汽轮机TCCS测量技术在核电的应用简介

许祥义 秦志庄

中核工程咨询有限公司 北京 100000

1 概论

某核电二期工程采用AP1000核电汽轮机，额定功率为1126MW、转速为1500r/min、单轴、二级再热、四缸、六排汽、反动凝汽式汽轮机。汽轮机由一个高压缸和三个双流的低压缸及其附件组成。一根高压转子，三根低压转子通过刚性联轴器联接；低压2、3号转子间各联接一短轴连成一个整体轴系，每根转子都有一对径向轴承支撑，整个轴系有一只推力轴承，位于1号低压缸与2号低压缸之间的3号轴承座内。该机组汽轮机在制造时采用了TCCS 工艺，即无转子合缸状态下使用激光模拟机组运行状态测量调整汽轮机径向通流间隙。汽轮机现场安装时各内部部套不需再找中心，径向通流间隙仅需压铅丝复测，作为机组后续检修依据，不作调整[1]。

TCCS（汽轮机间隙控制系统）用于全实缸无转子状态下对汽轮机通流间隙的测量（事实上汽轮机正常运行时转子和汽缸是没有任何接触的），主要靠激光和靶球的专用工装对汽轮机转子和静子汽封之间的径向、轴向通流间隙测量，并结合汽缸的变形、转子的挠度等补偿因素综合分析计算得出通流间隙的实际值。

2 TCCS测量系统简介

TCCS测量系统主要由带航空摄像头的激光跟踪仪、导轨、测量靶球、靶球固定工装、计算机等组成。其中：激光跟踪仪和靶球是主要测量设备；导轨是将激光跟踪仪测头固定到指定位置的装置，其精度不对测量结果产生任何影响；靶球固定工装是将靶球固定到汽封齿上的装置；计算机是系统进行数据采集及分析的设备。激光跟踪仪的测量误差＜6‰，经重复性及精度验证，TCCS 的重复精度误差＜0.005mm。

3 测量原理及方法

径向通流的测量原理，通过仪器测量出各汽封齿的直径然后与转子的直径进行比较做差，所得的差值即为径向通流。径向通流测量过程，将各靶球用靶球固定工装固定在被测汽封齿上，利用导轨将激光跟踪仪送至各被测部位，测量各级汽封齿上、下、左、右4个点距中心位置的距离，通过比较转子的测量数据算出汽轮机动静部件的间隙，根据测量数据对偏心销、支撑键和汽封齿进行调整，保证动、静部件的径向间隙满足要求[2]。

轴向通流的测量原理，根据转子轴向定位K值，转子某级叶片的轴向相对于原点的长度与对应的汽封齿相对于基准点原点的长度的差值即为所测位置的轴向通流间隙。轴向通流测量过程，将激光跟踪仪支撑于汽缸端部外，人工引导测量靶球，对汽缸中分面进行踩点拟合成中分面平面，对进汽导流环端面、各级隔板内外侧端面进行踩点拟合出各端面圆，连接各端面圆的圆心以此直线为X轴线，以水平中分面的法向量为Z轴（次要元素）建立测量坐标系，然后对各处轴向通流进行踩点。厂内总装时会定义X轴线的原点，以高压缸为例，对高压调端1级隔板内环右侧（调端向电端看）出汽侧端面进行采点，构造一平面，该平面与轴线向量垂直，平面与轴线向量的交点定义为原点O，根据转子尺寸记录，计算出转子各级叶片进出汽侧端面到高压调端1级围带进汽侧端面的距离。利用通流图中给出的轴向定位K值将转子各通流位置尺寸转化为X轴坐标，通过坐标差值计算出各轴向通流间隙值。

4 TCCS测量技术只用于厂内总装过程

厂内汽轮机的通流间隙已经通过垫片，修齿等工艺调整完成，内部套所用悬挂销、支撑键均已配置完成，在现场安装时仅对通流间隙进行复测（压铅丝），不需调整，复测数值的正式记录经厂家确认后，再进行下一道安装工序，对于通流间隙的数据记录要保存完整作为后续检修的依据。

5 现场安装重点质控内容

现场安装进行通流间隙调整的关键工序为内缸根据转子找中心，即在转子末级叶片上固定转子找中工具，在找中工具上安装百分表，表头指针指向低压内缸两端背弧，盘动转子通过百分表读数计算出汽缸与转子同心数据，要求内缸中心根据转子定位值偏差小于0.05mm，满足要求后，进行缸体内部套安装，悬挂销、支撑键等已在厂内配置完成无须进行调整，在安装过程中严格按照厂家的钢印号对应安装，然后合全实缸对通流间隙进行压铅丝复测。

采用TCCS测量技术的机组通流间隙的调整工作大部分已在厂家完成，现场只需要对部分数据进行检查和复测确认，无需考虑缸体、转子等部件的刚性影响，不用进行过多的计算和调整，大大简化了现场的安装流程节约了工期，且准确性较高[3]。

6 结论与分析

（1）传统的通流间隙调整，受缸体挠度、变形等诸多因素的影响很难使通流间隙达到运行的实际值。

（2）传统的钢丝找中心进行通流间隙调整，技术较成熟，对现场施工人员的技能要求比较高，工序复杂，调整量大，据统计对于四缸汽轮机，采用传统的调整工艺进行安装，从转子进场至汽轮机扣缸转子吊装次数达上百次，如此频繁的吊装工作势必给现场安装工作带来较大风险，但是传统的通流调整工艺受厂家总装的制约较小。

（3）TCCS 测量方法适用于数据精度要求高、投资规模较大、需要对多个设备多次进行测量的汽轮机制造厂等企业；压铅丝法适用于数据精度要求不高、设备投资较低、多年才进行一次测量的常规电厂。

7 应用前景

TCCS 是在全实缸无转子状态下对汽轮机通流间隙进行测量和控制，通流间隙调整时考虑了转子垂弧、不同支承方式时的热膨胀差、以及油膜使转子产生位移等因素的影响，因此所得结果应当是更加精确的，系统重复精度高，测量误差小。该系统不仅适用于变形量较大的半速机低压缸，它更改变了汽轮机间隙控制的理念，为各种汽轮机间隙的测量与调整提供了一种新技术。