干燥寒冷环境下汽轮机砂浆块裂纹成因及控制措施

陈春辉，姚志威，董艺

(中国能源建设集团浙江火电建设有限公司，杭州 310016)

0 引言

汽轮机作为热力发电厂的核心设备，其安装质量直接关系到机组运行的安全性和经济性。支撑系统作为汽轮机的关键系统之一，承担着传递机组动、静载荷的任务，其安装质量对机组的振动指标及使用寿命产生长期而深远的影响。与传统的垫铁支撑方式相比，无收缩高强灌浆料制作的砂浆垫块支撑的有效接触面积更大、传递载荷更均匀平稳，近年来已广泛运用于大型热力发电厂的安装中。

国内外生产商和研究者对无收缩高强灌浆料制作的砂浆垫块安装工艺的研究主要针对常规环境温度，对特殊环境下的配制过程及安装工艺的研究甚少。本文以干燥寒冷地区的某350 MW机组为例，通过对比分析，研究干冷环境下控制砂浆垫块裂纹缺陷、提高砂浆垫块制作一次合格率的措施。

1 问题描述

本文介绍的机组地处新疆阿克苏地区，该地区降水稀少、蒸发量巨大、空气干燥、昼夜温差大、夜间温度低。该机组汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的CCZK350/289.6/24.6/1.5/0.4/569/569型超临界抽汽式直接空冷燃煤机组，汽轮机台板采用西卡Sikagrout TP灌浆料浇筑的砂浆垫块作为支撑。

低压缸砂浆垫块与高中压轴承座砂浆垫块同时施工，采用相同的工艺。7d保养期过后发现：低压缸砂浆垫块全部合格，如图1所示；高中压轴承座砂浆垫块5块出现裂纹，且均为贯穿性裂纹，如图2所示。

图1 低压缸砂浆垫块合格成品

图2 高中压轴承座砂浆垫块贯穿性裂纹

低压缸砂浆垫块共64块，合格率为100%，高中压轴承座砂浆垫块共38块，合格率为86.84%。

2 原因分析

砂浆垫块的缺陷集中在高中压轴承座基础上，且均为贯穿性裂纹，属于严重缺陷，而低压缸基础砂浆垫块全部合格。两者同时施工，采用同种材料、同种工艺、相同的施工人员，因此原因分析重点放在两者的差异性上。

2.1 尺寸差异

低压缸基础砂浆垫块的长度均为350 mm，宽度为150，125 mm；高中压轴承座基础砂浆垫块的长度为381～900 mm，宽度为125～250 mm，其尺寸及数量见表1。

由表1可知，低压缸和高中压轴承座的砂浆垫块宽度基本一致，都在125～250 mm之间，差异较小。但低压缸垫块长度均为350 mm，而高中压轴承座垫块最长达900 mm，为低压缸垫块长度的2.57倍，且长度为800～900 mm的垫块数量有26块，占高中压轴承箱垫块总数的68%，所有出现缺陷的垫块，长度全部在这个范围内。

表1 低压缸、高中压轴承座基础砂浆垫块尺寸及数量

由于高中压轴承座砂浆垫块明显偏长，其在浇筑成型过程中内部应力分布更为复杂，表面积更大使其对外界环境的变化也更为敏感。浇筑成型过程中，各部位温度不均、水分含量不均都将导致垫块固化程度不同，从而出现断裂、断层等现象。

2.2 布置差异

低压缸共有16块台板，每块台板下布置有3～5块砂浆垫块，如图3所示；而高中压轴承座为整体台板，底下布置有38块砂浆垫块，如图4所示。

图3 低压缸混凝土垫块布置

图4 高中压轴承座砂浆垫块布置

由于两者布置结构不同，因此制作的灌浆模盒也不同。低压缸台板由于短小且位置空间足够，模盒的溢流端可以高出台板，浇灌时可以通过观察溢流情况来判断浇灌内部的饱和状态，如图5所示。高中压轴承箱台板是整块台板，模盒的溢流端隐藏于台板之下，溢流端不可高出台板底面，浇灌时无法观察溢流情况，难以准确掌握内部浇灌的饱和状态，如图6所示。

图5 低压缸灌浆模盒布置

图6 高中压轴承座灌浆模盒布置

在浇灌完成后的保养期间，由于轴承座垫块的溢流端都隐藏于台板下，很难对溢流端及其附近区域充分进行浇水保养，导致单块砂浆垫块水分保养量不均，从而引发垫块裂纹、脱落等缺陷。

2.3 环境的影响

(1)该地区3月上旬昼夜温差大(10～15 ℃)，砂浆垫块区域温度不均衡；夜间温度低(-3～2 ℃)，对砂浆垫块养护不利。

(2)砂浆垫块施工时厂房尚未完全封闭，且该地区3月上旬大风、沙尘天气频发，砂浆垫块水分散失非常快。高中压轴承座砂浆垫块结构相较低压缸更为复杂且密闭，致使高中压轴承座砂浆垫块的外圈比内部的水分散失更快。

(3)由于轴承座砂浆垫块结构布置的特殊性，在台板覆盖下的养护过程中，浇水时无法彻底湿润到垫块的每个角落，无法保证各部位的水分均衡。

3 预防对策

(1)砂浆垫块浇灌完成后，在台板上覆盖电热毯和棉被，以保证台板底下各砂浆垫块温度均匀，同时也防止砂浆垫块夜间保养时温度过低。

(2)在轴承座台板区域搭设防风帐篷，在底部四周做好封堵措施以防止漏风，减小大风、沙尘天气的影响；同时，在帐篷内部挂置4盏取暖灯，每隔2 h记录1次温度，确保整个台板区域的温度始终保持在5 ℃以上。

(3)浇灌完成后，在砂浆垫块已稳固的前提下，尽早揭开台板以便实施全面彻底的湿养护。该批次灌浆料送检的《水泥基灌浆材料试验报告》中抗压强度试验结果为：1 d后达到29.4 MPa，3 d后达到60.3 MPa。根据试验数据并结合厂家意见，确定揭开台板时间为浇灌后的36 h，并继续24 h洒水保湿7 d。

4 效果检查

(1)对高中压轴承座缺陷砂浆垫块重新浇筑、保养后，清理并检查各砂浆垫块，未发现裂纹、麻面、超标气孔等现象。

(2)在后续的砂浆垫块研磨过程中，所有高中压轴承座砂浆垫块也未出现深层次的裂纹。在标准板研磨时，砂浆垫块具有良好的稳固性，未出现局部脱落、松散或开裂等现象。

(3)采用改进后措施，对前轴承座、中低压轴承座、低压后轴承座砂浆垫块进行施工，一次合格率均为100%。

5 总结及展望

在干冷环境下，采取覆盖电热毯和棉被、搭设防风帐篷、控制揭开台板养护时间等措施，可以有效解决砂浆垫块贯穿性裂纹的缺陷，尤其针对砂浆垫块布置复杂的结构，可以有效提高砂浆垫块制作的一次成功率。

受惠于西部大开发和“一带一路”的国家战略，西北地区电力建设项目潜力巨大，而此类地区多属于干冷环境，即昼夜温差大、夜间温度低、空气极其干燥，此改进措施可为类似环境下的汽轮机基础砂浆垫块安装提供参考，有效提高砂浆垫块安装质量，为项目的实施节约时间和成本。