汽輪機本體模塊化發(fā)運分析研究

劉興波,鄭建,王文中,袁朝興,王文龍,伍文華

（東方電氣集團東方汽輪機有限公司， 四川德陽， 618000）

0 引言

電站工程建設(shè)具有投資規(guī)模大、 工藝系統(tǒng)復(fù)雜、 項目周期長、 人員投入多等特點； 同時， 也面臨著市場競爭激烈， 業(yè)主要求高， 海外項目勞工配額限制等諸多問題。 因此， 提高電站設(shè)備的模規(guī)化水平， 減少現(xiàn)場安裝及施工質(zhì)量， 縮短項目建設(shè)工期， 提高工程建設(shè)質(zhì)量和項目收益， 是電站工程建力創(chuàng)新發(fā)展的必由之路。

1 技術(shù)方案

1.1 模塊的支撐

模塊化發(fā)運采用專用的發(fā)貨支架， 如圖1 所示。 在運輸過程中， 發(fā)貨支架除了承受模塊自身的重量外， 還要承受公路運輸時由于道路顛簸、急剎車等產(chǎn)生的附加慣性載荷。 對于水路運輸，需考慮風(fēng)浪顛簸引起整體模塊發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 所以發(fā)貨支架必須有足夠的強度和剛度， 不至于發(fā)貨支架坍塌或翻轉(zhuǎn)， 導(dǎo)致高壓模塊受損。

圖1 模塊化發(fā)運示意圖

1.1.1 公路運輸

整體模塊公路運輸時， 根據(jù)發(fā)貨支架結(jié)構(gòu)及受力特點， 建立了三維非線性有限元模型， 進行了有限元強度和穩(wěn)定性分析， 有限元分析結(jié)果如圖2～3 所示。

圖2 急剎車時支架的變形

圖3 應(yīng)力云圖

計算結(jié)果表明， 在車速≤20 km/h、 剎車時間＞5 s 的運輸過程中， 整體發(fā)貨支架強度、 剛度和穩(wěn)定性滿足設(shè)計要求。

1.1.2 水路運輸

整體模塊水路運輸時， 要保證模塊在風(fēng)浪作用下不翻轉(zhuǎn)， 其重心中心線必須滿足： 其與支撐點連接起來的幾何圖形在水平面的投影面,或支撐面內(nèi)有交點。 對于汽輪機模塊化的結(jié)構(gòu)可以簡化為正方體， 其中一面與地面（船體）接觸， 其側(cè)翻模型可以簡化， 如圖4 所示。

圖4 物體臨界側(cè)翻示意圖

汽輪機模塊化結(jié)構(gòu)的側(cè)翻臨界角度β 可以根據(jù)重心與地面（船體）的距離及中心到幾條棱邊的距離值求出， 從而確定整體模塊不會翻轉(zhuǎn)的最大允許的側(cè)翻角度β≈15°。

1.2 通流間隙的保證

模塊發(fā)運前要求保證內(nèi)部通流間隙滿足設(shè)計要求， 在模塊運輸、 吊裝過程中要保證模塊內(nèi)部動靜部件不發(fā)生相對位移， 通流間隙不發(fā)生變化，因此在汽缸前后端汽封體處設(shè)置了專用定位環(huán)，通過它與轉(zhuǎn)子配合， 在起到支承轉(zhuǎn)子作用的同時限制轉(zhuǎn)子徑向和軸向位移。

1.3 模塊的清潔度及防腐措施

整體模塊在制造廠裝配完畢后， 現(xiàn)場不再開缸， 因此模塊內(nèi)部的清潔度至關(guān)重要。 模塊在制造廠裝配時， 嚴格控制模塊內(nèi)部的清潔度， 避免異物遺留。 模塊發(fā)貨前， 通過專用封口件， 將汽缸各個管口進行保護， 防止在運輸及電廠安裝過程中異物落入。

模塊現(xiàn)場就位后， 在對焊各抽汽管前， 拆除封口件， 要特別注意， 防止焊渣等雜物落入高壓模塊。

對于需海運的模塊或沿海項目， 要防止整體模塊在海運及沿海港口存放過程中被鹽霧腐蝕。可將氣相防銹劑配制成溶液， 在制造廠最終復(fù)裝過程中均勻涂覆到被保護表面上， 復(fù)裝完成后，應(yīng)通過管口再次向被保護區(qū)域噴入氣相防銹劑，噴涂完成后應(yīng)立即對被保護區(qū)域進行封口， 防止被保護空間氣體逸出或外部濕氣進入。

2 現(xiàn)場安裝

整體模塊在制造廠安裝完畢、 整體發(fā)運前，在前后端汽封處， 對動靜軸向、 徑向定位尺寸進行測量， 并在測量位置處打印標(biāo)識。 模塊到現(xiàn)場后， 不再開缸， 首先通過專用復(fù)測工具， 在打印標(biāo)識處對該尺寸進行復(fù)測， 確定高壓模塊內(nèi)部通流在運輸過程中未發(fā)生變化， 然后作為一個整體與其他模塊進行連接， 保證整個機組安裝滿足設(shè)計要求。

汽輪機本體模塊化后， 可大幅減少現(xiàn)場的安裝工作量， 模塊化前后現(xiàn)場安裝主要工作對比見表1。

表1 模塊化前后現(xiàn)場主要工作對比表

3 運輸方案

汽輪機本體模塊尺寸較大， 以分缸660 MW機組為例， 高壓整體模塊尺寸約8 300 mm×3 300 mm×4 100 mm （長×寬×高）， 無法采用鐵路運輸方式， 一般采用公路和水路相結(jié)合的方式制定相關(guān)的運輸路線。 其中在公路運輸過程中需要使用液壓軸線車， 寬度可為2 縱列或者3 縱列， 將按照貨物本體的要求適配。

4 經(jīng)濟性評估

4.1 制造廠成本分析

汽輪機本體模塊化發(fā)運與散件發(fā)運對制造廠成本產(chǎn)生影響的主要因素有以下幾個方面：

4.1.1 增加設(shè)備成本

汽輪機本體模塊化與常規(guī)散件比較， 將增加整體發(fā)運相關(guān)設(shè)備， 以分缸660 MW 機組高壓模塊為例， 增加設(shè)備見表2。

表2 660 MW 分缸機組高壓模塊化增加設(shè)備成本

4.1.2 增加復(fù)裝和管理成本

汽輪機在制造廠內(nèi)總裝完畢后， 將增加整體模塊復(fù)裝工序， 從而產(chǎn)生相應(yīng)的復(fù)裝和管理成本，以分缸660 MW 機組高壓模塊為例， 增加成本見表3。

表3 660 MW 分缸機組高壓模塊化復(fù)裝和管理成本

4.1.3 運輸成本

汽輪機本體模塊化后， 一方面裝箱數(shù)量明顯減少， 可減少發(fā)車次數(shù)， 降低運輸成本， 并能防止散件發(fā)運零部件丟失； 另一方面整體發(fā)運重量顯著增加， 將導(dǎo)致運輸成本增加。 因此整體發(fā)貨運輸成本需綜合考慮上述情況， 并與電廠所在位置有很大關(guān)系。 以分缸660 MW 機組高壓模塊為例， 模塊化前約14 箱， 模塊化后2 箱， 即高壓模塊+1 箱附件。

4.2 廠房成本分析

汽輪機本體模塊化后， 整體重量顯著增加，但除部分高中壓合缸機組外， 其余等級機組模塊化后重量均小于同等級機組發(fā)電機定子重量， 可采用起吊定子的方式吊裝整體模塊， 因此對廠房成本沒有影響。 但對于模塊重量大于發(fā)電機定子重量的高中壓合缸機組， 通常有2 臺行車抬吊和液壓頂升方式可供選擇。

（1）采用2 臺行車抬吊方式。 行車最大起吊重量增加， 行車規(guī)格將增大， 并需對廠房進行加固，因此會增加行車規(guī)格提升和廠房加固的成本， 特別是對于僅有1 臺機組的電廠， 此類成本將顯著增加。

（2）采用液壓頂升方式。 對廠房無影響， 但需要安裝單位租用專用液壓頂升工具。

4.3 安裝單位成本分析

整體模塊到現(xiàn)場后， 不再開缸， 作為一個整體， 與其他模塊進行連接， 大幅縮短了現(xiàn)場安裝周期， 節(jié)省了人工和相關(guān)機加工費用， 以分缸660 MW 機組高壓模塊為例， 模塊化現(xiàn)場安裝節(jié)省成本約62 萬元， 帶省工期約30 天。

對于模塊重量大于發(fā)電機定子重量的高中壓合缸機組， 以350 MW 高中壓合缸機組為例， 若采用液壓頂升方式抬吊， 需要租用專用設(shè)備， 增加相應(yīng)成本約108 萬元和工期23 天。

5 結(jié)論

（1）汽輪機本體模塊化的實施， 可大幅減少現(xiàn)場安裝及施工工程量， 縮短項目建設(shè)工期， 提高工程建設(shè)質(zhì)量和項目收益， 是電站總承包板塊工程建設(shè)能力創(chuàng)新發(fā)展的必由之路， 將有利于電站總承包工程建設(shè)能力的提升， 可提高汽輪機制造廠的市場競爭力。

（2）技術(shù)方面， 汽輪機本體模塊化設(shè)計， 可保證模塊的裝配質(zhì)量， 大幅降低了現(xiàn)場安裝難度，避免制造廠的零部件缺件及漏發(fā)現(xiàn)象。

（3）經(jīng)濟性方面， 汽輪機本體模塊化設(shè)計， 對制造廠將增加相應(yīng)的設(shè)備、 復(fù)裝和管理成本； 對廠房影響甚微； 對運輸單位， 需綜合考慮發(fā)車次數(shù)減少和發(fā)貨重量劇增對成本的影響； 對安裝單位， 一方面大幅縮短了現(xiàn)場安裝周期， 大大節(jié)省了人工和相關(guān)機加工費用， 特別是海外電廠優(yōu)勢尤為突出， 另一方面裝箱數(shù)量大幅減少， 節(jié)省了現(xiàn)場管理成本， 避免現(xiàn)場零部件丟失。