300 MW汽轮机组高中压缸负荷分配方法的研究及应用

刘大鑫

(中国能源建设集团东北电力第四工程有限公司 汽机专业公司，辽宁 辽阳 111000)



300 MW汽轮机组高中压缸负荷分配方法的研究及应用

刘大鑫

(中国能源建设集团东北电力第四工程有限公司 汽机专业公司，辽宁 辽阳 111000)

摘要：当汽轮机组高中压缸处在安装阶段时，为了保证整个汽缸的载荷平均分配到各个承受面上，避免因载荷不均导致的机组不均匀沉降、不均匀膨胀等问题，需在全实缸的情况下对高中压汽缸进行负荷分配。针对300 MW汽轮机组高中压缸负荷分配的方法以及应用条件进行了介绍，并以霍林河6#机组为例，对其高中压缸的负荷进行了合理准确的分配，保证了汽轮机组的安装质量，并为同类机组的高中压汽缸负荷分配提供了参考。

关键词：300 MW汽轮机组；高中压缸；负荷分配

目前，汽轮机组高压部分套有高压内缸、高压隔板套和高压进排汽平衡活塞，中压部分部套有中压内缸、中压隔板套以及中压进汽平衡活塞。国产300 MW汽轮机组的高中压缸均采取合缸结构，所以整个高中压部分的重力以及外接管道的重量全部通过搭在前箱和低压缸的4只猫爪来支撑，这就对支撑结构的承受能力及负荷分配提出了很大的挑战。为保证汽缸的重力合理地分配到各个承力面上，减小汽缸不规则变形和振动，确保机组安全、长周期地运行，在安装阶段对猫爪结构的汽缸静定结构进行负荷分配的研究具有十分重要的意义。

1负荷分配方法简介

所谓负荷分配，是指将汽缸的重力合理的分配到各个承受面上去。对于目前300 MW汽轮机组高中压缸来说，负荷分配常用的方法有猫爪垂弧法和测力计法。猫爪垂弧法是指每个支撑猫爪在无猫爪垫片支撑的情况下，汽缸猫爪会有自然下垂高度，通过比较左右对称位置的垂弧，来调整各猫爪下部垫片的厚度，从而达到各对称点猫爪垂弧差在允许范围内的目的，此方法可通过猫爪垂弧来间接反映汽缸的负荷；测力计测量法是将专用的测力计拧入高中压缸猫爪处的专用螺孔内，当测力计受力时，根据测力计上端百分表指示的弹簧压缩值，即可查知该猫爪的负荷，再根据各猫爪的负荷值调整对称点的负荷，当负荷差在允许范围以内时，用量纲表测量猫爪底部垫片的厚度，即为正式垫片的厚度值，此方法直接反映了各猫爪分配的负荷。

猫爪垂弧法是目前对汽缸进行负荷分配施工中最常用、最适合的一种方法，该方法简单，便于操作；而测力计法的设备投资较大，一般厂家不提供测力设备，安装单位也不定购。

2负荷分配所需条件

高中压缸的负荷分配工作是高中压缸安装过程中最关键的一个环节，它直接关系着高中压缸的轴向定位、高低对轮中心的确定以及高中压外缸所有管道的正式连接。在实际安装过程中，有的厂家要求进行半实缸负荷分配，即高中压缸下半的所有部套吊入缸内就位，包括高中压转子；而有的厂家要求全实缸条件下进行负荷分配，即高中压缸所有部套全部吊入缸内安装到位，包括高中压外缸。根据以往的施工经验，采用全实缸下的负荷分配，效果更好。

全实缸下的负荷分配必须具备的条件有：

1)高中压外缸不受任何外力，处于自由状态，与汽缸相连的管道第1个焊口均未焊接。

2)高压转子与低压转子中心在全实缸情况下已调整合格，达到厂家设计范围要求。

3)高中压外缸相对高中压转子前后洼窝中心合格，在设计要求误差以内(误差≤0.05 mm)。

4)高中压外缸4个猫爪下均采用临时垫片支撑，且具有不同厚度的不锈钢垫片，能够保证加、减调整操作。

5)高中压外缸与前箱和低压缸轴承箱“H”型中心梁未连接。

6)高中压外缸4个猫爪的正式螺栓已安装，且全部紧固。

7)负荷分配所用的临时支架已配置结束且已焊接到位置。

大口径井施工工艺：平整场地→钻机安装→钻进成孔→测斜测井→冲孔换浆→井管安装→围填滤料、止水→洗井→抽水试验→资料整理。

3霍林河300 MW汽轮机组高中压缸负荷分配

霍林河电厂300 MW机组在安装过程中，由于按照厂家提供的技术要求进行半实缸负荷分配，造成了满缸状态下的轴系变化较大，机组出现因载荷不均导致的机组不均匀沉降、不均匀膨胀、振动异常等问题。所以，需在满缸的状态下重新对负荷进行分配，防止机组出现异常情况。现以施工的霍林河电厂6#机组为例，在满缸状态下对其高中压缸进行负荷分配，调整垫片的取值，达到支撑面负荷合理分配的目的。

3.1负荷分配流程

猫爪垂弧法对汽轮机组高中压缸进行负荷分配的原则为“逐一进行，对称调整”。各猫爪对应点编号如图1所示。

图1　各猫爪对应点编号

现场对霍林河6#机组高中压缸进行负荷分配试验，试验步骤如下：

1)在高中压外缸各猫爪(编号l、2、3、4)外侧分别焊制1个临时支架，固定焊于地坪预埋件上，焊接时严禁与汽缸焊接在一起，防止汽缸起落、敲击时受到冲击影响，具体高度H以略低于各猫爪上沿100 mm为宜。复查各猫爪联系螺栓全部处于紧固状态，此时各猫爪螺母下部应垫上与螺母大小相同的石棉垫片，确保紧固螺栓时不会损伤猫爪平面。

2)用专用梅花扳手松开预作负荷分配的猫爪(编号1)联系螺栓，并取出。

3)在猫爪1的侧面临时支架上架一块量程为0～10 mm的百分表，使读数指示为5 mm，固定并记录百分表起始读数。

4)用75 t的行车主钩通过钢丝绳在相应侧吊耳处将该猫爪抬起，使猫爪松动，抽出该猫爪下的临时支撑垫片，此操作过程严禁碰撞百分表。

6)重新使行车受力，吊起该猫爪，复装临时垫片，复装时应仔细检查各层垫片是否有叠层和错位，保证垫片平整，确认后复装，并检查各层垫片孔与猫爪螺栓孔对直。松开行车，使重量全部承受于垫片上，检查百分表读数是否回至5 mm，若偏差在0.01～0.05 mm之间，可用铜棒向下敲击该猫爪上沿，看百分表是否回零。若敲击后偏差仍超过0.05 mm，应重新抬起该猫爪，抽出垫片进行检查，直至百分表读数回零(5 mm)；若回零，应重新再做一次，直至分配百分表的读数连续2次达到一致。当最后一次分配结束、复装垫片时，在垫片复装到位、两孔对直时，应先拧入联系螺栓5、6扣后，再彻底松开行车，防止联系螺栓旋不到位。在行车彻底松开且百分表已回零之后，紧固该猫爪联系螺栓。

7)计算该点的垂弧：

ΔHi=5.00-L

其中，i为百分表起始数值，i=1、2、3、4、5；L为猫爪下垂后百分表实际数值。

8)采用相同的步骤，分别计算剩余3个猫爪的垂弧。

3.2负荷分配调整

根据各猫爪垂弧ΔH，对左右对称位置(即编号1、2和编号3、4)的猫爪垂弧进行比较，查看是否满足要求且ΔH3-ΔH4≤0.05 mm。如果不能满足要求，应进行调整，调整量为ΔT，即

调整过程加减垫片时，不允许单侧加减垫片，必须确保2个对称点同时进行调整，确保洼窝中心不变。ΔH越大，对应编号猫爪下应减去ΔT(12)厚度垫片；ΔH越小，对应编号猫爪下应加上ΔT(12)厚度垫片。在各个猫爪按顺序调整结束后，再次复核各猫爪的垂弧，确定其在标准范围以内，如果仍不能满足要求，应按同样的办法进行测量、调整。

高中压缸因刚性的不同，当一端对称点猫爪垫片调整时，另一端猫爪的垂弧也相应会有微量的变化。因此，需进行几次分配，方能满足要求。

整个猫爪负荷分配结束、满足要求后，应用内径千分尺复测高中压外缸相对高中压转子的前后洼窝中心值，检查是否有变化，如图2所示。

图2　高中压外缸相对转子的后洼窝中心

通过专用的螺栓千斤顶或楔形垫铁将洼窝的左右两侧调整到规定范围以内，再测量底部。如果底部与左右有偏差，应调整编号1、2或编号3、4猫爪垫片的厚度，同时在两端对称点猫爪底部增加或减去相同厚度的垫片，这样才能确保在不破坏猫爪负荷的情况下，满足洼窝中心的要求：

a-b≤0.05 mm

c-(a+b/2)≤0.05 mm

根据各猫爪负荷分配合格后的临时垫片厚度，加工正式猫爪垫片。取各猫爪临时垫片厚度值时，根据施工经验，直接在最后一次临时垫片状况下复核猫爪垂弧值时，分别用外径千分尺测量每一张垫片的厚度，最后相加得出各猫爪的总厚度值。在各猫爪正式垫片安装结束后，仍需再次复核各猫爪的垂弧，确保与临时垫片时的垂弧值一致。

通过此次调整，最终使各猫爪垂弧达到要求，测量值如下：

1#：ΔH1=5-2=3 mm

2#：ΔH2=5-2.02=2.98 mm

3#：ΔH3=5-1.545=3.455 mm

4#：ΔH4=5-1.55=3.45 mm

3.3负荷重新分配后机组运行状况

在满缸状态下，对霍林河6#汽轮机组进行负荷分配试验，对猫爪垫片进行调整。调整后，机组的不均匀沉降、不均匀膨胀等问题明显减小，机组振动也未见异常。由此可见，霍林河6#汽轮机组负荷重新分配是合理准确的，为提高机组安全性起了非常重要的作用。

4 结论

通过对猫爪垂弧法和测力计法的比较，分析了霍林河电厂300 MW汽轮机组实际运行中存在的问题，采用了猫爪垂弧法对该厂6#的高中压缸负荷分配进行了调整，详细解释了负荷分配的流程，最后通过负荷分配试验发现，6#机组的不均匀沉降、不均匀膨胀等问题明显减小，机组振动也未见异常，保证了汽轮机组的安装质量，为提高机组安全性起了非常重要的作用。

参考文献

[1]王洪栋，1 000 MW核电半速汽轮机高中压缸负荷分配技术及应用[J].山东电力技术，2013(6)：63-66.

[2]徐百成，刘华生，潘巨忠，等.STAG 109FA单轴联合循环机组HP/IP汽缸负荷分配探讨[J].电力建设，2007，28(1)：43-45.

[3]孙明辉.大型燃汽轮机组高中压缸负荷分配方法讨论及应用意义[J].广东科技，2008(194)：79-81.

[4]肖增弘，王中利，王雷.火电厂多机组负荷优化分配的研究[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2011,7(2)：111-113.

(责任编辑张凯校对佟金锴)

Study and Application on Load Distribution of HIP Cylinder in 300 MW Steam Turbine

LIU Da-xin

(Steam turbine department,The Fourth Northeast Electric Power Engineering Co.,Ltd.Of CEEC,Liaoyang 111000,Liaoning Province)

Abstract：When the HIP cylinder of steam turbines is installed,in order to ensure that the all of the cylinder load is evenly distributed to each receiving surface,and to avoid the problem of uneven settlement and differential expansion caused by uneven load,the HIP cylinder is needed to distribute load under the full of tank.In this paper,it was introduced that the method and application of HIP cylinder load distribution of 300MW steam turbine.Took the number six unit in Huolinhe Power Plant as an example,the load of HIP cylinder was distributed accurately to ensure the quality of the installation of the steam turbine.The application would provide a reference for the HIP cylinder load distribution of similar unit.

Key words：300 MW steam turbine;HIP cylinder;load distribution

中图分类号：TK267

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2016)01-0032-04

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2016.01.007

作者简介：刘大鑫(1986-)，男，四川绵阳人，助理工程师。

收稿日期：2015-03-06