弹簧减振基础上的核电汽轮机安装讲解

弹簧减振基础上的汽轮机安装（论文）

南天飞龙

一.概述

早在上世纪七十年代中期，德国西门子公司下属KWU核电制造分部就采用了弹簧减振基础，即将汽轮发电机组安装在一块单独的底板上，为减轻振动，将钢筋混凝土底板通过弹簧支撑在基础上。它的单机功率为1300MW。转速n=1500r / min的半速机组，设计结构为一只高压缸和二只低压缸，每台低压缸配置一台凝汽器，凝汽器与低压缸排汽接管焊接在一起，凝汽器位于低压缸底部，坐落在弹簧支座上，弹簧支座承受凝汽器的重量，并补偿垂直方向的热膨胀。其布置参考下图一。该T-G机组全长为55M。

图一：1300MW饱和汽轮机组的安装图1——高压缸2——低压缸3——发电机4——励磁机5——截止阀6——汽水分离器/ 中间再热器7.——凝汽器8——新汽阀门9——底板10——弹簧支承11——给水加热器12——蒸汽管道

所采用的弹簧减振器系由德国隔尔固（GERB）公司提供，其优点是：汽轮机及平台与基础结构脱离动力耦合，能减低汽轮机发电机组的轴系不振动，保护汽轮机设备免受地震损害，而且在机组大修时，当基础不均匀下沉时，可采用调整弹簧预应力的方法，使轴系较易对中，能方便地调整其靠背轮上下张口值。

目前国内600MW以上的火电与核电机组，如秦山核电站600MW、730MW、大亚湾及岭澳的900MW核电站、上海吴泾、浙江嘉兴等电厂的600MW火电机组，还有石洞口二厂的超临界600MW 火电机组以及外高桥二期的超临界900MW火电机组均未采用弹性基础。

田湾核电站一期的2台1060MW核电汽轮机系俄罗斯列宁格勒金属工厂设计与制造的（见图二），该汽轮发电机组轴系长达72M，却首次在国外采用了弹簧减振基础，列宁格勒金属工厂（简称LMZ）先前已生产同类机组7台（其中6台安装在前苏联乌克兰洛文斯卡亚等核电站，一台安装在现俄罗斯的加里宁斯卡核电站）均未采用弹性基础，又缺乏在弹性基础上安装汽轮机的经验。此外，俄罗斯圣彼得堡设计院也缺乏设计弹性基础的经验。因此，可以说田湾核电站是俄罗斯在国外的第一座具有弹性减振基础的试验核电站。如何在弹性基础上安装与调整好汽轮机轴系中心是摆在我们面前的课题，有必要总结田湾核电站1#、2#常规岛汽轮机的安装经验，以便为随后同类型机组的安装提供宝贵的经验，不断提高大容量气轮发电机组的安装质量与安装水平。

图二K-1000-60 / 3000 1060 MW核电汽轮机

二.弹簧减振装置布置及其参数

1.弹簧减振装置的布置请参阅附图一

注意：减振装置上下表面应放置厚度为4MM的自粘性垫片各一张，其上表面的调整垫片总厚度应≮15MM。

2.弹簧减振装置的主要技术参数见下表一

表一

总计：98 组弹簧基础可承受的最大负载为F max = 10926.7 t

3.弹簧减振装置允许承受的设备与基础负载：

如按120 % 预应力，则设备与基础负载Q = F max / 1.2

= 9105.6 t

4.弹簧减振装置的外形图见附图二

三.在减振基础上安装汽轮机的工艺要求：

1.德国GERB（隔尔固）公司提出：

a. 汽轮机的安装是在减振装置弹簧预压缩达120 %的负载下

进行，可视作在刚性基础上安装汽轮机。

b. 当汽轮机轴系中心找中后，出现任一方向的偏差（包括联

轴器端面张口）均可通过调整弹簧减振装置的预应力来解

决。

c . 减振基础弹簧释放与找正的条件：在所有设计重量加载在

汽轮发电机组的基础上，所有冷凝器与汽轮机焊接完毕，

并注入工作水，冷凝器弹簧应当释放且进行必要的调整

后，GERB 公司将派人来现场进行基础减（隔）振器的

释放和找正工作，此时应进行汽轮发电机组基础台板水准

点的标高测量，并做好记录工作。

d . 汽轮发电机组间所有联轴器对轮不应连接。

e . 通往所有需要进行释放的隔振器通道应畅通无阻。

f . GERB 公司将根据LMZ厂所提出的减振装置上方基础标高

的调整量进行调整，采用抽或减调整垫片的方法来满足轴

系对轮中心的找正要求。

2.LMZ（俄罗斯列宁格勒金属工厂）对1#常规岛汽轮机所指导的安

装工艺流程：

台板与轴承座就位找中——高压外缸、内缸下半就位找中与负荷分配——高低压转子就位与靠背轮找中——高压缸合上缸后作负荷分配——配制轴承座下的永久垫铁——依次就位2#、3#，1#、4#

低压缸下半各部件，对下半缸前、中、后三段拼接并进行找中——依次合上2#、3#，1#、4#低压缸上半组件作负荷分配——依次将2#、3#、1#、4#外缸排汽口与2#、3#、1#、4#凝汽器进行焊接——依次对2#、3#、1#、4#低压缸台板下部配制永久垫铁——依次对2#、3#、1#、4#低压外缸内的部件（低压内缸及各级隔板以及前后轴封套）进行光学找中与必要调整——对高压外缸内各部件（高压内缸隔板套、各级隔板以及前后轴封套）进行光学找中与必要调整——在半实缸下依次对高、低压缸通流部分轴向与径向间隙进行调整与修正和验收——依次对高压缸以及3#、2#低压缸、4#、1#低压缸扣盖——焊接高低压缸蒸汽管道与分断对高压缸作负荷分配——轴承座及低压缸台板的二次灌浆——在全实缸下进行轴系中心复查——冷凝器汽室灌水至4.6M高——基础减振装置弹簧释放，轴系中心复测——通过调整减振装置弹簧的预应力来调整轴系对轮中心——通过调整轴瓦瓦枕下垫片厚度来调整轴系中心——轴系连接，并作找中质量的最终验收——轴承座油档及盘车装置安装及TSI传感器安装与试验——润滑油及顶轴油系统的外部冲洗——轴承箱组装及临时封闭，润滑油及顶轴油进轴承座冲洗——轴承箱正式扣盖——具备投入盘车的条件——汽缸保温——汽机罩壳及钢平台安装——以后详见调试程序

四.1#常规岛汽轮机安装中存在的问题及采取的措施

整个汽轮机的安装都是在俄方LMZ厂专家指导下进行，其安装工艺请参阅上述2章节，现将主要问题描述如下：

1.1#低压外缸下半前、中、后三段拼缸时，发现中段与前后排汽

段之间垂直接合面上销孔错位至少3MM，有10个螺栓旋不进，详见NCR-AOOL-11UMA-MAC-0075。

原因分析：主要是外缸中段刚性差，在吊装和运输过程中产生

了变形，在下半外缸拼缸过程中出现销孔与螺栓孔

错位是不足为奇的。

采取的措施：

a. 按NCR中附件N1草图将10个螺栓孔单边修磨，修磨范围

90度，深度≤1.5MM。

b. 将1#低压缸中段左侧撑开1.0MM，以便使垂直接合面上的

定位销孔能吻合与顺利地装入定位。

2.3#、4#低压外缸垂直接合面定位销打不进问题

请参阅NCN-JEIL-11UMA-MAC-0007

原因分析：按设计图纸低压外缸上下半垂直接合面共有12只φ30销钉定位，按制造厂工艺φ30 H7+0.021销孔仅作成φ24，留余量待总装拼缸后，再于垂直接合面处同钻铰φ30 H7孔，按理现场拼缸时，12只销钉应能自由装入，现场装不进的主要原因，由于低压外缸中段上下半刚度较差，在吊装和运输过程中易变形（一般都向内侧变形），导致定位销无法装入。

采取的措施：将低压外缸中段下半撑开，然后人工打磨已稍微错位之销孔，以便将定位销装入。注：此NCN未形成不符合项NCR。

3.高压缸和五缸扣盖后轴系中心跑偏问题

1.）中心跑偏的描述：

按俄罗斯工艺1#常规岛汽轮机是在半实缸下对轴系进行找中的，找中结果其数据是符合俄设计要求的。但当

高压缸下半实缸上吊放上半隔板与汽封、隔板套、内缸、

前后轴封套与汽封和高压外上缸。并依次热紧高压内外缸

中分面螺栓后，复测高压转子二端联轴器对轮中心，发现

高压缸扣盖后，转子两端对轮左右侧张口与左右侧圆周中

心有较大偏差与偏移。详见下表二

11UMA1#汽轮机的联轴器中心变化（部分摘录）表二

注：测量单位为丝（0.01MM）

即a. 高压转子（调端）靠背轮（对轮）中心相对于2#低压转子（电端）对轮中心向左偏0.245MM，其对轮左张口从原0.01MM增大到0.04MM，又下张口从0.01MM增大到0.08MM，其圆周上下中心从原0.25MM增大到0.395MM。均超差。

b. 高压转子（电端）靠背轮（对轮）中心相对于3#低压转子（调端）对轮中心向左偏0.155MM，其对轮张口从原右张口0.01MM增大到左张口0.045MM，其圆周上下中心从原0.28MM增大到0.415MM，均超差。综上所述，整个高压转子是倾斜的向左偏移。

此外，在2003年11月1日高低压缸全部扣盖（呈全实缸状态）

后，复测轴系中心（见表二）可知整个高压转子是相对于2#、3#低压转子轴线，呈倾斜状态，即高压转子（调端）对轮中心向左偏0.255MM，其电端对轮中心相对于3#低压转子向右偏0.275MM，大大超过所规定的左右中心偏差值±0.02MM。

2）.原因分析

a.汽轮机的轴系找中是在半实缸情况下进行的，而不是在全实

缸下进行的。当初SPAEP、GERB、LMZ各方均未达成共识，

直到2003年8月29日召开的有关“隔尔固”汽轮发电机组

隔振基础释放与找正的专题会议上才明确，汽轮机轴系找中

必需将所有设计重量加载在汽轮发电机的基础上。

b.LMZ厂家代表认为只要减振弹簧装置预应力达120%的设计

负荷（设备与基础重量），可视作刚性基础，那么不管是半

实缸还是全实缸找中，弹性基础是不变形的，且减振弹簧高

度是不变化的。故采用常规的安装工艺，半实缸即使有偏差，

不管什么方向GERB公司声称都能把中心调整好（包括左右

张口偏差）

c.基础刚性问题：鉴于整个基础长达72M，而圣彼得堡设计院

（简称SPAEP）又缺乏大型特长的减振基础的设计经验，从

轴系中心跑偏现象分析，基础刚度欠佳。

d.减振基础梁浇灌后，出现向上拱形状态，导致减振装置上方

与减振基础之间有空隙，最大约7MM，而GERB公司有关

人员来到场调整弹簧预应力时，忽视这一问题。由于高低压

缸全实缸比半实缸状态时设备重量增加约580t，从而导致基

础梁随设备负荷增加而产生不均匀下沉与扭曲。影响原先在

半实缸下轴系找中后的测量值，由原来合格状态变成不合

格。

3）.纠正措施：对高压缸扣盖后中心跑偏问题，由GERB公司派员到现场调整11组减振弹簧之预应力，但尚未解决。直到低压缸与冷凝器焊接及五缸扣盖后，冷凝器灌水加载1330t情况下，释放减振基础弹簧，再次由GERB公司派员调整轴系中心。仅解决上下张口问题，使之达到合格标准。但圆周中心与对轮端面左右张口是无法用弹簧预应力来解决的。为此，俄专家采用调整各轴瓦瓦枕下垫片的方法来满足轴系找中要求。

4）.遗留问题及建议：由于调整轴瓦瓦枕位置后，最大达0.2MM，破坏了原先高压缸前后轴封二侧间隙的均匀性，即高压转子中心相对于轴封中心偏移0.135MM。俄专家认为是允许的，但实物的安装状态与通流部分汽封间隙的原始记录是不相一致的。建议大修时更换汽封弧段，以保证前后轴封间隙符合设计要求。

五.2#常规岛汽轮机在安装时的纠正和改进措施

1.纠正措施：

a.在整个汽轮机设备安装前，由德国GERB公司负责消除

减振基础梁下方之拱形间隙，采用于减振装置上方增加调

整垫片厚度的方法予于解决。即增加减振弹簧的预应力达

到接近Fmax值。

b.坚持在全实缸状态下对汽轮机轴系进行找中，使弹性基

础承受设备的全部重量（包括考虑主调门和与高压缸相连

管道重量约60 t）。实践证明，找中后的轴系中心数据是

相对稳定的。请参阅下表三

注：上表中2004.09.06所测数据可看出高压转子二端联轴器对轮上下张口超差是由于冷凝器焊接后以及俄专家未考虑安装低压第五级隔板上半（重45t）及配重60t所引起的。是可以通过调整减振装置弹簧的预应力来消除的。从某种意义上说，2#汽轮机尚未达到真正在全实缸条件下进行轴系找中。

2.安装工艺方面的改进

1）筒形拼装2#汽轮机低压缸获得成功

在总结1#常规岛汽轮机安装经验与教训的基础上，俄专家涅恰耶夫先生听取了中方（JNPC/PCB和电建三公司）有

关人员所提供的园筒形拼缸建议后，认真的研究，经其主管

领导安装处长的批准，决定采纳。制订施工工艺后，经过三

个星期的努力，电建三公司已将四台低压缸的前、中、后三

段以园筒形拼装方式予以完成。这一新工艺在国内属创新技

术。它既保证安装质量，又加快了施工进度。而且还避免了

1#常规岛汽轮机低压外缸水平拼装过程中出现的垂直接合

面定位销装不进去，以及汽缸水平中分面螺栓错位等不符合

项。

2）严格控制轴承座二端油挡洼窝与转子轴颈之间的同心度偏差。即将1#汽轮机所规定的偏差±0.10MM，提高到±

0.05MM。以确保轴承的瓦枕与轴承座安装基面拂配时具有

良好的接触，保证轴颈与轴瓦乌金之间二侧间隙的均匀性，有利于轴瓦的安全运行。

3）严格控制联轴器对轮端面左右侧之张口偏差值。在全实缸下找中时，尽量控制在±0.005MM内。

3.在低压缸扣盖的速度方面

由于电建三公司领导的精心组织与精心施工、俄专家和JNPC/PCB专家的技术指导、安装工人发挥了顽强的拼搏精神，在充分作好各项扣盖前的准备工作基础上，使4#低压缸的扣盖时间缩短为5小时11分，保质保量的完成任务。它比天生港检修队的扣盖时间缩短约2个小时。比俄专家提出的定额时间缩短一个小时。

六．总结

1.采用园筒形拼装2#常规岛汽轮机低压缸这一新工艺是成功的，

它既提高了低压缸的拼缸质量，又加快了施工进度，避免了1#汽轮机在拼缸过程中出现的多项不符合项。

2.坚持采用全实缸找中是中方多次向俄方提出的要求，最终得到

了俄专家的认可是来之不易的。实践证明采用全实缸找中替代半实缸找中解决了1#汽轮机安装过程中出现高压转子二次跑偏问题。确保通流部分间隙的正确性，提高了产品质量。

3.安装质量评价：从总体上来看2#汽轮机要比1#汽轮机的安装质

量有所提高。我们可以从高低压缸扣盖时，通流部分轴向与径向间隙的数据的符合性质量来判断。从目前减振基础弹簧释放前的轴系中心数据来看，基本上是稳定的。而最终安装质量有待于弹簧释放后，轴系中心的变动量才能判断。

七经验反馈

1.从2#常规岛汽轮机基础交接到目前五缸扣盖时为止，发现高压

缸后轴承座基础下的No：55主减振装置的弹簧高度随设备负载增加而不断压缩。现该组弹簧之平均高度已压缩 3.56MM，这表明GERB公司所调整的弹簧预应力未达到设备与基础负载的120%。从弹簧高度来看，尚未达到计算值180MM。需提请GERB公司考虑这一问题。

2.对电建三公司咨询工程师NIKONOV所编写的“田湾核电站2#

机组汽轮机安装顺序建议”未明确地阐明汽轮机轴系找中必须

在全实缸状态下进行。建议其修订。

3.俄方与中方对汽轮机全实缸的概念理解不一致。俄方坚持认为

全实缸就是半实缸加扣高、低压外上缸。而中方认为全实缸就是汽轮机本体的全部重量。在2#汽轮机轴系找中过程中，俄专家未下决心把汽轮机本体设备之全部重量加载于基础上（缺低压缸上半隔板重45t及主调门及有关管道重60t）。由于概念上的差异，导致轴系找中后的返工。不得不提前请GERB公司到现场调整对轮上下张口值超标问题。

4.提请圣彼得堡设计院（SPAEP）认真考虑长达72M弹性基础的

设计问题。请参阅LMZ厂代表涅卡耶夫先生的信件（给JNPC 马总、SPAEP副经理、莫尔恰诺夫及动力公司检修和维护经理：巴尔维科）