1 000 MW核电半速汽轮机高中压缸负荷分配技术及应用

王洪栋

（山东电力建设第三工程公司，山东 青岛 266100）

0 引言

福建宁德核电厂一期工程建设4台1 000 MW—CPR1000压水堆核电机组，汽轮机为国产化首台核电1 000 MW半速汽轮机，其高中压缸负荷分配是安装的关键工序，现场按规定的程序进行分次负荷分配试验。通过高中压缸负荷分配技术消除汽缸在安装过程中以及与高中压缸连接管道过程中产生的附加应力，使缸体能够自然受力和自由膨胀，保证了汽轮机的整体安装质量和安全稳定运行。

1 高中压缸结构特点

宁德核电厂设计的核电HN1089-6.43/280/269-H型半速汽轮机由东方汽轮机有限公司生产制造，额定功率为1 089.075 MW，单轴、中间再热、三缸四排汽凝汽式半速（1 500 r/min）汽轮机，其高中压缸为整体合缸、单层缸结构，高压和中压部分采用分流式布置。

高、中压缸由前后两端的四个猫爪分别搭撑在前、中轴承箱上，采用上猫爪支撑方式。 前、中轴承箱均设计为无台板支撑形式，由安装在汽轮机基础上的圆垫铁组、斜垫铁组直接支撑。

高、中压缸的前、中轴承箱均为固定式，缸体依靠“导向装置”和“定位键”进行纵、横中心定位；高中压缸的前猫爪设计为滑动式，高中压缸整体在前轴承箱猫爪支撑处自由地向前膨胀；高中压缸后猫爪搭载的中轴承箱猫爪支撑位置处设有横向定位键，形成了高中压缸膨胀的相对死点，保证汽缸以此“死点”向前进行自由膨胀。

整个高中压缸设计与缸体相连接的主要管道共有22路，包括高压导汽管4路、中压导汽4路、高压排汽4路、中压排汽4路、抽汽管道6路，连接管道最大管径为D2 591 mm×14 mm。 由于核电为中温中压机组参数，其管道的口径、体积和重量远大于常规火电机组，在安装过程中易产生额外的附加应力。

汽轮机基础采用整体弹性基础结构。

2 高中压缸负荷分配与常规火电机组主要差异

2.1 负荷分配工序

核电半速汽轮机高中压缸负荷分配试验，共需要8道工序来完成，高中压缸扣盖后管道正式连接前进行第一次负荷分配试验；与高中压缸连接的主要管道正式连接，每连接完毕一组管道后需进行1次负荷分配试验，共分6次完成；在汽轮机基础弹簧全部释放后进行最后1次负荷分配试验。常规大型火电机组高中压缸一般在合缸状态下分空缸和实缸2次完成。

2.2 负荷分配采用的方法

核电高中压缸负荷分配试验现场采用差压法进行；火电机组高中压缸一般采用猫爪垂弧法［1］。

2.3 负荷分配标准要求

核电高中压缸的负荷分配要求前、后两端的左右侧猫爪，同一端的负荷偏差控制在±5%范围内；火电机组高中压缸则规定要求同一端左右侧猫爪的垂弧允许偏差值为 0.10 mm［2］。

3 高中压缸负荷分配控制

3.1 负荷分配具备的条件

高中压缸缸体处于自由状态，缸体上无任何吊挂重物和周边妨碍汽缸顶起的物件。

与汽缸连接的抽汽管道均应连接至第一个支吊架处，且调整完毕验收合格，如管道为左右对称连接时，两侧均应施工完毕；高中压缸的导汽（高压、中压）管道均连接至汽门，缸体排汽管道全部施工完毕，管道之间连接法兰以及与汽缸连接的法兰螺栓应紧固且无间隙。

最后一次负荷分配试验，与汽缸连接的所有管道支吊架应处于运行状态，高、中压汽门支座弹簧处于受力状态；汽轮机基础弹簧释放完毕，其标高变化值符合规定。

高中压缸的猫爪承力面、滑动面等接触良好；其横向定位键、纵向导向键全部取出，避免负荷试验过程中出现卡涩现象。

3.2 负荷分配主要工序

由于核电高中压缸结构特点，现场安装过程中负荷分配试验分为8次进行，具体工序如图1所示。

3.3 负荷分配控制

现场采用差压法进行负荷分配试验，具体操作布置如图2所示。

图1 高中压缸负荷分配工序

图2 高中压缸负荷分配操作布置示意图

依据示意图准备并安装所用工器具，测量猫爪变化的百分表应预压2 mm的预压值并调至“0位”；用顶升用千斤顶将进行负荷分配的汽缸猫爪向上顶升0.20 mm，再将猫爪垫片临时拆除后放置可读油压数值的专用负荷分配千斤顶组件，应保持将千斤顶放置在支承点的轴线位置上，以免猫爪变形影响测量结果；保护垫片厚度比现场实际空间低0.30～0.50mm，应放置平稳并随时检查保持不受力状态。

顶升负荷分配千斤顶将高中压缸猫爪支撑受力点切换到负荷分配千斤顶上，降落顶升用千斤顶不得受力，再进一步调节负荷分配千斤顶的油压使百分表读数归至原“0位”，记录第一次猫爪负荷（千斤顶油压）油压值见表1，整个过程顶升千斤顶和保护垫片处于不受力状态。

表1 汽缸负荷分配表

通过调节负荷分配千斤顶油压使汽缸猫爪向上顶升或向下降落，根据表1所示的汽缸猫爪顶升高度要求对负荷分配千斤顶进行油压调节，记录猫爪负荷（千斤顶油压）油压值。

汽缸猫爪顶升或下降一个循环后，再用顶升用千斤顶将汽缸顶升，移走负荷分配千斤顶，切换原猫爪垫片，降落顶升用千斤顶至不受力状态，此时测量猫爪变化的百分表读数应回到原“0位”，记录最后一次猫爪负荷油压值。

依上述工序对汽缸4个猫爪分别进行负荷分配试验，通过计算得出同一端的左、右两侧猫爪负荷分配千斤顶油压平均值或利用测量猫爪变化百分表3次“0位”处的油压平均值，进一步比较左、右两侧的猫爪负荷偏差不得超过±5%（汽缸同端一侧猫爪负荷分配油压平均值的偏差值与左、右两侧猫爪负荷分配油压平均值之比）；同端两侧的猫爪进行负荷分配时应使用同一个千斤顶，以消除不同千斤顶的顶升油压误差。

3.4 负荷分配调整

汽缸猫爪负荷分配的偏差通过加减支撑猫爪垫片的厚度来调整，最终满足标准要求。 加减猫爪垫片厚度时，应遵循同端左右两侧猫爪“一侧减，一侧加”的等量调整原则，如需单侧调整应综合考虑汽封、油档洼窝值、转子与汽缸的中心位置，保证其相对中心位置在设计要求范围内。

该型机组汽轮机本体管道直径与质量较大，每一管段的载荷或应力不均都有可能造成汽缸的滑动或变形，在每一组管道连接完毕后都进行一次负荷分配试验，使之较为准确的掌握引起高中压缸负荷分配不均的原因，必要时可调整管道和相应支吊架的受力情况。

与汽缸连接的管道不得与汽缸强力对口、调整时不得斜拉；临时吊具、支撑点在焊接和热处理的全过程中不得拆除［3］；第二次至第六次负荷分配时依据管道安装逻辑关系可以相互变换调整，但管道安装应满足对称原则。

汽缸负荷分配出现有一端两侧猫爪负荷分配偏差不合格时，待调整合格后，则原合格的一端应再进行一次负荷分配试验，以复核一端调整引起另一端的变化，直至两端全部合格。

汽轮机基础弹簧全部释放后对高中压缸进行最后一次负荷分配试验，可通过基础弹簧垫片加减和猫爪垫片厚度加减二者相结合的方式进行调整，同时考虑轴系最终调整的要求。

每次负荷分配猫爪垫片调整后应进行校核高中压缸前、后汽封洼窝值、测量高中压中间汽封体处的顶部间隙，并复测汽缸的轴向定位尺寸，以保证缸内汽封和动静部件的间隙在标准要求范围内。

3.5 负荷分配实施效果

汽轮机高中压缸通过负荷分配技术的8次试验调整，前后端左、右猫爪的负荷偏差分别为2.1%和2.7%，满足标准要求。 机组在启动、空负荷、满负荷情况下高中压缸膨胀自由、均匀，胀差符合要求，机组运行稳定。

4 结语

通过高中压缸负荷分配技术的有效实施，猫爪负荷偏差均达到标准要求，合理分配到每个猫爪的承力面上，最大限度地消除了汽缸在安装过程中各个环节中产生的附加应力，保证了高中缸的自由受力和膨胀，保证了汽轮机的安全稳定运行。

［1］DL5190.3—2012 电力建设施工技术规范 （第3部分汽轮发电机组）［S］.北京：中国电力出版社，2012.

［2］DL5210.3—2009 电力建设施工质量验收及评价规程（第3部分：汽轮发电机组）［S］.北京：中国电力出版社，2009.

［3］刘锦华.岭澳核电站工程实践与创新（施工管理卷Ⅱ）［M］.北京原子能出版社，2003.