都有一對徑向軸承支撐，整個軸系有一只推力軸承，位于1號低壓缸與2號低壓缸之間的3號軸承座內。該機組汽輪機在制造時采用了TCCS 工藝，即無轉子合缸狀態下使用激光模擬機組運行狀態測量調整汽輪機徑向通流間隙。汽輪機現場安裝時各內部部套不需再找中心，徑向通流間隙僅需壓鉛絲復測，作為機組后續檢修依據，不作調整[1]。

TCCS（汽輪機間隙控制系統）用于全實缸無轉子狀態下對汽輪機通流間隙的測量（事實上汽輪機正常運行時轉子和汽缸是沒有任何接觸的），主要靠激光和靶球的專用工裝對汽輪機轉子和靜子汽封之間的徑向、軸向通流間隙測量，并結合汽缸的變形、轉子的撓度等補償因素綜合分析計算得出通流間隙的實際值。

2 TCCS測量系統簡介

TCCS測量系統主要由帶航空攝像頭的激光跟蹤儀、導軌、測量靶球、靶球固定工裝、計算機等組成。其中：激光跟蹤儀和靶球是主要測量設備；導軌是將激光跟蹤儀測頭固定到指定位置的裝置，其精度不對測量結果產生任何影響；靶球固定工裝是將靶球固定到汽封齒上的裝置；計算機是系統進行數據采集及分析的設備。激光跟蹤儀的測量誤差＜6‰，經重復性及精度驗證，TCCS 的重復精度誤差＜0.005mm。

3 測量原理及方法

徑向通流的測量原理，通過儀器測量出各汽封齒的直徑然后與轉子的直徑進行比較做差，所得的差值即為徑向通流。徑向通流測量過程，將各靶球用靶球固定工裝固定在被測汽封齒上，利用導軌將激光跟蹤儀送至各被測部位，測量各級汽封齒上、下、左、右4個點距中心位置的距離，通過比較轉子的測量數據算出汽輪機動靜部件的間隙，根據測量數據對偏心銷、支撐鍵和汽封齒進行調整，保證動、靜部件的徑向間隙滿足要求[2]。

軸向通流的測量原理，根據轉子軸向定位K值，轉子某級葉片的軸向相對于原點的長度與對應的汽封齒相對于基準點原點的長度的差值即為所測位置的軸向通流間隙。軸向通流測量過程，將激光跟蹤儀支撐于汽缸端部外，人工引導測量靶球，對汽缸中分面進行踩點擬合成中分面平面，對進汽導流環端面、各級隔板內外側端面進行踩點擬合出各端面圓，連接各端面圓的圓心以此直線為X軸線，以水平中分面的法向量為Z軸（次要元素）建立測量坐標系，然后對各處軸向通流進行踩點。廠內總裝時會定義X軸線的原點，以高壓缸為例，對高壓調端1級隔板內環右側（調端向電端看）出汽側端面進行采點，構造一平面，該平面與軸線向量垂直，平面與軸線向量的交點定義為原點O，根據轉子尺寸記錄，計算出轉子各級葉片進出汽側端面到高壓調端1級圍帶進汽側端面的距離。利用通流圖中給出的軸向定位K值將轉子各通流位置尺寸轉化為X軸坐標，通過坐標差值計算出各軸向通流間隙值。

4 TCCS測量技術只用于廠內總裝過程

廠內汽輪機的通流間隙已經通過墊片，修齒等工藝調整完成，內部套所用懸掛銷、支撐鍵均已配置完成，在現場安裝時僅對通流間隙進行復測（壓鉛絲），不需調整，復測數值的正式記錄經廠家確認后，再進行下一道安裝工序，對于通流間隙的數據記錄要保存完整作為后續檢修的依據。

5 現場安裝重點質控內容

現場安裝進行通流間隙調整的關鍵工序為內缸根據轉子找中心，即在轉子末級葉片上固定轉子找中工具，在找中工具上安裝百分表，表頭指針指向低壓內缸兩端背弧，盤動轉子通過百分表讀數計算出汽缸與轉子同心數據，要求內缸中心根據轉子定位值偏差小于0.05mm，滿足要求后，進行缸體內部套安裝，懸掛銷、支撐鍵等已在廠內配置完成無須進行調整，在安裝過程中嚴格按照廠家的鋼印號對應安裝，然后合全實缸對通流間隙進行壓鉛絲復測。

采用TCCS測量技術的機組通流間隙的調整工作大部分已在廠家完成，現場只需要對部分數據進行檢查和復測確認，無需考慮缸體、轉子等部件的剛性影響，不用進行過多的計算和調整，大大簡化了現場的安裝流程節約了工期，且準確性較高[3]。

6 結論與分析

（1）傳統的通流間隙調整，受缸體撓度、變形等諸多因素的影響很難使通流間隙達到運行的實際值。

（2）傳統的鋼絲找中心進行通流間隙調整，技術較成熟，對現場施工人員的技能要求比較高，工序復雜，調整量大，據統計對于四缸汽輪機，采用傳統的調整工藝進行安裝，從轉子進場至汽輪機扣缸轉子吊裝次數達上百次，如此頻繁的吊裝工作勢必給現場安裝工作帶來較大風險，但是傳統的通流調整工藝受廠家總裝的制約較小。

（3）TCCS 測量方法適用于數據精度要求高、投資規模較大、需要對多個設備多次進行測量的汽輪機制造廠等企業；壓鉛絲法適用于數據精度要求不高、設備投資較低、多年才進行一次測量的常規電廠。

7 應用前景

TCCS 是在全實缸無轉子狀態下對汽輪機通流間隙進行測量和控制，通流間隙調整時考慮了轉子垂弧、不同支承方式時的熱膨脹差、以及油膜使轉子產生位移等因素的影響，因此所得結果應當是更加精確的，系統重復精度高，測量誤差小。該系統不僅適用于變形量較大的半速機低壓缸，它更改變了汽輪機間隙控制的理念，為各種汽輪機間隙的測量與調整提供了一種新技術。