西门子百万千瓦级超超临界汽轮机结构及安装中的特点

西门子百万千瓦级超超临界汽轮机结构及安装中的特点张青年，贾东友(天津电力建设公司，天津市，300012)［摘要］近年来，随着我国电力市场改革的不断深入，以及国内电力市场的需求和发展，对机组的效率及经济性能均要求越来越高和越来越好。常规亚临界电厂的效率是38%；超临界电厂已能达到41%；超超临界电厂的效率能达到45%以上。火电机组采用超超临界参数和超临界参数必将成为我国发展先进发电技术必选的方向。超超临界汽轮机的结构有特别之处，在安装中应该注意的是：其轴承座就位找平找正、低压外缸拼焊组合时与常规机组有些不同，并且是通过碰撞试验(bumpcheck)来进行各汽缸的轴向及径向最终定位的。［关键词］超超临界汽轮机通流碰撞试验膨胀0引言从目前装机的600MW机组来看，大多数机组为亚临界蒸汽循环技术，代表了当前煤炭热能转换成电能的主流技术，发电厂热效率和环境性能由于温度和压力的提高而得到了改善。在追求高效率的驱动下，这几年新引进及国内联合研发了超临界和超超临界机组，装机的单机容量也不断地提高，从600MW到1000MW，目前我国在华能浙江玉环电厂安装了首台1000MW超超临界汽轮机组，该机组是由西门子公司设计，上海汽轮机有限公司生产(高中压缸为siemens整体供货)的1000MW超超临界汽轮发电机组，机组型号为N1000-26.25/600/600(TC4F),形式为超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压凝汽式、采用八级回热抽汽，具有较高的效率和安全可靠性。下面就我公司安装的第一台超超临界汽轮机的一些基本特性和安装过程及注意事项在这简单谈一谈，以提供同行业人士参考，安装出更高质量的汽轮发电机组。1汽轮机的基本参数汽轮机型式：超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压凝汽式连续出力：1000MW转速：3000rpm主汽压力：26.25MPa主蒸汽温度：600°C再热蒸汽温度：600C回热级数：8调节控制系统型式：DEH总共级数:64高压缸：14中压缸：2X13低压缸：2X2X6未级叶片长度：1145.8mm盘车转速：45~60rpm汽轮机中心距运行层标高：17800mm2汽轮机的基本结构型式（见图1）机组的汽缸与轴承座均为无台板、无垫铁施工，轴承座标高和水平通过柱头螺栓进行调整，调整结束后进行灌浆并紧固地脚螺栓。汽轮机的高压缸和中压缸均为上猫爪支承方式，分别支承在汽缸前后的轴承座上。低压部分外缸的支承与内缸是分离的，即外缸的重量完全由与它焊在一起的凝汽器承担，低压内部部件的重量通过低压内缸的猫爪由其前后的轴承座来支承。机组的推力瓦设置在2号轴承座，即机组以2号轴承座为绝对死点向两头膨胀。正是基于机组的这种特殊结构形式，区别于以往各种机组采用K值（即缸外留数）和汽封洼窝中心定位，而通过向各方向移动汽缸，得到一系列数据，即碰撞试验（bumpcheck）来进行各汽缸的轴向及径向最终定位。该型汽轮机是目前世界上采用高压缸、中压缸和两只低压缸单轴串联布置的最大容量汽轮机。除高压转子由两只径向轴承支承外，中压转子和两根低压转子均采用单轴承支承方式。低压内缸通过猫爪及支架直接座落在外缸前后的专用台板上。内外缸之间由膨胀节密封连接,彻底消除了低压外缸热变形或位移对低压动静间隙的影响。内缸支架用推拉装置与中压外缸相连,以保持低压部分的轴向动静间隙。这种支承方式不仅结构比较紧凑缩短了轴系长度，提高了轴系刚性，减少了基础变形对于轴承荷载和轴系对中的影响，利于汽轮机转子平稳运行。汽缸的结构形式和支撑方式在设计时给予充分考虑，当受热状况改变时，可以保持汽缸自由且对称的收缩和膨胀，并且反可能发生的变形降低到最低限度。使汽缸保持与汽轮机轴线的正确位置，同时使汽缸可根据温度的变化自由收缩和膨胀。高压缸采用单流程双层缸设计。外缸为桶形，前后两段用螺栓连接,内缸为垂直纵向平分面结构。缸体为旋转对称，无连接大法兰,汽缸横断面积无变化，使得缸体受热均匀，在主蒸汽参数变化时，缸体的的温度梯度很小，且几乎能够和转子同时达到同样的温度水平，因此机组适应快速启停、变负荷过程中无需监视汽缸的绝对膨胀和与转子的胀差。高压缸没有调节级,100%全周进汽，第一级采用了低反动度叶片级（约20%的反动度）,以降低进入转子动叶的蒸汽温度。第一级静叶斜置设计，切向进汽,效率高、漏汽损失小。

中压缸采用双流程双层缸设计。中压缸第一级除了与高压缸一样采用了低反动度叶片级以及切向进汽的第一级斜置静叶结构外，还采取了一种切向涡流冷却技术，以降低中压转子的温度。另外,高中压转子通流部分采用小直径、多级数;高中低压动、静叶片（末三级除外）设计成全三维马刀型，不同反动度叶片级的组合提高了通流效率;两只主调门及两只再热调门水平布置在汽缸两侧，切向进汽；阀体与汽缸采用螺栓连接，便于检修;所有轴承均通过轴承座直接支撑在基础上，汽缸不承受转子的重量,变形小，易保持动静间隙的稳定。膨胀系统设计具有独特的技术风格:机组的绝对死点及相对死点均设在高中压之间的推力轴承处,整个轴系以此为死点向两端膨胀,低压内缸也通过汽缸之间有推拉装置而向后膨胀，为此动静叶片的相对间隙变化最小。所有轴承座与台板之间及低压内缸猫爪支架与台板之间的滑动支承面均采用低摩擦合金，无需润滑,即可保证机组自由膨胀。33.1先确定其基准点的轴承座位置，此机组以#5瓦所在的轴承处标高为“基准零点”，其它轴承的标高按照厂家要求的具体数据确定。在施工中轴承座相对标高采用水连通加千分尺的测量方法确定，33.1先确定其基准点的轴承座位置，此机组以#5瓦所在的轴承处标高为“基准零点”，其它轴承的标3.2低压外缸拼焊组合低压外缸由端板、侧板、钢架（附带支撑管）、圆弧支撑和中间段壳板组成。首先组合低压外缸下半，然后焊接凝汽器，最后组合低压外缸上半。低压外缸的焊接全部采用二氧化碳气体保护焊接工艺，防止焊接产生大的变形且保证焊接工艺质量。4特别关注的问题及调整过程：基于机组的特殊结构形式，区别于以往各种机组采用K值(即缸外留数)和汽封洼窝中心定位，而此百万千瓦级汽轮机是通过向各方向移动汽缸，得到一系列数据，即通过碰撞试验(bumpcheck)来进行各汽缸的轴向及径向最终定位。4.1低压缸碰撞试验4.1.1径向碰撞试验准备工作：检查推力瓦，保证推力瓦下半卸掉，只留上半在里面，紧固好中分面螺栓。准备好100t液压千斤顶四个，百分表六块。调节各瓦顶轴油压力，使各瓦处顶起高度十分均匀，数值为0.08〜0.10，保证一个人能轻便的来回晃动转子10mm。在进行碰撞试验前，做一次同心度检查，但只做记录，不进行调整。程序：试验的顺序为向上、左右、检查并修正向上、向下依次进行。在内缸四个角与外缸间及转子末级叶片与排汽导流环间支六块百分表，末级叶片处百分表要求表座吸在叶片上，指针竖直向下顶在排汽导流环表面(注意不是与表面垂直)，百分表原始数据定为5.00mm。注意做向上试验前检查导向销处L键必须是楔死、无间隙的状态，防止过程中汽缸左右窜动。让一名员工，在低内缸两端末级叶片处，双手抓住末级叶片，以10mm左右的幅度晃动转子。在一人统一指挥下，各测量表位置处的监督人员细心查看，均匀的顶起四角的液压千斤顶，开始时每次顶起0.30mm或者0.20mm；转子与汽缸间的总间隙设计值为2mm；顶起的高度估计为1mm左右，估计快要接触时数值改为0.10，在此期间转子必须始终保持晃动状态。当发现转子与汽缸接触后，放弃最后的一次顶起，让百分表数据回到上次的数据。由于知道转子很快与汽缸接触，因此顶起改为机侧或者电侧单侧顶起，高度仍为0.10(或0.05)；以判断出是哪一侧首先碰上的，提高试验的精度。最后记录向上移动的数据，注意此数据以间隙的形式进行记录，而不是以百分表读数的形式；并且数据以吸在末级叶片上百分表的数据为准，四个角的变化值作为参考值。依次进行左右向移动，记录好数据后，将汽缸调整到左右对称的中心位置。再次向上移动进行试验，检查向上的数据，如果有变化，则修正向上的数据；使其更接近真实值（注意检查前再次楔紧L键，保证左右无窜动）。（11）最后开始做向下的移动，注意移动前四个角的垫片要依次一个一个撤掉，而不是同时撤掉，同时保证撤掉千斤顶时猫爪不会下降。（12）四个方向全部试验完毕后，根据试验得到的数据进行汽缸调整，左右间隙以转子放在汽缸中间为目的，上下间隙不管总间隙是否达到2mm，均以转子下部与汽缸留0.60为准，如果总间隙不到2mm，则将间隙上报设计部门进行进一步分析。（13）调整完毕后，做同心度检查并做好记录。4.1・2.轴向碰撞试验4.1.2.1在两侧猫爪位置对称均匀的向前顶低压内缸，顶到前止点并保持不动。4.1.2.2记录此时百分表读数，松开千斤顶，换到前面猫爪位置向后面顶动低压内缸，按图纸要求，向后顶13mm。4.1.2.3测量此时推拉杆与轴承座相互位置的数据，锁紧螺母并防松。4.1.2.4按同样的顺序进行两个低压缸的轴向碰撞工作，做为缸体最终定位的标准。4.2高中压缸碰撞试验4.2.1径向碰撞试验4.2.1.1首先检查高（中）压缸的同心度，知道目前缸所处的位置。4.2.1.2试验的顺序仍为向上、左右、检查并修正向上、向下依次进行。4.2.1.3在高（中）压缸四个猫爪处与轴承座间支四块百分表，百分表原始数据定为5.00。4.2.1.4注意做向上试验前检查缸下纵向销处L键必须是楔死、无间隙的状态，防止过程中汽缸左右窜动。4.2.1.5由于高中压缸径向间隙较小，故前后侧径向碰撞试验分开进行，首先用塞尺高中）压缸端部汽封间隙，初步确定大概需要顶起高度，4.2.1.6对称均匀的顶起高（中）压缸机侧左右两侧猫爪处的液压千斤顶，在顶起的同时不断的用0.10mm厚的塞尺检查汽封间隙，发现塞入的力度有变化时，即停止顶起，记录此向上移动的数据，注意此数据以间隙的形式进行记录，而不是以百分表读数的形式进行。4.2.1.7接下来进行电侧左右两侧猫爪处的液压千斤顶，在顶起的同时不断的用0.10mm厚的塞尺检查汽封间隙，发现塞入的力度有变化时，即停止顶起，记录此向上移动的数据。4.2.1.8然后依次进行左右向移动，记录好数据后，将汽缸调整到左右对称的中心位置。4.2.1.9再次向上移动进行试验，检查向上的数据，如果有变化，则修正向上的数据；使其更接近真实值（注意检查前再次楔紧纵向L键，保证左右无窜动）。

4.2.1.10最后开始做向下的移动，仍前后分开进行，保证撤掉千斤顶时猫爪不会下降。4.2.1.11四个方向全部试验完毕后，根据试验得到的数据进行汽缸调整，左右间隙以转子放在汽缸中间为目的，上下间隙不管总间隙部分要求为：如果总间隙达到设计值，则预留的要求为中压缸中心相对于中压转子上偏0.20mm，而高压缸则TE端相对于转子提高0.10mm，GE端无偏移量，如果总间隙未能达到设计值（中压缸总间隙为1.40mm，高压缸总间隙为1.00mm），则将间隙上报设计部门进行进一步分析。4.2.1.12调整完毕后，做同心度检查并做好记录。4.2.2轴向碰撞试验4.2.2.1准备工作：（1）启动2台顶轴油泵，保证顶轴油母管压力为15MPa及转子各瓦处顶起高度为0.08〜0.10mm。（2）在轴肩处架好百分表，用木棒找合适位置（玉环机组在低压转子在轴封处的轴肩），在保证干净无污染的前提下，来回撬动转子，得到推力间隙后，将转子撬到推力瓦中间位置，停顶轴油泵并保持转子无窜动直到油膜破坏。（3）揭掉推力瓦（2号轴瓦）上半，使轴系轴向处于自由位置，在推力盘两侧对称位置支两块大量程百分表。（4）在高压缸前及中压缸后4个猫爪处与轴承座间轴向方向各支2块百分表（共4块），支好表后，测量此时高压缸及中压缸轴向定位位置，并调整至现场拆卸运输定位环前测得的数值（使用同一内径千分尺进行测量）。4.2.2.2程序：（1）如图2所示：高压缸最小间隙设计值及厂家组装值分别为，向电机侧GE，一）3.4、3.3，向汽机侧（TE，+）2.9,2.7；推力间隙为0.20〜0.40；中压缸最小间隙设计值及厂家组装值分别为，向电机侧Q（GE，+）3.15、3.8，向汽机侧（TE，—）2.975，1.85。2J）高压13.4缸①—L85③+3.82.98中2J）高压13.4缸①—L85③+3.82.98中13.15压缸（2）调整各百分表到相对零位（猫爪处百分表调整到5.00，推力盘上＜30或50量程〉调整为15.00）。⑶方法1：1）启顶轴油泵，母管压力调整到15MPa后，向前撬动转子至无法撬动，读出并记录此时各百分表数据，得到如上图所示数据①（1.85）；<TE"一”IP>2）向后撬动转子，至止点，得到数据④（3.3）；<GE"一”HP>3）用液压千斤顶在两侧猫爪处均匀向后顶动高压缸（HP）2.0mm;<HPGE"一”HP>，经实际检验2.0mm数据太小，移动2.5mm更易于后续操作、更合适；4）向后撬动转子至止点，得到数据③（3.8）；<GE“+”HP>5）在两侧猫爪位置均匀向前顶动高压缸，将向前移动高中压缸的数据1.5mm挪回；6）向前撬动转子至前止点，得到数据②（2.7）；<GE“+”HP+2.0>7）对得到的数据进行整理分析，确认无疑问后形成正式记录；8）根据数据最终确定高、中压缸轴向位置。⑷方法2：1）向后移动转子，至无法移动，得到数据④（3.3）；2）向前移动转子，至无法移动，得到数据①（1.85）；3）用液压千斤顶在两侧猫爪处均匀向前顶动中压缸（IP）2.0mm，经实际检验2.0mm数据太