汽輪機(jī)TCCS測(cè)量技術(shù)在核電的應(yīng)用簡(jiǎn)介

許祥義 秦志莊

中核工程咨詢有限公司 北京 100000

1 概論

某核電二期工程采用AP1000核電汽輪機(jī)，額定功率為1126MW、轉(zhuǎn)速為1500r/min、單軸、二級(jí)再熱、四缸、六排汽、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)由一個(gè)高壓缸和三個(gè)雙流的低壓缸及其附件組成。一根高壓轉(zhuǎn)子，三根低壓轉(zhuǎn)子通過剛性聯(lián)軸器聯(lián)接；低壓2、3號(hào)轉(zhuǎn)子間各聯(lián)接一短軸連成一個(gè)整體軸系，每根轉(zhuǎn)子都有一對(duì)徑向軸承支撐，整個(gè)軸系有一只推力軸承，位于1號(hào)低壓缸與2號(hào)低壓缸之間的3號(hào)軸承座內(nèi)。該機(jī)組汽輪機(jī)在制造時(shí)采用了TCCS 工藝，即無轉(zhuǎn)子合缸狀態(tài)下使用激光模擬機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量調(diào)整汽輪機(jī)徑向通流間隙。汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)各內(nèi)部部套不需再找中心，徑向通流間隙僅需壓鉛絲復(fù)測(cè)，作為機(jī)組后續(xù)檢修依據(jù)，不作調(diào)整[1]。

TCCS（汽輪機(jī)間隙控制系統(tǒng)）用于全實(shí)缸無轉(zhuǎn)子狀態(tài)下對(duì)汽輪機(jī)通流間隙的測(cè)量（事實(shí)上汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子和汽缸是沒有任何接觸的），主要靠激光和靶球的專用工裝對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子汽封之間的徑向、軸向通流間隙測(cè)量，并結(jié)合汽缸的變形、轉(zhuǎn)子的撓度等補(bǔ)償因素綜合分析計(jì)算得出通流間隙的實(shí)際值。

2 TCCS測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

TCCS測(cè)量系統(tǒng)主要由帶航空攝像頭的激光跟蹤儀、導(dǎo)軌、測(cè)量靶球、靶球固定工裝、計(jì)算機(jī)等組成。其中：激光跟蹤儀和靶球是主要測(cè)量設(shè)備；導(dǎo)軌是將激光跟蹤儀測(cè)頭固定到指定位置的裝置，其精度不對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生任何影響；靶球固定工裝是將靶球固定到汽封齒上的裝置；計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析的設(shè)備。激光跟蹤儀的測(cè)量誤差＜6‰，經(jīng)重復(fù)性及精度驗(yàn)證，TCCS 的重復(fù)精度誤差＜0.005mm。

3 測(cè)量原理及方法

徑向通流的測(cè)量原理，通過儀器測(cè)量出各汽封齒的直徑然后與轉(zhuǎn)子的直徑進(jìn)行比較做差，所得的差值即為徑向通流。徑向通流測(cè)量過程，將各靶球用靶球固定工裝固定在被測(cè)汽封齒上，利用導(dǎo)軌將激光跟蹤儀送至各被測(cè)部位，測(cè)量各級(jí)汽封齒上、下、左、右4個(gè)點(diǎn)距中心位置的距離，通過比較轉(zhuǎn)子的測(cè)量數(shù)據(jù)算出汽輪機(jī)動(dòng)靜部件的間隙，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)偏心銷、支撐鍵和汽封齒進(jìn)行調(diào)整，保證動(dòng)、靜部件的徑向間隙滿足要求[2]。

軸向通流的測(cè)量原理，根據(jù)轉(zhuǎn)子軸向定位K值，轉(zhuǎn)子某級(jí)葉片的軸向相對(duì)于原點(diǎn)的長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)的汽封齒相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)原點(diǎn)的長(zhǎng)度的差值即為所測(cè)位置的軸向通流間隙。軸向通流測(cè)量過程，將激光跟蹤儀支撐于汽缸端部外，人工引導(dǎo)測(cè)量靶球，對(duì)汽缸中分面進(jìn)行踩點(diǎn)擬合成中分面平面，對(duì)進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)端面、各級(jí)隔板內(nèi)外側(cè)端面進(jìn)行踩點(diǎn)擬合出各端面圓，連接各端面圓的圓心以此直線為X軸線，以水平中分面的法向量為Z軸（次要元素）建立測(cè)量坐標(biāo)系，然后對(duì)各處軸向通流進(jìn)行踩點(diǎn)。廠內(nèi)總裝時(shí)會(huì)定義X軸線的原點(diǎn)，以高壓缸為例，對(duì)高壓調(diào)端1級(jí)隔板內(nèi)環(huán)右側(cè)（調(diào)端向電端看）出汽側(cè)端面進(jìn)行采點(diǎn)，構(gòu)造一平面，該平面與軸線向量垂直，平面與軸線向量的交點(diǎn)定義為原點(diǎn)O，根據(jù)轉(zhuǎn)子尺寸記錄，計(jì)算出轉(zhuǎn)子各級(jí)葉片進(jìn)出汽側(cè)端面到高壓調(diào)端1級(jí)圍帶進(jìn)汽側(cè)端面的距離。利用通流圖中給出的軸向定位K值將轉(zhuǎn)子各通流位置尺寸轉(zhuǎn)化為X軸坐標(biāo)，通過坐標(biāo)差值計(jì)算出各軸向通流間隙值。

4 TCCS測(cè)量技術(shù)只用于廠內(nèi)總裝過程

廠內(nèi)汽輪機(jī)的通流間隙已經(jīng)通過墊片，修齒等工藝調(diào)整完成，內(nèi)部套所用懸掛銷、支撐鍵均已配置完成，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)僅對(duì)通流間隙進(jìn)行復(fù)測(cè)（壓鉛絲），不需調(diào)整，復(fù)測(cè)數(shù)值的正式記錄經(jīng)廠家確認(rèn)后，再進(jìn)行下一道安裝工序，對(duì)于通流間隙的數(shù)據(jù)記錄要保存完整作為后續(xù)檢修的依據(jù)。

5 現(xiàn)場(chǎng)安裝重點(diǎn)質(zhì)控內(nèi)容

現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)行通流間隙調(diào)整的關(guān)鍵工序?yàn)閮?nèi)缸根據(jù)轉(zhuǎn)子找中心，即在轉(zhuǎn)子末級(jí)葉片上固定轉(zhuǎn)子找中工具，在找中工具上安裝百分表，表頭指針指向低壓內(nèi)缸兩端背弧，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子通過百分表讀數(shù)計(jì)算出汽缸與轉(zhuǎn)子同心數(shù)據(jù)，要求內(nèi)缸中心根據(jù)轉(zhuǎn)子定位值偏差小于0.05mm，滿足要求后，進(jìn)行缸體內(nèi)部套安裝，懸掛銷、支撐鍵等已在廠內(nèi)配置完成無須進(jìn)行調(diào)整，在安裝過程中嚴(yán)格按照廠家的鋼印號(hào)對(duì)應(yīng)安裝，然后合全實(shí)缸對(duì)通流間隙進(jìn)行壓鉛絲復(fù)測(cè)。

采用TCCS測(cè)量技術(shù)的機(jī)組通流間隙的調(diào)整工作大部分已在廠家完成，現(xiàn)場(chǎng)只需要對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行檢查和復(fù)測(cè)確認(rèn)，無需考慮缸體、轉(zhuǎn)子等部件的剛性影響，不用進(jìn)行過多的計(jì)算和調(diào)整，大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)的安裝流程節(jié)約了工期，且準(zhǔn)確性較高[3]。

6 結(jié)論與分析

（1）傳統(tǒng)的通流間隙調(diào)整，受缸體撓度、變形等諸多因素的影響很難使通流間隙達(dá)到運(yùn)行的實(shí)際值。

（2）傳統(tǒng)的鋼絲找中心進(jìn)行通流間隙調(diào)整，技術(shù)較成熟，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的技能要求比較高，工序復(fù)雜，調(diào)整量大，據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)于四缸汽輪機(jī)，采用傳統(tǒng)的調(diào)整工藝進(jìn)行安裝，從轉(zhuǎn)子進(jìn)場(chǎng)至汽輪機(jī)扣缸轉(zhuǎn)子吊裝次數(shù)達(dá)上百次，如此頻繁的吊裝工作勢(shì)必給現(xiàn)場(chǎng)安裝工作帶來較大風(fēng)險(xiǎn)，但是傳統(tǒng)的通流調(diào)整工藝受廠家總裝的制約較小。

（3）TCCS 測(cè)量方法適用于數(shù)據(jù)精度要求高、投資規(guī)模較大、需要對(duì)多個(gè)設(shè)備多次進(jìn)行測(cè)量的汽輪機(jī)制造廠等企業(yè)；壓鉛絲法適用于數(shù)據(jù)精度要求不高、設(shè)備投資較低、多年才進(jìn)行一次測(cè)量的常規(guī)電廠。

7 應(yīng)用前景

TCCS 是在全實(shí)缸無轉(zhuǎn)子狀態(tài)下對(duì)汽輪機(jī)通流間隙進(jìn)行測(cè)量和控制，通流間隙調(diào)整時(shí)考慮了轉(zhuǎn)子垂弧、不同支承方式時(shí)的熱膨脹差、以及油膜使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生位移等因素的影響，因此所得結(jié)果應(yīng)當(dāng)是更加精確的，系統(tǒng)重復(fù)精度高，測(cè)量誤差小。該系統(tǒng)不僅適用于變形量較大的半速機(jī)低壓缸，它更改變了汽輪機(jī)間隙控制的理念，為各種汽輪機(jī)間隙的測(cè)量與調(diào)整提供了一種新技術(shù)。