汽轮机第三代垫铁设计安装 研究与存在问题第0稿

1、 汽轮机垫铁设计安装技术研究与探讨摘 要:汽轮机传统的支撑方式是垫铁支撑，存在影响机组安装的内在质量、施工进度及施工成本的现象，随着水泥施工技术的发展，发达国家的汽轮机支撑方式已普遍采用水泥垫块，随着与国外技术交流的增加，目前国内许多汽轮机的支撑方式逐渐采用了水泥垫块支撑方式，特别是在燃汽轮机和引进型600MW以上汽轮机应用了的新型的可调垫铁装置Fixator 固定器，结合V94燃机和泰州、三百门同型哈汽-东芝1000 MW机组可调垫铁装置应用，针对这两种不同支撑方式的安装要求，从工艺特点、工艺流程、质量要求、强度及寿命周期、工序工期等方面进行对照比较，由于第三代可调垫铁装置引入时间短，安装施

2、工经验不足，存在一定的风险，项目公司、管理公司、监理、施工单位应对其进行调研，希望能为汽轮机安装工作提供一些建议，供参考。0 引言汽轮机在安装施工中，支撑系统的安装是相当重要的工作，它承担着传递机组静态载荷和动态载荷的功能，其施工质量的好坏将直接影响机组的运行工况，在汽轮发电机组安装工作中，传统的汽轮机支撑方式普遍采用平垫铁配斜型垫铁的工艺，台板支撑大多数采用的是直接斜垫铁支撑, 当斜垫铁灌浆后, 就只能使用垫片调整间隙及标高, 给设备的标高、水平度再次调整带来许多不便，随着科学技术的发展, 旧式的安装工艺已无法满足大型汽轮发电机组设备安装的需要，而国外发达国家的汽轮机支撑方式普遍采用了水泥垫

3、块的工艺，随着与国际交流的日渐加深，目前国产大型汽轮机组已逐渐采用无收缩高强灌注料配置汽轮机垫块的工艺。V94燃机和东汽-日立300MW机组和哈汽-东芝1000MW目前就采用了这种支撑工艺。目前第一代国产机组垫铁的传统安装工艺与国外引进机组的安装工艺有很多不同之处，第一代垫铁安装过程中暴露出许多不足，影响机组安装的内在质量、施工进度，增加施工成本等。 大型燃汽轮机和 600MW以上的汽轮发电机组体积及重量不断攀升，安装技术要求大幅度的提高，致使大型固定器( Fixator ) 取代普通斜垫铁和水泥垫块的趋势越来越明显。固定器( Fixator ) 是一种精密升降装置，具有顶升能力,，能垂直提升

4、和校准设备而不需要反复更换填隙片。对于可调形式,固定器就位于设备台板（底座）下面, 通过灌浆或焊接固定, 固定后可以再次通过调整固定器的行程高度来调整所支撑设备的标高和水平度，具有灵活、实用的特点。 由于新技术第三代可调垫铁装置引入时间短，安装施工经验不足，存在一定的风险，下面将泰州、三百门同型哈汽-东芝1000 MW汽轮机的安装工艺(以下简称新安装工艺),与传统的垫铁安装工艺进行对比分析，对本工程提出建议。1汽轮机垫铁安装特点及对比1.1 传统垫铁安装工艺 传统的垫铁安装是将安放垫铁的基础表面进行凿平,凿平的区域边界应大于垫铁边缘1030mm；用平垫铁检查垫铁与所凿基础平面的结合情况，其接触

5、面应密实，着力点均匀分布，用手按垫铁四角，垫铁不应有跷动现象；同时用普通水平仪检验垫铁顶面的水平度，使垫铁水平度基本上满足安装要求，若有出入时可继续凿基础平面，来保证垫铁水平。测量垫铁处的基础顶面标高，确定每层垫铁的数量及厚度，补充加工垫铁，研磨垫铁并编号。布置垫铁,一般每层垫铁不超过3块，特殊情况下允许5块，其中只允许有1对斜垫铁。垫铁之间应密实，无跷动现象,垫铁之间的局部间隙应小于0.05mm，如汽机最终定位后垫铁间隙仍有超标的现象，可对超标垫铁逐一进行调整、处理(见图1)。由于基础凿毛处的水平度不易保证,误差很大,所以垫铁同台板结合面都会出现不同程度的间隙,最后仍需调整、处理。 图1 传

6、统垫铁工艺安装断面图 这种施工工艺较为繁琐，施工工期长，成本高。施工过程中基础凿平处的水平度不容易保证在设计范围内，导致汽机定位后垫铁的调整、修研量过大，而且此时研磨垫铁非常困难。在汽轮机二次灌浆时将大量的垫铁埋入基础下面，据统计安装1台300MW汽轮机约用4.55.0t成品垫铁。1.2 第二代垫铁安装工艺 图2 水泥垫块安装断面图 垫铁安装新工艺是先在基础面上制作1个水泥垫块，然后用斜垫铁来保证水平度(见图2)。水泥垫块安装时按垫铁布置图放线，在基础表面上，划出每个垫铁的位置尺寸，参考安装规范的要求(一般在台板地脚螺栓两侧、负荷集中的地方、台板四角处以及台板加强筋等部位)进行垫块布置。 图3

7、 水泥垫块安装断面图 把可调式垫铁或斜垫铁按安装要求放置在水泥砂浆上面,注意水泥砂浆面不要出现凹坑现象,否则垫铁与砂浆易出现气泡、蜂窝。敲击垫铁,将可调垫铁或斜垫铁调整在中间位置,用高精密水平仪测量垫铁顶面标高及水平度,在其达到要求后,轻轻拆除模板框。垫块制作完成后,保持环境温度10以上,养护1d,第2天开始用麻布覆盖,浇水湿润养护72h，然后进行自然干固养护。施工过程中,汽机就位前及汽缸最后定位后,对预埋垫铁进行复测。使用水泥垫块工艺同全部使用垫铁的传统工艺相比,可取消平垫铁(至少占垫铁总质量的75%左右),减少了2/3垫铁研磨工作量,同时也减少了垫铁的安装时间。新工艺从基础凿毛到垫铁预埋只

8、需10d,比传统的安装方法减少了近20d。垫铁的水平度有了较高的保证,无需进行最后消除间隙处理,工艺的合理性是不言而喻的。1.3 第三代垫铁安装工艺 大型燃汽轮机和 600MW以上的汽轮发电机组体积及重量不断攀升，安装技术要求大幅度的提高，致使大型固定器( Fixator ) 取代普通斜垫铁和水泥垫块的趋势越来越明显。固定器( Fixator ) 是一种精密升降装置，具有顶升能力,，能垂直提升和校准设备而不需要反复更换填隙片。根据固定器的工作用途, 固定器一般有固定和可调两种形式。对于固定形式，固定器位于台板下面，在校准了设备标高、中心和水平度后就可以进行二次灌浆, 其行程高度不可再调。对于可

9、调形式, 固定器就位于设备底座下面, 中间没有台板就直接支撑在设备下面, 通过灌浆或焊接固定, 固定后可以再次通过调整固定器的行程高度来调整所支撑设备的标高和水平度,具有灵活、实用的特点。但第二代可调垫铁装置由于安装施工经验存在一定的风险，下面将泰州、三百门同型哈汽-东芝1000 MW汽轮机的安装工艺(以下简称新安装工艺),与传统的垫铁安装工艺进行对比分析。2垫铁安装各自特点及关键技术2.1传统的钢质垫铁 目前为止，我国绝大部分已投产运行的机组台板的安装多用传统的钢质垫铁。机组运行时，钢质垫铁受机组热胀冷缩的作用较大，又由于与二次灌浆的膨胀系数不同，时间一长,垫铁很容易松动，从而使机组产生振动

10、，影响机组的安全生产。2.2汽轮机采用水泥垫块与垫铁的安装对比2.2.1工艺特点对比水泥垫块支撑和垫铁支撑方式的工艺特点对比见表1。 表1工艺特点对比水泥垫块支撑方式垫铁支撑方式垫块灌浆料是一种非金属性的、无收缩的、流动性能优良的灌浆料,具有优良的前期和后期强度,确保在静态或周期性负荷下的稳定性。传统的汽轮机支撑工艺,对施工空间和基础表面的混凝土浇注质量有较高的要求。具有优异的流动性,对混凝土基础的表面平整度要求不严格,能够注入并结合在汽机和基础之间,能在很长的时期内保持很高的压力和耐力。为保证良好的支撑和传振效果,对混凝土基础表面平整度和垫铁之间的接触有较高的要求。.施工便利,仅需要普通的搅

11、拌设备,它能用一般的混凝土搅拌器,或在提桶中使用灰浆搅拌器即可。对垫铁的厚度有严格的要求,从工序上应在基础麻面合格后,通过测量确定每一副垫铁的厚度,编号加工配制。需要在施工前进行试验,验证配比。垫铁安装在汽缸就位前进行,在汽缸安装中只存在汽机整体安装成熟后进行的镶配作业。对汽轮机本体安装的工序影响不大。需对环境温度和浇注时间进行合理和准确的控制。便于手工操作,对环境没有特别的要求。对传统的汽轮机安装工序有较大影响,垫块配制占用的工期较长。具有可调性,在二次灌浆前均可再次进行修复性的调整,并能保证接触质量。2.2.1工艺流程对比2.2.1.1采用水泥沙浆垫块的安装工艺流程 基础划线检查标出垫铁位

12、置表面处理制作灌浆模盒低压缸台板就位低压缸水平扬度标高低压水泥沙浆垫块浇注水泥沙浆垫块养护内挡板安装低压缸安装就位盘车箱及中箱就位盘车箱及中箱水泥沙浆垫块浇注水泥沙浆垫块养护前箱就位高中压转子与低压转子找中心前箱水泥沙浆垫块浇注前箱水泥沙浆垫块养护基础二次灌浆。2.2.1.2采用垫铁的安装工艺流程 基础划线检查标出垫铁位置表面剔平确定平垫铁厚度加工平垫铁垫铁配合铲刮安装内挡板镶配垫铁垫铁点焊基础二次灌浆。2.2.13两种工艺流程的比较 通过上述两种汽轮机支撑方式安装工艺流程的对比,可以发现水泥垫块工艺对整个汽轮机安装工序的影响较大,为保证高中压转子和低压转子的轴系中心及前轴承箱和中轴承箱的精确

13、定位,必须将水泥垫块的制模浇注配制工序和汽轮机安装工序结合起来进行考虑。在水泥垫块正式浇注前应完成低压缸下半部及高中压缸下半部的就位及找平找正,并完成轴系的初步找中心;在水泥沙浆垫块正式浇注完成后为便于养护和检查垫块的浇注质量,必须将已安装就位的低压缸下半、高中压缸下半、前轴承箱、中轴承箱和盘车箱吊出,对浇注完成的水泥垫块表面进行养护和检查,合格后再进行安装,从整个安装流程上有重复安装的不利因素。而垫铁工艺则比较单一和独立对汽轮机的安装工序不会造成多大的影响。2.3质量要求对比 质量要求对比见表2。水泥垫块支撑方式主要是保证水泥垫块的浇注强度达到设计要求,控制表面质量并兼顾轴承箱定位和对轮中心

14、的要求,其中控制浇注表面质量和满足轴承箱定位精度是施工控制的重点和难点,必须通过试验进行分析对比,寻找最合适的配比和浇注方法。垫铁支撑方式确定垫铁的厚度是重点,只有保证测量的精确性,得出可靠的平垫铁厚度,才能提供平垫铁的加工厚度尺寸,因此应采用较先进测量装置和测量方法,保证得出可靠的数据。表2质量对比要求水泥垫块支撑方式垫铁支撑方式汽轮机砂浆垫块的浇注应保证满足汽轮机定位精度的要求。每叠垫铁不超过3块,只允许一副斜垫铁。垫块的表面平整,每块砂浆垫块不出现大于20mm的气孔,5mm以上的气孔不超过5点。两块斜垫铁错开的面积不超过垫铁面积的25%。强度达到设计要求。台板与垫铁及各层垫铁之间接触密实

15、,0.05毫米塞尺不入。需要在施工前进行试验,验证配比。垫铁的静载小于4MPa。2.4强度及寿命对比水泥垫块支撑和垫铁支撑方式的强度及寿命对比见表3。表3强度及寿命对比水泥垫块支撑方式垫铁支撑方式寿命 抗压强度(MPa)寿命 抗压强度(MPa24h32从负载时起603d50从负载时起6028d以后70从负载时起60 从上述比较可以看出,水泥垫块的抗压强度比垫铁高,由于水泥垫块和基础属于同类材料,具有融合性,可以保证长期的寿命;垫铁和基础属于两种不同的材料种类,由于物理和化学作用,容易出现结合脱离的现象,对寿命有一定的影响。2.5工序工期对比 水泥垫块支撑和垫铁支撑方式的工序工期对比见表4。 表

16、4工序工期对比水泥垫块支撑方式垫铁支撑方式工序项目 时间工序项目 时间基础准备7个工作日基础准备15个工作日模拟试验15个工作日垫铁加工配制15个工作日模具加工配制10个工作日垫铁铲刮10个工作日正式浇注7个工作日垫铁镶配20个工作日养护检查7个工作日检查3个工作日其他因素20个工作日其他因素3个工作日合计66合计66(注:以300MW机组为参照系) 两种支撑方式的工序工期比较而言，在基础准备阶段水泥垫块所需的工期较短，便于汽机台板尽早就位，开展汽缸的后续安装工作,但该方法模拟试验和浇注所需较长的时间，而且在水泥浇注中及浇注后进行的养护和检查过程中,对汽机安装的工序和工期有较大的影响。2.3、

17、可调固定器安装工艺及问题探讨2.3.1 可调固定器(Fixator) 结构及工作原理 可调固定器的结构原理等同于可调垫铁,由二块相同坡度的斜垫铁组成,一块固定,调节另一块使垫铁升降.可调固定器在上斜垫铁 上增加了一块球形调整块,从而能够自调节平衡。 固定器主要由机身框架, 斜垫铁, 球形座,斜垫铁、调整螺丝以及碗形垫铁等几部分组成。可调式固定器机身框架分为两格, 一格比较大,用于放置斜垫铁, 斜垫铁调整螺丝贯穿两个格子, 螺母在另外一个小格里。球形座在斜垫铁上, 与斜垫铁紧密接触, 所着斜垫铁的前后移动而进行垂直上下运动。碗形垫铁直接座在球形座上, 是与设备接触的直接部位。而固定式固定器只有一

18、个格子, 调整螺母在机身框架外, 随着固定器的灌浆一起埋入混泥土当中。固定器的机身框架越大, 放置斜垫的外形尺寸就越大, 从而可承受的载荷能力也就越强。图4为可调固定器的结构示意图 图4 可调固定器的结构示意图图中上限位主要起到限制上斜铁块升降的作用，其材质为铸铁，若在安装过程中受到前后和左右的力，很容易产生破裂。这一点在安装过程中应特别注意，特别在进行可调固定器调整过程中，一旦产生破裂，该可调固定器失去调节功能。固定器的行程是通过改变斜垫铁位置而进行调整的, 由固定器结构图显示：固定器的球形座的底面是个斜面, 与斜垫铁的斜面紧密接触，通过旋转调整螺丝驱动固定器内的斜垫铁进出，使球形座垂直上下

19、移动，从而调整了设备标高及水平度。对于可调形式的固定器，螺母在小格子内, 小格子布置在设备外面,，在任何时刻均可打开盒子盖，通过扳手拧调整螺丝来调整碗形垫铁的标高。然而固定形式的固定器无此优点，只能在最终灌浆前调整, 当整个固定器灌浆后，无法再拧动调整螺丝，使球形座标高发生变化。由于固定器的碗形垫铁底面是个碗形，可以随意更改受力角度，且接触面积均匀, 所以在安装调整标高的过程中可以自动调平而消除与设备间的接触间隙。 图5为可调固定器实物照片。 图5 可调固定器实物照片。2.3.2 可调固定器(Fixator) 安装和调整汽轮机安装工艺流程为：基础划线检查标出垫铁位置表面处理制作灌浆模盒低压缸台

20、板就位与研磨低压缸水平扬度标高可调垫块复测低压水泥沙浆垫块浇注水泥沙浆垫块养护内挡板安装低压缸台板就位低压缸安装就位盘车箱及中箱就位盘车箱及中箱水泥沙浆垫块浇注水泥沙浆垫块养护前箱就位高中压转子与低压转子找中心前箱水泥沙浆垫块浇注前箱水泥沙浆垫块养护基础二次灌浆。2.3.2.1台板就位 拉钢丝标出汽轮发电机组的中心轴线，并以此定出台板的位置。设好水平基准点后，用精密水准仪(德国蔡司N003A,可估读到0.005mm)对汽轮机台板进行找平,用台板上的调整螺丝调整台板水平。要求每件台板水平度0.02m m/m，各台板总高差0.13mm。可调固定器定位与调整在基础验收合格后，对汽轮机台板进行找平,根

21、据设备图中的垫铁布置，在基础上用明显标志划出垫铁的布置位置，对台板下需要二次灌浆的区域内，对垫铁位置处的混凝土层要求凿出毛面漏出混凝土硬表面层，然后精敲基础，保证垫铁水平0.10 mm/m且接触面均匀密实。然后按照厂家轴系找中图，计算出各垫铁顶部标高，要求预置垫铁标高比计算值低12mm，以便调整，垫铁横向水平偏差0.10 mm/m。在处理好的基础上布置可调固定器，并根据图纸要求的固定器纵横中心尺寸定位，在此前提下调整可调固定器的标高，直至符合要求。接触面合格后,起吊台板,将台板下方埋入销装入，并按照图纸要求将调整螺钉按照埋入销装配图纸要求重新装好。测量台板顶部标高与中心位置应符合图纸要求,各台

22、板标高对图纸的偏差允许值为±1mm,并应使偏差值方向一致,纵横中心线偏差应小于1mm。 图6 对可调固定器进行找平制作灌浆模盒及灌浆与保养 垫块模板用泡沫塑料或用建筑模板制作，按照图纸设计位置制作垫块模板。MF870水泥系一种高强度、不收缩水泥，具有流动性好及承载能力强等特点，28天强度在70MPa以上，膨胀率，能将汽轮发电机的静动负荷均匀传给基础,减少机组振动,保持机组长久、良好运行。水泥垫块浇灌时要注意严格控制水与水泥的配比及搅拌时间，以减少水泥浆中的气泡，避免水泥块成形后表面有气孔，造成垫块与台板接触面积达不到要求。水泥垫块的养护条件：温度对初期水泥垫块的强度影响较大，试验证明，在05的养护温度下,水泥垫块3天的养护强度只有13Mpa，而在1825的养护温度下，其3天的养护强度在70MPa以上。浇注后的水泥垫块经过天养护吊离外缸、台板后，裸露的水泥垫块要盖上湿布,连同周围基础不断地洒水养护至少7天以上，才可正式安装台