给水泵汽轮机安装中关键技术及问题处理方法的探讨

姚虎东

(1华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京100000; 2内蒙古京能康巴什热电有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000)

0 引言

大容量机组多采用变速给水泵进行给水流量调节，这种调节是通过电动机驱动或小汽轮机驱动实现的。给水泵电动机驱动方式的优点是装置简单、工作可靠、成本较低。但当机组功率增大时，相应的电气设备的容量也增大，使整个装置的成本增加，而且消耗的厂用电也增加。相比而言，给水泵汽轮机驱动方式不仅有较宽的调速范围和灵敏的调节特性，而且可节省大量厂用电。另外，小汽轮机以主汽轮机的抽汽为工质，减少了主机的末级蒸汽流量，从而降低了主机的末级叶片高度和末级的余热损失，提高了主机的内效率。随着发电企业对厂用电率要求的提高，给水泵汽轮机驱动技术也越来越多地应用到初建和投产改造的发电机组中。这种驱动方式也逐渐成为300 MW及以上机组应用最广泛的驱动方式［1］。

本文以某火电厂2×350 MW超临界凝汽式汽轮机组为例，该机组配置2台50%容量汽动给水泵，给水泵汽轮机为杭州汽轮机厂生产的NK63/71型单缸、轴流、凝汽式汽轮机，汽轮机正常工作汽源采用4段抽汽(低压蒸汽)，备用汽源采用再热冷段(高压蒸汽)，调试、启动汽源采用辅助蒸汽。

1 给水泵汽轮机配置及结构

1.1 给水泵汽轮机系统配置

每台给水泵汽轮机系统配置主要包括:

1)润滑油、调节油系统:采用集装式油站，配置交流油泵、直流润滑油泵、排烟风机、润滑油滤油器、调节油滤油器和冷油器。

2)凝结水及循环水系统:凝汽器、凝结水泵、机力通风塔和循环水泵等。

3)轴封及抽真空系统:真空泵、轴封供汽及漏汽接入主汽轮机轴封供汽和漏汽系统。

1.2 给水泵汽轮机的结构

给水泵汽轮机主要由静止部分和转动部分组成。静止部分包括汽缸、隔板、喷嘴、轴承等部件;转动部分包括主轴、叶轮、动叶等部件。汽缸由前缸和后缸(排缸)组成，前缸和后缸通过垂直结合面法兰螺栓连接成一个整体，前缸和后缸又沿水平面分为上、下两半。进汽室位于汽缸前端上部，它是一个横向筒形腔室，调节汽阀的阀梁和阀碟位于其中。

汽轮机安装在底盘上，底盘与水泥基础的固定由地脚螺栓完成。汽轮机的前汽缸猫爪放在前轴承座上，汽缸受热膨胀时，猫爪推动前轴承座一起向前运动，后猫爪位于排汽缸两侧，支撑在底盘上，在结合面处带有侧向的导向销。排汽缸的后部带有导向立键并放置在底盘的导向槽内。导向销的中心连线与汽轮机的轴向中心垂直面的交点构成了汽轮机后汽缸的膨胀“死点”。

进汽速关阀与汽缸上的法兰连接，工作蒸汽经速关阀进入蒸汽室。蒸汽室内装有提板式调节汽阀，油动机通过杠杆机构操纵提板，决定阀门开度，控制蒸汽流量。备用蒸汽由管道调节阀控制，管道调节阀的出口法兰接在速关阀上，此时调节汽阀位于全开状态，不起调节作用。

2 安装中关键技术及注意事项

给水泵汽轮机安装过程是否得当是决定其运行状态的关键因素。因此，认真执行设备安装步序，严格落实设备安装标准，是保证给水泵汽轮机能够安全、稳定、经济运行的重要前提。给水泵汽轮机在安装过程中的一些关键技术及注意事项如下。

1)在汽轮机出厂随机工具中配置有一定数量的小型螺旋千斤顶，其主要用于汽轮机就位时的临时支撑和调整。而在安装定位的过程中，汽轮机中心标高和汽缸水平则是通过调整螺钉来进行调整。在进行汽缸水平的调整工作前，应将支撑在底盘下部的临时螺旋千斤顶全部撤出，并在二次灌浆24 h后将全部调整螺钉均退出1圈。而在安装的过程中，施工人员常常错误地用螺旋千斤顶来调整汽缸水平，并在二次灌浆中将螺旋千斤顶埋入灌浆料中，使底盘产生额外支承点的力，影响扣缸状态。

2)汽轮机扣缸后，在进行汽缸猫爪支撑转换时，首先对左右猫爪位移量进行架百分表监视，转换过程以百分表读数刚开始有变化为准;然后复测转子－汽缸中心，以确保转子－汽缸的找中结果(转子－汽缸中心偏差≤0.05 mm，且转子中心低于汽缸中心)，即通过检测汽缸前、后测量环R3、r3中心值与转换前R3、r3中心值进行比较，要求转换前后R3、r3中心偏差≤0.03 mm，否则重新调整。做好转换后测量环R3、r3中心值记录并留存，作为今后在不揭缸的前提下检查转子－汽缸中心是否有变化的基准。汽缸支撑转换后，下猫爪的顶起螺钉均应及时退出，并确定有一定的退出空间，否则意外顶缸会引起汽轮机振动超标，危及汽轮机运行安全。

3)轴承上瓦枕与前、后径向轴承之间均有间隙要求，而并非紧力。但是在现场的安装中，受发电汽轮机安装要求的影响，施工人员往往将该间隙误读为紧力。同时对于瓦枕间隙的测量，还应注意以下事项:①保险丝直径的25%压缩量是有效的，即应采取保险丝直径的80%厚度的垫片。②垫片应采用完整的不锈钢薄板，严禁使用铜片、塞尺和锯条。否则在拧紧上瓦枕中分面螺栓时，上瓦枕会出现上拱变形，使测量数据不准确。

4)进汽管道应在汽轮机二次灌浆结束和地脚螺栓按照预紧力矩拧紧后装接，并且在进行接管工作时应在汽缸前猫爪的X、Y、Z 3个方位装设百分表进行监视，防止汽缸发生位移。

5)给水泵就位时进行联轴器找中心应满足汽轮机输出轴找中值的要求，且试车前须复查联轴器中心是否正确。特别注意的是关于对汽轮机输出轴找中值的正确理解，随机资料提供以下输出轴找中值说明。

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顺汽流方向看，汽轮机转向为右旋。O点设为汽轮机冷态时的输出轴中心，O＇点设为汽轮机热态时的输出轴中心。顺汽流方向看X轴向右为正，Y轴向上为正，d x=－150μm，d y=53μm，汽轮机输出轴找中值坐标示意图如图1所示。

在联轴器找中过程中，施工人员对于找中值的理解总是不能很好地做到坐标示意图与给定数值的有机结合，往往被O＇点在坐标示意图中的位置所误导，忽略了 d x是负数的要求。结合d x、d y找中值要求和找中值示意图，可以得出直观的汽轮机冷热态输出轴中心变化坐标图，汽轮机输出轴找中值坐标定位图如图2所示。

图1 汽轮机输出轴找中值坐标示意图

图2 汽轮机输出轴找中值坐标定位图

顺汽流方向，汽轮机热态输出轴中心O＇点位于冷态中心O点左上角。那么在找中过程中，O＇点则应被视为给水泵驱动端冷态中心，这样，在汽轮机热态运行情况下，汽轮机输出轴和给水泵驱动端的中心重合，从而保证了汽动给水泵的安全稳定运行。

3 安装问题实例解析

3.1 循环水管道设计错误导致胶球系统无法正常投运

给水泵汽轮机凝汽器冷却水采用开式循环冷却水系统，冷却水的供水来自机力塔通风冷却后循环使用的冷却水，供水及回水管线都通过地下管网的形式进行铺设。在机组调试期间，对胶球系统进行首次投运调试，竟然出现了收球率为零的结果，对各收球网进行解体检查，未发现异常及其他设备缺陷。同时，在汽轮机首次冲转过程中，发现凝汽器进水温度高于回水温度。结合以上异常情况进行分析，有可能是凝汽器循环水进/回水管道接反所致。认真查看设计图纸，发现在厂区管线与厂房管线的交接点处发生了碰接错误。

以上设计问题暴露出汽机设计人员和管网设计人员在设计过程中存在疏于沟通的现象，对管道对接的关键点没有足够的重视，并且没有认真核实。同时，在项目的设计阶段由于缺少设备监理的参与，使设计阶段的质量控制没有得到更好地落实。

3.2 汽轮机排汽压力高，热控测点显示不准，真空泵出力差

在机组168试运行期间，给水泵汽轮机排汽压力呈逐渐上升的趋势，就地检查真空系统严密性无漏点。对比汽轮机排汽压力和排汽温度，发现排汽压力高于该排汽温度对应的饱和压力，因此，判断汽轮机排汽压力测点存在误差。就地检查排汽压力取样管，发现取样管存在一段较大的U形弯，分析原因为U形管内冷却积水导致管道不通畅。将U形管段改为直管段后汽轮机排汽压力显示正常(与排汽温度相对应)。但较设计值，实际排汽压力仍偏高，检查真空泵入口管道，发现真空度偏低，分析为真空泵出力的问题。测得真空泵工作水温为45～50℃，真空泵工作水在45～50℃温度下会产生大量汽化，真空泵因抽吸自身工质汽化产生的气体，挤占真空泵排气量，造成真空泵出力严重不足［2］。同时测得换热器冷却水温升较高，因此断定真空泵换热器换热效果差是引起真空泵出力降低的根本原因。换热器换热效果差可能是由于辅机循环冷却水系统投运前对管道冲洗不够彻底，机组正常投运后管道内残留的焊渣、泥沙致使换热器堵塞。排除堵塞物直接有效的方法是采用冷却水对换热器进行反冲洗，冲洗效果明显，汽轮机真空得到显著改善。因此，应加强对真空泵工作水温的监测，适时对换热器冷却水侧进行反冲洗，保证真空泵正常出力。

3.3 联轴器中心问题导致轴承振动大

在找联轴器中心时，最常用的找中心工具便是百分表和磁性表座，然而，大部分施工人员在找联轴器中心时都不会注意到磁性表座及表架对百分表的读数所产生的误差，通过以下试验不难发现这一误差存在的必然性。

1)将百分表与磁性表座正确连接，并固定于一槽钢平面呈直立放置，百分表指针指向磁性表座吸附平面，百分表取值按找中心要求合理设置，并将长指针置于“零”刻度位，并记录读数。

2)将槽钢、百分表和磁性表座沿轴向整体旋转分别呈90°，180°，270°位置，分别读取百分表读数并记录。百分表倒置180°示意图如图3所示。

图3 百分表倒置180°示意图

通过对比百分表读数，可以发现，在磁性表座和百分表理论上不存在相对位移的情况下，百分表读数仍然出现了比较明显的变化，并且通过多次试验可以发现，磁性表座与百分表跨距越大，百分表读数变化越大。这是由磁性表座和百分表连接刚性不足所导致的，跨距越大，表架对百分表自重位移的束缚能力越差，在找联轴器中心时，对联轴器中心圆周偏差结果产生的影响越大。

因此，通过试验可以确定当汽轮机－给水泵轴头间距为370 mm时，直接采用磁性表座找联轴器中心时，圆周中心偏差(表读数差/ 2)垂直方向将产生＞0.20 mm的误差。这也是造成联轴器中心超标引起轴承振动增大的原因。

为了避免磁性表座在找联轴器中心时所带来的不利影响，必须采取得当的措施解决百分表连接刚性的问题，从而保证找联轴器中心结果的准确性。

结合现场实际情况，制作一简易刚性假轴与一侧轴头刚性连接，假轴的长度以保证假轴与另一侧轴头的空间距离越小越好，并将百分表通过一级连杆直接与假轴连接，这样便可避免磁性表架刚性不足的问题发生，从而保证联轴器找中心结果的准确性。

3.4 汽轮机挂闸失败，速关阀打不开

挂闸过程描述:运行人员发出挂闸指令，启动油压开始建立并且油压正常，随后速关油压开始缓慢建立，二次油压建立，速关油压达到0.8 MPa并高于启动油压，速关阀开启，速关阀开度不到10%速关油压瞬间消失，速关阀关闭，启动油压缓慢降为零，挂闸失败。

通过对比另一台汽轮机挂闸过程，发现唯一不同之处在于速关油压的建立比较缓慢。因此，速关电磁阀存在堵塞的可能性。对速关电磁阀进行解体清洗，回装后重新挂闸正常，速关阀开启正常。造成电磁阀堵塞的原因主要为油系统冲洗不够彻底和油质问题。对于新安装机组，油系统进行油循环冲洗是机组投运前至关重要的环节，油循环的方式更是决定着油系统各部位能否得到彻底的冲洗。汽轮机油如同汽轮机的血液，合格优质的汽轮机油是保证汽轮机安全稳定运行的重要基础，因此，定期关注油质变化、保证油质合格是设备检查工作的重要组成部分。

4 设备安装过程质量控制

4.1 图纸会审的必要性和保证其有效性

图纸会审是指工程各参建单位(建设单位、监理单位、施工单位)在收到设计院施工图设计文件后，对图纸进行全面细致的熟悉，审查出施工图中存在的问题及不合理情况并提交设计院进行处理的一项重要活动。通过图纸会审可以使各参建单位特别是施工单位熟悉设计图纸、领会设计意图、掌握工程特点及难点，找出需要解决的技术难题并拟定解决方案，从而将因设计缺陷而存在的问题消灭在施工之前［3］。项目施工过程中出现过多的设计变更会导致人力、物力、财力、资源等严重浪费现象的发生，甚至耽误整个工期。因此，图纸会审环节对于整个工程项目的开展是至关重要的。但是，如何保证图纸会审的实效性，真正做到设计问题不遗漏、会审过程无误差，还需注意以下几点:

1)各单位会审人员应熟悉项目工程性质、内容、要求及注意事项，并且具备图纸会审的能力，有较高的专业技术水平，特别是监理工程师。

2)会审人员应具有高度负责的责任心、正确的工作态度和积极的工作热情。

3)监理人员要做到认真审阅每张图纸，做到不留死角，对施工图进行详细的校对，对图纸进行全面的复查，同时，还应站在更高的层次上，从项目管理的角度上对设计图纸提出问题，对设计图纸加以优化和完善，以提高设计图纸的设计质量。

4)加强不同专业人员间的沟通。从图纸设计初始到现场施工准备，往往由于不同专业人员间沟通不及时、沟通不到位，而导致错误、遗漏、碰撞、重合等设计缺陷的出现，以及设计缺陷得不到及时纠正的现象发生。

4.2 工器具检验及工器具使用过程的控制

在现场施工开始前，施工单位要对安装过程中使用的计量器具进行检验，向项目监理单位上报有关检测部门的签定证明，并注意其有效期［4－5］。同时，在设备安装阶段，监理工程师应时刻关注现场使用工器具是否合格。合格的工器具只是顺利完成安装工作的前提，正确合理的使用工器具才是安装质量的重要保证。因此，监理工程师要监督施工人员合理使用工器具，这样就需要监理工程师能够熟练掌握各工器具的正确使用方法。

4.3 加强关键技术方案审核，保证现场工作实效

在现场设备安装工作中，施工人员往往受传统思想和以往安装经验的影响，对一些关键环节和关键技术问题的处理不能做到有效结合现场情况和具体设备情况，利用不变的方案解决多变的现场问题，往往事倍功半，不能得到预想的效果，也为后期设备调试及运行埋下了隐患。如油系统油循环冲洗，不能只靠大流量常温循环冲洗，而应采取分周期、变温调节、润滑油和调节油分步冲洗等一系列的冲洗方式和措施，方能达到油循环冲洗事半功倍的效果。因此，需要监理工程师对关键技术方案进行认真审核和严格把关，同时还应加强方案执行的过程控制和结果验收，对不严格执行方案、擅自更改内容的单位下应发整改通知并予以严肃处理，从而保证技术方案的可行性、执行力和实效性。

5 结束语

综上所述，汽轮机安装是一项系统的、专业的技术工作，给水泵汽轮机作为汽轮机的一种，为了保证安装、调试工作的顺利进行和汽轮机的安全稳定运行，在安装过程中要严格按照设备安装要求执行，注重落实关键技术。无论是汽轮机本体安装、系统管道和设备安装，还是安装完毕后的相关系统冲洗、设备调整，任何一个环节出现问题都有可能影响给水泵汽轮机运行的安全性和经济性。因此，应加强设备安装过程质量控制，认真落实设备监理制度，切实发挥监理工程师的重要作用，为设备安装质量提供保障。

［1］ 田芳.浅谈给水泵汽轮机检修中的关键点［J］.机电信息，2010(30):9－10.

［2］ 程明.提高凝汽器水环真空泵出力的措施［J］.电源技术应用，2014(3):263，265.

［3］ 郑卫东.图纸会审工作简介［J］.交通世界，2010(1):224－225.

［4］ 刘寒松.工程监理中设计和施工阶段的质量与安全控制［J］.铜业工程，2007(2):78－80.

［5］ 孙继会，王鑫，金刚，等.施工阶段监理对质量的控制［J］.中国高新技术企业，2010(9):115－116.