塔式光热超高压双轴双转速频繁启停汽轮机安装调试技术研究

王云鹤

(中国电建集团核电工程有限公司，济南 250102)

0 前 言

太阳能热发电技术(CSP)是光热资源高温利用的一种，与光伏发电相比，太阳能热发电技术采用物理方式进行光电转换，增加了配套储能系统，在阴雨、多云等光效差的条件下，储能系统可以持续释放能量，确保发电机组运行，保证电能供应的稳定性与持久性。

青海共和50 MW塔式光热发电项目作为国家第一批光热发电示范工程，汽轮发电机组具有超高转速、启停频繁、挠性连接、低位布置等特性。减速箱连接高压缸及发电机，是双中心线施工就位的首台设备，起着关键作用，对安装精度要求高，而传统的水平尺就位方式，受施工人员影响，存在误差大的隐患，提出采用激光跟踪就位找正技术，有效的控制误差，提高安装精度，保证减速箱的安装质量。高压缸基架位于高压缸缸体和台板中间，设计为挠性连接，在机组正常运行时，可以有效的化解轴向膨胀，安装过程中发现挠性板强度不足，不足以支撑安装部件受力不均匀导致的中心线移位。

在超高压双转速频繁启停汽轮发电机组调试过程中，因该类型机组是国内首台投产的机组，缺乏相关调试经验，没有完善的操作流程。本文针对光热发电工程汽轮机机组特性，深入分析设备特点，基于传统单中心线找正施工方式，提出以减速箱为中心线分别往两侧同时施工，研制挠性连接支撑固定装置，为高压缸安装过程中挠性板强度不足提供解决办法，为光热发电工程机组安全、稳定、经济运行提供借鉴。

1 技术研究要点

1.1 汽轮发电机双中心线分段施工技术

光热汽轮机采用低位布置，高压主汽调节联合阀及再热主汽调节联合阀分别布置于高压缸及中压缸左侧的，所有的连接管道采用水平布置，受汽轮机厂房设计影响，施工空间狭小，施工工期长。为了满足安装工艺要求的前提下，提高施工效率，缩短施工工期，降低施工成本。本次采用汽轮发电机双中心线分段施工技术。

1.1.1方 法

光热项目汽轮机本体存在两条中心线，即发电机-中低压缸中心线和高压缸中心线，分别以减速箱内上、下联轴器为中心线，两条中心线水平偏差设计为500 mm。通过减速箱内的齿轮进行速度的完美转换达到设计要求转速，设计合理、安装方便，符合光热汽轮机快速启动、频繁启停、频繁变换工况的要求。

汽轮机以减速箱为中心，先将其定位后进行精确找正。减速箱就位找正后，分别沿2条中心线向两侧分段同时施工，极大的缩短了施工工期。

双中心线分段施工，减速箱前、后两条中心线的相关工作可同时开展，施工人员可分开施工，同时为后续的管道、检测、保温等一系列工作节省工期，克服施工空间狭小工期紧的难题(如图1)。

1.1.2工作效率

通过双中心找正技术研究，缩短了施工工期，降低了施工成本，提高施工效率。减速箱就位后，可以从不同的方向同时施工，较常规单中心找正施工方式，缩短了施工工期80 d左右，每天可节省18人工，节省费用80工日×18人工×300元/工日=432000元，节省机械成本150 000元。

1.2 激光跟踪减速箱就位找正技术

与传统汽轮发电机组不同，机组核心部件增加了减速箱，为德国进口整套设备，连接高压缸及发电机，采用齿轮啮合减速的原理，担负着由7244转向3000转的转变，旋转方向由顺时针向逆时针的过渡。减速箱运行过程中要联动超高转速的动力输出，对设备整体水平调整精密度要求较高。为提高安装精度，保证减速箱的安全稳定运行，本次采用激光跟踪减速箱就位找正技术。

1.2.1方 法

激光跟踪仪使用原理：激光跟踪仪是一种高精度的坐标测量系统，激光跟踪仪的软件具有完善的"转站"功能，可将跟踪头在不同位置测得的数据转化到同一坐标系中；利用激光跟踪仪建立中心坐标系，在汽机平台上根据现场情况选定合适的位置架设好激光跟踪仪，并选择合适的坐标中心原点，以汽轮机横向与轴向作为2条基准坐标轴，自然高度为标高轴，这样将整个汽轮发电机平台包括在所建立的坐标系中，平台内所有目标点都可以通过激光跟踪仪测量出在坐标系内的坐标；减速箱安装时可进行激光跟踪仪对选取合适的目标点进行测量，得到各目标点在坐标系内的相对位置坐标，根据计算得出相关数据，与厂家图纸比对，即可得出偏差。

减速箱是机组的核心部件，是2条中心线的衔接部件，同时也是区别与传统机组特有的部分。施工要求严格按照厂家要求进行施工，施工的难点在于满足平整度最大误差为0.02 mm/m。

减速箱就位找平、找正。利用激光跟踪仪测量技术，同时配合使用气泡水准仪测量，在减速箱的4个角上，厂家设定了测量点，在靠近2个基准点之一处贴有1个黄色标签，该标签表示在工厂已对2个基准点之间的水平进行了测量，其中1个基准点始终为0，因此不包含标签，另一点始终指的是出厂设置为单位为mm/m的正值，此处减速箱放置在水平面上。

清洁基准点，使用气泡水准仪测量并记录分别在高速轴侧和低速轴侧测量的水平读数，将尺子安装在一侧的基准点上(高速或低速)，将气泡水准仪放在机壳的中心，对于另一侧的测量，尺子和气泡水准仪的放置应相同，检查在安装平面上测得的相对偏差应与厂家提供的数值相同。

在每一侧测得的数值与厂家记录的数值之间的相对偏差不得超过0.02 mm/m。测量过程如图2所示。

减速箱就位找平找正后，再次使用激光跟踪仪测量验证，以进一步确保减速箱安装质量。

1.2.2结果分析

采用激光跟踪仪辅助测量调整技术，解决了减速箱预制水泥垫块、台板及设备平整度精密调整的难题，提高安装精度，保证减速箱的安全稳定运行。

1.3 挠性连接支撑固定装置

高压缸缸体通过猫爪就位于高压缸基架上，基架底座上焊接了挠性连接板，位于基架前轴承箱两侧，机组正常运行期间，通过挠性板的前后移动化解轴向膨胀。在高压缸安装过程中，挠性板强度不足，出现轻微偏差，找正过程困难。为了研制挠性连接支撑固定装置，解决高压缸安装过程中，挠性板强度不足，保证找正过程中的施工质量，拟采用挠性连接支撑固定装置解决挠性连接高压缸安装的技术难题。

1.3.1方 法

施工过程中，挠性板在不受外力的情况下，高压缸基架四个角是水平的，安装高压缸外下缸后，挠性板会发生轻微变形，调整垫片调整找平后，随着下缸内部部件的安装，挠性板多次出现轻微变形，且变形量没有规律。

制作挠性连接支撑固定装置，消除安装过程中的挠性板强度不足的问题。以后基架刚性支撑为基准点，利用钢管及调整垫铁制作支撑装置，找正过程中，为保证前后基架保持水平，用千斤顶初顶后，通过调整钢管上部的调整垫铁微调，根据不同的工序多次调整，待扣缸前将调整垫铁点焊固定，扣缸完成后拆除挠性连接支撑固定装置。

制作挠性连接支撑固定装置，使挠性连接板在安装过程中不受力，支撑采用厚壁合金钢管Ø89×10，每一个位置放置2套，在安装过程中需要千斤顶支撑配合，高压缸共有四个支撑，前侧为挠性固定支撑，后侧为刚性支撑，以后侧的刚性支撑为基准点。

找正过程中，为保证前后基架保持水平，用千斤顶初顶后，装设厚壁钢管支撑，钢管支撑上方放置调整垫铁，根据缸内部构件安装情况，通过调整调整垫铁来实现水平，安装过程中多次调整；固定装置保证了将挠性连接板在施工阶段脱离，克服了挠性板强度不足的施工难点，待扣缸前将调整垫铁点焊固定，扣缸完成后拆除挠性连接支撑固定装置。高压缸挠性支撑如图3所示。

1.3.2结果分析

采用挠性连接支撑固定装置，利用千斤顶粗调，斜垫铁微调，克服了挠性连接板施工过程中挠性的缺点，解决了施工阶段和设计衔接问题，保证了高压缸安装质量，成功攻关了挠性连接高压缸安装的技术难题。

1.4 超高压双转速频繁启停汽轮发电机组调试技术

青海共和汽轮发电机组具有快速启动、频繁启停和快速变负荷、较低负荷连续运行和运行自动控制方便灵活等要求，调试难点高、缺乏完整、系统的的调试操作流程[1]。针对光热机组汽轮机主要技术特点，采用设计数据为依据，结合试运行期间数据为参考，以常规机组运行参数为基础，修改汽轮发电机及相关系统运行参数的设定值、限定值，并更改其调试方法，总结出一套完整、系统、适合光热项目的汽轮发电机调试技术。

1.4.1方 法

高转速汽轮机组启动采用针对性“深度调试”，调试的两个阶段主要包含以下具体内容:

(1) 分系统调试期间

首先在模拟量控制系统调试中,对执行器按照10%的线性阶跃加指令，分别开、关动作一次，记录实际反馈值与指令值的偏差，死区不大于2%，偏差不大于3%。

其次在顺序控制系统调试中,先进行逻辑检查(功能组和功能子组的实际步序应满足热力系统工艺要求)；在传动试验中，确保了联锁保护功能正常，最后做联锁保护试验，让每个试验信号从现场测量元件处进行发送。

最后在主机调节保安系统中,先按造DEH厂家要求完成了仿真试验，并测定调速汽门的特性曲线和主机阀门的行程和关闭时间。

(2) 整套启动期间

1)首先调节系统静态参数测试，记录试验如下参数的变化：转速模拟信号，一次调频转速偏差信号、总阀位指令、各油动机行程反馈。然后针对TSI系统进行轴向位移、高缸胀差、低缸胀差等信号应测试，将其线性区域较好的一段，将量程范围调整至该段中；针对ETS进行冗余信号检查，确认每个跳闸信号采用硬接线接入的方案，配置数量满足冗余设计要求，满足分散性原则，润滑油压低、EH油压低、真空低信号的配置及保护回路和试验电磁阀回路正确；最后在机组大联锁保护试验中：按照设计功能要求进行机组所有大联锁试验，并确认SOE记录及首出正确。热态启动曲线参数对比见图4。

2) 冲转运行：首先汽水品质严格执行化学汽水监督，并应根据机、集热、储换热、蒸汽发生器的的运行配合情况，对厂家提供的启动参数和启动曲线进行调整，缩短启动时间，减少设备热冲击。

3) 试验阶段：在机组并网前完成OPC试验和电超速通道试验并投入，并网后完成机械超速试验两次偏差不大于0.6%，并尽量缩短机组超速时间。测量了主汽门完全关闭后逆功率的数值，并根据测量值修订保护定值，及延迟时间。

4) 自动投入优化阶段：热工自动调节系统定值扰动试验，动态最大偏差、稳定时间、衰减率符合设计要求；协调控制系统(CCS)，先进行静态检查，再进行热值校正回路、开环试验，其次进行负荷控制方式、汽机跟随方式、换热跟随方式、手动控制方式的无扰切换试验，保障机组协调系统性能符合设计要求。

1.4.2结果分析

针对光热机组汽轮机主要技术特点，受制于太阳能受气候以及昼夜变化影响，采用设计数据为依据，结合试运行期间数据为参考，以常规机组运行参数为基础，修改汽轮发电机及相关系统运行参数的设定值、限定值，并更改其调试方法，总结出一套完整、系统、适合光热项目的汽轮发电机调试技术[2-10]。以此来满足机组频繁启停、快速启动的技术要求。240 h考核运行中控室现场如图5所示。

2 结 语

以青海共和塔式光热电厂1×50 MW机组项目1号机组汽轮机本体安装工程为例，研发了汽轮发电机双中心线分段施工技术，此项技术可缩短施工工期，提高了施工效率。同时，应用了激光跟踪减速箱就位找正技术，提高了安装质量，保证设备平稳运行；研制挠性连接支撑固定装置，解决了挠性连接高压缸安装的技术难题。研究超高压双转速频繁启停汽轮发电机组调试技术，为光热发电工程机组调试运行积累了详实的运行数据和经验。机组调试启动后，系统及设备运行稳定，汽轮机最大轴振38.1μm，主要仪表投入率、保护投入率、自动投入率均为100%，汽水品质合格，运行稳定，各项指标优良，确保了机组安全、稳定、经济运行。