（福建福清核电有限公司 350318）
摘要：介绍了汽轮机通流间隙的测量方法及典型过程，从转子或汽缸挠度、导汽管重量及测量工艺方面分析了对径向通流间隙测量的影响，提出了长时间盘车、实施负荷分配及改进测量工艺等改进措施。重点分析了传统测量工艺中因汽缸中分面螺栓紧固带来的铅丝预压缩、进而导致测量间隙与实际值不一致的问题，提出了消除铅丝预压缩的汽缸预抬法。通过采用各种改进措施，能够有效提高通流间隙测量的准确性，提高机组的经济性和安全性。
关键词：汽轮机；径向通流间隙；测量；预抬
1引言
汽轮机由转子、静子等部件组成，蒸汽在汽轮机静叶栅中膨胀做功，推动转子旋转，转子与静子之间必然存在间隙，这个间隙就称为汽轮机的通流间隙。汽轮机的通流间隙包括径向间隙和轴向间隙两部分。
径向通流间隙是汽轮机最重要的指标之一，相关研究表明，汽轮机漏汽损失约占到汽轮机内部损失的1/3，其中叶顶漏汽损失占22%，隔板漏汽损失占7%[1]。如果间隙过小，在汽轮机启停或者升降负荷阶段，由于动静部分膨胀量不一致的原因，很有可能会导致动静碰磨，进而引发机组振动，甚至可能导致机组停机甚至是设备部件损坏等重大事故；如果间隙过大，则会造成级间漏汽损失增大，汽轮机的热效率降低，进而影响整个机组的经济性。
汽轮机是核电厂最关键的设备之一，其安全稳定性直接关系到发电厂的经济效益。汽轮机径向通流间隙不能过小也不能过大，必须将其控制在合理的范围内。采用合理、可靠的通流间隙测量工艺，是保证大修质量的前提之一，也是保障机组安全稳定运行的重要控制手段。
2汽轮机径向通流间隙测量方法
汽轮机的径向通流间隙包括叶顶汽封间隙、隔板汽封间隙和轴封间隙。典型的对应位置见下图1。
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图1 典型的叶顶汽封（左）、隔板汽封（中）、轴封间隙（右）间隙示意图
叶顶汽封间隙是指汽轮机转子叶片顶部围带与隔板之间的间隙。见图1中左上部位。隔板汽封间隙是指隔板汽封与转子之间的间隙。见图1中右上部位。轴封间隙是是轴封与转轴之间的间隙。见图1中下方部位。
汽轮机径向通流间隙通常可通过塞尺直接测量或者压铅丝的办法测量。其他方法如激光测量法也可以测量汽轮机的径向通流间隙，但与本文要讨论的内容无关，不再赘述。
2.1直接测量法
对于左右方向（汽轮机向发电机看，左手边为“左”，右手边为“右”，下同）的间隙，在半实缸状态下，直接用塞尺进行测量，塞尺的厚度值即为实际间隙值。
2.2间接测量法
在汽轮机内部，无法采用塞尺直接测量各部分间隙。因此，对于上下方向的间隙，常常通过压铅丝（若部分级的间隙较大，也可采用压肥皂的方法）、再测量铅丝厚度的方法进行测量。径向通流间隙合格后，可再通过“滚胶布”方法验证间隙数据在合格范围内。
3汽轮机径向通流间隙影响因素分析
大修阶段典型的汽轮机通流间隙测量过程如下：
a)半实缸状态下用塞尺测量左右侧径向通流间隙，半实缸状态下用压铅丝方法测量下部径向通流间隙T下。
b)全实缸状态下用压铅丝方法测量上、下部径向通流间隙T1上，T1下。
c)用T下与T1下比较得出上半汽缸、隔板的重量对于径向通流间隙的影响值f。
d)如果测得数据不合格，对汽封块进行修理或者更换，然后重新压铅丝得到半实缸、全实缸状态下的上下部位径向通流间隙值。此时，可通过f值对测得的间隙值进行修正，减少多次进行全实缸压铅丝造成的工期延长。
核电汽轮机尺寸大，质量重，结构方式相对复杂，影响径向通流间隙的因素有很多。除了设备本身造成的因素外，测量工艺也会直接影响径向通流间隙的最终结果。
3.1转子、缸体本身挠度会对径向通流间隙测量结果造成影响
以某核电百万千瓦级汽轮机低压缸为例，低压转子质量约283吨，转子跨距约10m，转子质量重，跨距长，常时间静止状态下垂弧最大可达0.1mm，造成下部间隙测量值比偏实际值要小，上部间隙测量值比实际值要大。此外，低压内缸下半质量约150吨，横向与轴向方向的挠度也会对测量结果造成影响。
3.2汽缸导汽管重量会对径向通流间隙测量结果造成影响
汽缸导汽管与汽缸直接相连，尽管部分导汽管依靠支吊架承受重量，但仍有部分重量依靠汽缸承担，如果管道支吊架存在缺陷或未安装好，这部分的重量会对汽缸各猫爪支撑重量产生有大的影响，也会对汽缸的挠度造成影响。此外，汽缸的挠度还受导汽管内部应力的影响。
3.3汽封圈椭圆度对径向通流间隙测量结果造成影响
将汽封圈当做理想的圆形时，只需测量左右侧、上部（或者下部）径向通流间隙即可，上（下）部间隙可通过T上（T下）=T左+T右-T下（T上）得出，这种方法常用于汽轮机初始安装阶段，安装阶段也很少考虑它们的椭圆度。但是汽轮机经过一定时间的运行后，汽封圈可能会发生偏磨，隔板和汽缸也会由于应力释放而可能发生变形，汽封圈很有可能为椭圆形，仍然采用这种办法势必对结果带来很大的误差。
3.4测量工艺会对径向通流间隙测量结果造成影响
在全实缸压铅丝测量径向通流间隙过程中，紧固汽缸中分面螺栓会造成汽缸中心上抬，见图2。此时下部的铅丝会再次被压缩，而上部的铅丝由于在汽缸就位后已经被预压过，测量得到的铅丝厚度值不能代表实际的上部间隙值，铅丝厚度值比实际间隙值小，结果是不准确的。
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图2 汽缸中分面螺栓紧固前（左图）后（右图）对铅丝厚度的影响
对于上猫爪支撑方式的汽缸，需要对汽缸进行上抬转换为正常上猫爪支撑形式，此时，底部的铅丝厚度还会进一步被压缩，上部的铅丝的厚度也变得不可预测，铅丝的厚度值更加不能代表间隙的实际值，见图3。
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图3 汽猫爪置换前后对铅丝厚度的影响
4汽轮机径向通流间隙测量方法改进
为了消除以上因素对径向通流间隙的影响，有必要改进径向通流间隙测量工艺流程，保证测量的数据准确，提高汽轮机运行的经济性，降低汽轮机运行风险。
4.1对转子进行长时间盘车以消除转子自身挠度
转子吊入汽缸前，可以采用电动滚轮支架进行盘车直轴；如果现场不具备电动滚轮支架盘车条件，待现场顶轴油系统恢复后可以采用启动顶轴油泵配合行车进行直轴的方法法。
总之，在半实缸或全实缸压铅丝测量径向通流间隙前，对转子采取长时间的盘车，可以消除转子自身挠度，减小因挠度引起的通流间隙测量误差。
4.2减少导汽管对汽缸挠度的影响
大修期间对汽轮机进行负荷分配，并对导汽管各支吊架进行检查，降低导汽管重量、焊接应力对汽缸挠度的影响，可以提升通流间隙测量准确度。
4.3通流间隙测量方法改进
如前文分析，不宜采用直接测量或者计算方法得到汽轮机上部或者下部径向通流间隙值。因此，有必要采用一种新的测量工艺来准确地获得通流间隙值。
以采用上猫爪支撑形式的汽轮机高中压缸为例，为了得到全实缸状态下的上下方向通流间隙值，需要在铅丝布置后，将汽缸转换为上猫爪支撑。
为了消除测量工艺对通流间隙实测值的影响，采用如下方法，可以较为准确地得到实际间隙值。相关流程说明见图4。
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图4 上汽猫爪支撑方式的高中压缸径向通流间隙测量方法
a)空缸状态下，测量隔板或叶顶汽封上下方向直径值。
b)测得直径值减去转子直径或围带直径，得到上下方向总间隙T总。
c)转子吊出后，取出下半隔板汽封块。
d)根据下部间隙值的最小值，选取下半汽缸合适的上抬量，本文仅做示范，选取下半汽缸上抬量为1mm。
e)转子、上半隔板落入，因汽缸已经整体上抬，上部铅丝未被预压。
f)汽缸上半落入，紧固汽缸中分面1/3螺栓，汽缸中心进一步上抬。
g)下猫爪支撑转换为上猫爪支撑，置工作位置。
h)转换为下猫爪支撑，汽缸中分面仍较初始状态上抬1mm。
i)拆卸上半汽缸、隔板，取出铅丝并测量厚度，这个厚度为真实的上部间隙值。
j)上下总间隙T总减去上部间隙T上，得到下部间隙真实值。
以采用下缸支撑的汽轮机低压缸为例，为了消除测量工艺对通流间隙实测值的影响，采用如下方法，可以较为准确地得到实际间隙值。相关流程说明见图5。
a)按正常工作流程，全实缸测量底部径向通流间隙。
b)转子吊出后，取出下半隔板汽封块。
c)根据下部间隙值的最小值，选取下半内缸合适的上抬量，本文仅做示范，选取下半内缸上抬量为1.5mm。
d)转子、上半隔板落入，因汽缸已经整体上抬，上部铅丝未被预压。
e)汽缸上半落入，紧固汽缸中分面螺栓，汽缸中心进一步上抬。
f)汽缸下落，置工作位置。此时得到压缩的顶部铅丝厚度值就为真实的顶部径向通流间隙。
g)再次上抬内缸1.5mm（松开汽缸中分面螺栓后，上部重量会再次导致铅丝预压，故需要再次上抬）。
h)拆上半汽缸、隔板，取出铅丝并测量厚度，这个厚度为上部间隙真实值。
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图5 下缸支撑的低压缸径向通流间隙测量方法
上述方法是将汽缸预先上抬，通过预抬量的控制，来消除汽缸中分面螺栓紧固带来的铅丝预压缩、导致测量间隙与实际值不一致的影响。在实际操作中，也可以采用转子预落的方法进行。无论是采用何种方法，目的都是一致的，在实际运用中可根据现场情况及难易程度选择。
5总结
通过以上分析，可以得出以下结论：影响汽轮机径向通流间隙测量的主要因素有转子或缸体本身挠度、导汽管重量、汽封圈的椭圆度，采用长时间盘车、负荷分配及改进通流间隙测量工艺，可以有效消除这些因素的影响。
本文还提供了一种新的测量汽轮机径向通流间隙测量工艺，即通过采取汽缸预抬或转子预降的方式，来消除传统工艺中铅丝预压缩带来的误差。这种方法能够提高大容量核电机组汽轮机通流间隙测量的准确性，进而提高机组的经济性和安全性。
参考文献
[1]曹丽华，胡鹏飞，李涛涛，等．汽轮机高压级叶顶间隙流的特性分析［Ｊ］．中国电机工程学报，2011（23）.