摘要：在汽轮机组大型化的发展趋势下，缸体重量对装配过程以及装配结果的影响已经成为一个必须考虑的问题。通过对首台某核电机组低压缸总装过程中缸体变形量的测量及数据分析，探讨了低压内缸变形对机组安装的影响，论证了用千斤顶辅助装配的可行性，同时通过测量数据与设计数据的对比验证了缸体自身结构的可靠性。
关键词：变形量测量；大型汽轮机组；总装过程；应用
1、前言
以某核电机组为例，由于采用半转速设计，转子末叶长度达到54inch，低压缸体外形尺寸较常规全转速火电机组更是大很多，重量也更重，对其焊接结构的低压内缸而言，安装完内部套后重量近300t，内缸通过4个猫爪支撑，而猫爪的跨距却达到了11m左右，这样的负荷布局对低压内缸的结构设计以及制造安装都提出了更高的要求，因为较大的缸体变形将直接影响到低压内缸的正常安装以及汽轮机组通流间隙的准确测量。对于首台此型机组，设计还停留在理论计算阶段，而通过对此机组在安装过程中变形量的测量，我们获取了大量实际数据，一方面可通过数据分析判断出变形对装配可能产生的影响，从而制定出合理对策，以此来指导机组的厂内装配及电厂安装，另一方面还可通过与设计数据进行对比的方式来检验缸体自身结构的可靠性。
2、测量方法及过程
2.1测量系统搭建
如图1所示，此系统由多个位移传感器、集线器、数据采集器及计算机组成。来自多个传感器的位移信号通过集线器传输给信号采集器，计算机软件通过与信号采集器进行通讯将位移数据读取，并绘制出实时的位移变化曲线，从而形成了整个测量系统。
2.2测点布置
根据此型机组低压缸的结构特点，共设置了11个测点，布置在低压内缸水平法兰两侧及低压内缸底部，分别对缸体水平方向和垂直方向的位移进行监测，测点分布见图2所示。
2.3测量过程描述
测量以低压内缸在低压外缸中就位开始，以此作为零点，每5min自动采集一次数据，对整个装配及拆卸过程进行实时监测。首先依次将蒸汽室下半、隔板套下半及各级隔板下半装入内缸，然后将蒸汽室上半、隔板套上半及各级隔板上半分别在其下半上安装就位，此时对布置在低压内缸底部的两个液压千斤顶进行加压，以每10t为一级逐级增加压力至100t，然后再逐级卸压，手动采集升压及卸压过程中汽缸的位移变化数据，之后将内缸上半安装就位，最后按装配的逆过程进行拆卸，直到将内部套拆除完毕，测量结束。
3、测量数据及分析
3.1测量数据曲线
根据测量数据绘制了如下测量曲线，如图3所示为低压内缸底部垂直方向的位移曲线，图4为低压内缸左侧水平法兰的位移曲线。
3.2数据分析
（1）从位移曲线可以看到，随着低压缸内部套的安装就位，缸体总重量加重，逐渐下沉，最大下沉量达到了近3mm，水平法兰则伴随着收口现象，单侧收口约1.2mm左右，从而可导致汽缸水平中分面螺栓发生倾斜，而汽缸中分面有22个定位螺栓，螺栓垂直度的变化使螺栓的定位销部分无法顺利装入汽缸上半的销孔，进而可导致汽缸上半无法安装。这一点在内缸上半实际安装过程中也得到了验证。
（2）根据位移曲线，在安装完内缸上半以后，缸体并没有因为重量的增加而继续下沉，反而上抬了1.3mm左右。由此可见，汽缸上下半把紧以后，刚性得到了加强，变形得到恢复，而在装配过程中这样的变形以及变形的恢复会导致内部套与转子之间的径向间隙发生变化，从而可影响到压铅丝方式测量通流间隙的准确性，故在后续通流间隙的测量过程中，此台机组选择了在千斤顶作用下进行压铅丝测量。
（3）低压缸在千斤顶加载及卸载过程中的位移数据单独整理，曲线为千斤顶加载及卸载过程中缸体的位移曲线，虚线位置为扣内缸上半前后缸体的位移量（计算值），可以看到千斤顶加载至50t左右就可以消除缸体的下沉量，使缸体处在上下半合并时的状态，以保证螺栓的垂直度满足安装要求，进而可以保证汽缸上半的正常安装。
（4）根据变形量测量数据，内部套上半就位状态相对仅下半安装状态的下沉量在1.2mm左右，，而设计方给出的计算变形量在1.3mm左右，基本与设计预期一致，且变形量稍小于计算值，因此，缸体的自身结构是可靠的，缸体的刚度可以满足设计要求。
4、汽轮机现场试验总装
4.1高中压部分
结构形式主要通过改变叶片的安装角以适当增加其流通面积，调节级叶根采用三叉型结构，以进一步提高其安全性。采用拉钢丝的方法，以低压缸汽封为基准，初步找正各轴承座位置。采用假轴，以前轴承座、中轴承座油档为基准，找准高中压外缸、高压内缸、中压内缸、各级持环及各汽封体中心。采用真转子，以中轴承座、后轴承座油档为基准，调准好低压前轴承、后轴承的中心位置。精确找准轴承中心，同时，配准高中压转子与低压转子间靠背轮工艺垫圈。
4.2低压部分
为了适应高压及昼夜背压，排汽温度变化幅度大等工作条件，本汽轮机组在低压部分的结构上作了许多新的设计，进一步加强了轴系的稳定性等，以便使机组既能满足经济性，又能安全，可靠运行时的需求，主要表现为：采用双层缸结构，后二片和、缸结构，低压缸前、后轴承座采用独立的落地结构中后轴承座架采用太平板结构，低压缸前，后汽封体采用波型节结构，低压缸隔板汽封齿内圆采用椭圆结构，采用蜂窝式汽封及低直径隔板汽封，低压缸前，后轴承采用倾瓦结构。
4.3滑销系统
本机组转子膨胀的相对死点位于前轴承座内的推力瓦处，中轴承座、后轴承座两端，都没有横向固定板，且在它们两侧都有轴向定位板，固中后轴承座都是固定的轴承座，在前轴承座下设有纵向定位键，在高中压外缸和前中轴承座连接处均设有定中心梁，当机组热涨（或冷缩时）高中压外缸和前轴承座一起，以中座为死点向前（或后移动），低压外缸的轴向定位板于低压缸调阀端处，同时，在其前、后丙端没有横向固定板，故低压缸本身也是固定的。困难可能通过工艺攻关和制造部门统一协调，解决，故最后决定，采用高中压部分与低压部分联动盘车工艺方案。具体实施过程中，根据该机组的结构和特点，制定了一套完善的工艺方案。三及波型节中心后，以低压缸上与该波型节连接螺孔为基准，号出波型节上螺孔位置线，然后根据已号出的螺孔位置线加工准波型节上螺孔
4.4中、后轴承座架的设计
中、后轴承座架的设计采用了大平板结构，这了确保轴承座与台板接触要求，经论证，在工艺上采用将轴承座与座架在框架龙门刨机床上精加工有关接触平面，在自由状态下，确保平面度误差分别在0.015mm以内，进入装配后，采用将轴承座与座架处在工作状态下，检查和修正轴承座与台板接触情况。
4.5汽缸水压试验
为了保证机组的安全性，高中压外缸，高压内缸，中压内合同工及低压内缸等均需做水压试验，通常泵水压力约为工作压力的1.5倍。高压缸内的泵水，因该汽缸的泵水压力很高，，若采用常规的工艺方法，很难达到设计要求，因此，我们采用了相应措施。在水平中分面的加工上，采取了特殊的工艺方法，以达到合适的外张口要求，中分面涂以龙旦紫涂料，中分面螺钉的紧固，采用力矩扳手，严格计算机冷紧力矩，采用螺栓加热棒，严格按要求弧处垫片，以达到汽封径向，动静间隙要求。轴系中心的测量与调整，本机组采用总装联运盘车，因此对机组的轴系找中，提出了较高要求。
5、结语
通过对首台某型核电机组低压缸总装过程中缸体变形量的测量及数据分析，我们可以看到，汽缸的变形对机组的正常安装会产生一定影响，而针对这样的影响可在总装过程中采用千斤顶辅助装配作为解决方案；另外，通过将测量数据与设计计算数据进行比较，可以看出缸体的刚度满足设计要求，进而从数据上对缸体的设计结构及整套制造工艺也进行了肯定。
参考文献：
［1］陶鼎文.火力发电设备技术手册（第二卷）［M］.北京：机械工业出版社
论文作者:夏元峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
标签：低压论文; 缸体论文; 机组论文; 测量论文; 位移论文; 结构论文; 轴承座论文; 《电力设备》2018年第28期论文;