东方自主核电汽轮机滑销系统分析

卢平，高宏喜

(东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000)

东方自主核电汽轮机滑销系统分析

卢平，高宏喜

(东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000)

文章分析了东方自主核电汽轮机的滑销系统，着重列举了设计过程中的重点，在较大地震载荷及极限工况蒸汽推力下进行了主机部件死点键、导向键的强度校核。

自主化，滑销系统，地震载荷

0引言

汽轮发电机组属于高工作转速下的高温高压部件，运行时其温度较汽轮机基础高，不同运行工况时，静子和转子的膨胀量也不一样，均存在相对热膨胀差；同时静子部件在前后压差和温度场的作用下会产生热变形，转子在离心力和温度场的作用下也会产生热变形，轴承标高有一定的变化，基础也会有一定的变形等，因此汽轮机机组必须设置滑销系统，保证机组在规定的动静间隙和允许的对中条件下安全可靠、经济地运行。

滑销系统是静子部件的支承定位和热膨胀时导向用的各种滑销的总称。其主要作用是维持静子和静子间严格的相对位置，维持静子和转子中心线的一致，并保证静子和转子定向自由热膨胀或冷收缩通畅无滞止，无卡涩。

1 汽轮机组滑销系统设计原则

汽轮机组的滑销系统由外缸或/和轴承座及内外缸间的滑销系统、隔板隔板套等部件的支承和定位滑销系统组成。其设计的基本原则如下:

（1）滑销系统设计中， 为了使静子中心线变化最小，静子部件支承搭子的定位面和静子水平中分面在同一水平面上或接近同一水平面，同时支承搭子应有足够的抗弯强度和刚度。

（2）支承转子部件 （如轴承箱）的温度变化要小，以维持轴承座和轴承标高的稳定。

（3）合理布置滑销， 正确选择热膨胀的绝对死点和相对死点，保证机组在规定的动静间隙和允许的对中条件下安全可靠、经济地运行。

2 东方自主核电汽轮机滑销系统分析

依托国核先进压水堆示范工程，东方研发了具有自主知识产权的半转速核电汽轮机，采用1 828 mm 末级动叶片高度的低压模块， 为单轴四缸六排汽冷凝式汽轮机，如图1所示，功率大于1 500 MW， 其主要部件尺寸大且重量重， 为了维持汽轮机运行时静子和转子中心线的一致，其滑销系统设计为多死点滑销系统。下面分析东方自主核电汽轮机滑销系统。

图1 东方国核压水堆示范工程汽轮发电机组三维示意图

2.1 合理选择静子和转子热膨胀死点

转子以推力轴承为相对死点，分别向两侧膨胀。推力轴承设置在中低压间轴承箱内。

整个机组共设置5个轴承箱:前轴承箱、中低压间轴承箱、 低压间轴承箱 （2个）及低电间轴承箱，所有轴承落地支承设计，轴承箱均设为死点箱，通过地脚螺栓及死点键固定在汽机基础上。

高中压静子部件的绝对死点布置在中低压轴承箱内；在高中压汽缸电机侧下猫爪和轴承箱之间有横向导向键，沿汽轮机轴线方向汽缸设有轴向导向键，横向和轴向导向键的交点为高中压缸的死点。

低 压 模 块 其 排 汽 口 外 壁 尺 寸 为 14 200 mm（横向） ×10 660 mm （轴 向）， 排汽 口面 积超 过 150 m2， 基本垂直载荷见表 1。

表1 低压模块垂直载荷

表1数据表明，低压模块若采用低压外缸落地的方案， 汽机平台将承受 3 016.7 t的垂直重载，东方采用了自主研发的低压内缸直接落地的方案，不仅降低了地震载荷，而且汽机运行平台不承受巨大的低压真空载荷， 其垂直载荷仅为 1 159.2 t。

低压内缸穿过外缸横向直接落地，汽机轴线方向低压进汽中心线附近设为低压内缸及隔板的绝对死点。低压外缸通过现场焊接与凝汽器喉部刚性连接，凝汽器直接锚定到基础上，和凝汽器形成一个整体刚性的物体承受压差并随凝汽器一起膨胀。低压内、外缸相对独立，外缸和转子-轴承系统独立，低压转子和静子部件的标高不会随冷凝器真空等运行条件的改变而改变，便于机组轴系的对中、径向间隙的调整，确保了机组的安全性和可靠性。

图2为东方国核压水堆示范工程汽轮机热膨胀示意图。

图2 东方国核压水堆示范工程汽轮机热膨胀示意图

2.2 确定静子支承方式

高中压汽缸采用单层缸结构，前后通过上半汽缸上猫爪 （共 4处）分别支承在前轴承箱、 中低压轴承箱中分面上，前轴承箱、中低压轴承箱设为死点箱，并在支承面上设有钢对钢的滑动面，保证汽缸膨胀顺畅；在上半汽缸、下半汽缸汽机轴线 （共 3处）布置轴向导向键， 下半汽缸电机侧下猫爪底部左右 （共2处）布置横向导向键，控制汽缸的膨胀方向。图3为东方国核压水堆示范工程高中压汽缸支承示意图。

图3 东方国核压水堆示范工程高中压汽缸支承示意图

低压汽缸为双层缸结构，低压内缸穿过外缸通过连接装置和支撑臂横向独立支承于汽机运行平台上，汽机侧左右支撑臂上设有横向导向键，前后轴线方向设有轴向导向键，如图4所示。外缸与轴封之间、外缸与内缸支撑臂之间、外缸与底部轴向导向键之间安装膨胀节，起密封和吸收低压外缸变形的作用。

高中压、低压隔板两两把合，可以减少汽缸的持环数量，简化汽缸的结构。隔板通过左右两侧悬挂销支承在汽缸中分面上，底部设有定位键控制横向定位。图5为高压隔板支承示意图。

图4 东方国核压水堆示范工程低压内缸支承示意图

图5 东方国核压水堆示范工程高压隔板支承示意图

2.3 校核轴承箱、 汽缸等静子部件死点键、 导向键结构强度，进行滑销系统详设

确定静子支承方式后，进行滑销系统结构设计，并校核死点键、导向键结构强度。鉴于核电汽轮机较高核安全的特点，必须核算机组部件的抗地震能力，在校核主机部件的轴向及横向导向键强度时必须进行较大地震载荷的破坏性校核，并考虑极限工况下的机组蒸汽推力。

图6为高中压汽缸导向键受力示意图，图7为低压缸导向键受力示意图， Fy为汽轮机轴向方向， Fx为汽轮机横向方向， 校核导向键的屈服强度与剪切强度:

（1）地震水平加速度值取 0.4 g， 地震垂直加速度值取 0.3 g， 摩擦系数取 0.3；

（2）极端工况下， 在水平方向地震载荷基础上叠加摩擦力及蒸汽推力；

（3）校核准则为: τ=F/A≤ [τ]

式中:

[τ]=0.55×σs/2.5 （安全系数）；

[τ]―材料的许用剪切强度， MPa；

σs―材料工作条件下的屈服强度， MPa；

F―导向键水平方向受力， N；

A―导向键受力方向横截面面积， mm2。

水平方向地震载荷=0.4×相应重力载荷， N；

摩擦力=0.3× （1.3×重力载荷+汽流反力）， N。

图6 高中压汽缸导向键受力示意图

图7 低压汽缸导向键受力示意图

经过校核，各汽机主要部件死点键、导向键结构强度均能满足地震水 平加速度 0.4 g 及垂 直加速度值 0.3 g 条件下的地震载荷要求， 计算结果见表2。

表2 汽机主要部件导向键设计强度校核

2.4 东方自主化核电汽轮机滑销系统的设计特点

东方自主化核电汽轮机滑销系统的设计具有以下非常鲜明的特点:

（1）整个汽轮机滑销系统为多死点设计， 轴承均采用落地设计；

（2）轴承箱均设置为死点箱；

（3）高中压汽缸为单层缸结构， 汽缸的支承结构非常简洁；

（4）低压缸为双层缸结构， 内缸单独横向直接落地，外缸设计为排汽通道，外缸的安装独立于内缸，焊接到冷凝器喉部上，冷凝器直接锚定到基础。因此外缸可以在各个方向自由膨胀；

（5）隔板采用两两把合结构， 大大简化了汽缸的结构；

（6）滑销系统死点键、 导向键的强度校核不仅加载了较大的地震载荷，还加载了机组极限工况下的机组蒸汽推力，满足核安全的要求。

3 结束语

本文通过分析东方自主化半转速核电汽轮机的滑销系统，详细阐述了滑销系统的设计特点，并在较大地震载荷及极限工况蒸汽推力下进行了主机部件死点键、导向键的强度校核，而常规火电经过多年发展，其滑销系统的设计已得到无数运行业绩的验证。本文能为东方核电汽轮机滑销系统的自主化设计起到积极的推进作用，为汽轮机工程技术人员提供了更多参照。

[1]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册： 第二卷:汽轮机[M]. 北京∶机械工业出版社,2007

Analysis of Sliding Key System for Dongfang Independent Nuclear Steam Turbine

Lu Ping， Gao Hongxi
(Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)

The paper analyzed the sliding key system for Dongfang independent nuclear power steam turbine,emphatically enumerated the emphasis in design process,and checked the strength of dead keys and guiding keys in larger seismic loads and extreme steam thrust operating conditions.

independent,sliding key system,seism ic load

TK262

： A

： 1674-9987(2014)02-0005-06

卢平 （1971-）， 女， 高级工程师， 1993 年毕业于哈尔滨工业大学热力涡轮机专业， 长期从事汽轮机主机设计工作。