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摘要：100MW以下汽轮机供货周期短，汽轮机转子与静子部分的制造期量的差别大，常常不能同时参与汽轮机总装配。为了解决转子叶片不能及时参与总装测通流的问题，文章分析汽轮机总装配工艺基础上，讨论可能的模拟装配方案，制定了汽轮机转子本体无叶片状态下测量通流的方法。跟踪了采用该方法测量通流间隙的汽轮机最终安装和投运情况。
关键词：汽轮机，总装配，通流间隙
1 前言
钢铁企业炼钢用煤会产生较多数量的副产煤气，高效回收和利用富余煤气发电，尽量提高自发电比例，在钢铁主业竞争加剧和国家节能减排的政策压力下，对提高钢铁企业竞争力具有重要意义。功率等级为65MW~100MW的单缸再热高效工业发电汽轮机，是国内首批100MW等级以下的超高压、高温、单缸、再热冷凝式炼钢煤气余热利用汽轮机，在市场上属于独有机型，订货机组数量激增。
汽轮机是重型工艺装备，主要的零部件都是各种大中小型铸锻件加工而成，原材料和零部件制造周期长、不同零件制造周期差异大。动叶片制造周期普遍滞后转子本体一个月以上、转子本体制造周期滞后静止部件一个月以上，因此机组厂内总装配测通流时部件周期制约造成的等待时间长，严重影响用户项目的投产期和投资回报。因此研究和实施汽轮机转子叶片和静止部件在时间和空间上不统一的总装通流间隙测量方法具有重要的意义。
2 汽轮机总装配通流间隙
汽轮机是利用水蒸汽内能做功的回转式原动机。主要由转子(主轴、叶轮和动叶片)、静子（汽缸、静叶、轴承）等部件组成。工作时进行两个能量转换过程，即先使蒸汽通过静叶栅使其流动速度升高，此时蒸汽的内能转化为蒸汽的动能；然后再将蒸汽冲转动叶栅从而转换成转子旋转的机械能，推动转子高速旋转。
为避免转子与静子的碰撞摩擦发生事故，在静子（喷嘴）与转子（动叶片）之间应有一定的轴向间隙和径向间隙，统称为汽轮机通流间隙。而在汽轮机的制造装配过程中，要求在不发生动静碰摩的前提下，应使通流间隙处于设计范围内并接近最小值，以减少汽轮机级间漏汽损失，提高机组功能转化效率。
图1：汽轮机单级通流间隙示意图
3 方案讨论和比选
通过对公开的文献的查询和检索，收集了国内外主要的汽轮机厂商的资料，国内三大汽轮机厂都有无转子装配的案例和经验；国外有东芝、三菱、西屋采用过虚拟或模拟装配技术。各厂所采用的技术表现形式和层次有不同，有数据库计算仿真、参数化驱动三维模型计算仿真、激光跟踪仪测量计算、专用工装辅助测量计算、数控机床尺寸保证等，但核心和根本原理都是闭环尺寸链的求解问题，都认识到虚拟装配的关键在于实际加工尺寸的精确测量。
3.1 尺寸链的设计
模拟、虚拟装配的根本原理是闭环尺寸链的求解问题，成败的关键在于实际加工尺寸的精确测量和尺寸链求解。有主机所有部套全三维建模参数化驱动、程序设计语言（如C++语言）编辑封装的输入/输出计算程序、Excel表格计算求解等方法。
3.2 零部件实际尺寸测量
对零件实际加工尺寸的精确测量，有人工测量工量具如游标卡尺、三坐标仪器精确测量、逆向技术中的三维光学测量、尺寸加工后在原数控机床上的机床测量等方法。
3.3 方案讨论
通过研究和对比不同尺寸链和各种测量方法的经济成本、应用效果和使用周期，结合钢铁企业用户对富余煤气发电项目的周期需求，比选确定了兼顾经济成本和应用效果的方案：
3.3.1转子体精加工完成、暂不装配动叶直接参与汽轮机总装配
3.3.2在总装配时只测量转子体叶轮与隔板体之间的距离E、G、H（图1中所示），将每级E值记录并作为该级尺寸链中转子与静子的联系值。
3.3.3单独采集每一级隔板的实际尺寸，如图2所示
3.3.4待转子与动叶片最终加工完成后，测量转子每一级实际尺寸，如图3所示
3.3.5对每一级的通流尺寸（图1）建立尺寸链，通过前三步骤采集的联系值和实际尺寸，计算出相应的通流间隙值：
A=E-(I-J)+(S-R)；B=E-(I-K)+S；C1=（I-M）-（S-V）-E；C2=E-（I-L））+（S+T）；
D1=(D6-D3)/2；D2=(D5-D4)/2；
图2：某级隔板实际尺寸测量图 图3：转子某级叶片精加工实际尺寸测量
3.4 方案评价
方案选择了对每一级通流（包含一级静子隔板和一级转子动叶）单独建立尺寸链，并由转子叶轮与静子隔板的距离E建立联系，将尺寸链内的尺寸数目控制在较少的范围内。因此计算获得的通流间隙值的误差较小，其误差来源只有两个方面：隔板体尺寸实测误差、转子叶片精车尺寸实测误差，从而减少了尺寸过多带来的累计误差。
由于转子在完成汽轮机总装配中的联系值E的测量后，即可与静子分开在工艺流程上互相不再牵扯，转子继续安装动叶片和高速动平衡等工序，静子部件调校后可以直接发货到用户项目现场进行最终安装，满足的项目安装周期。
4 应用和实际结果
用于钢铁企业煤气利用发电的单缸再热汽轮机，从2014年开始65MW等级共投运32台、80MW等级共投运30台、100MW共投运10台，其中25台的机组采用了转子无叶片状态下汽轮机总装配通流测量方法。通过对这25台机组在用户项目现场安装和投运情况跟踪，机组全部如期投运至今运行效果良好，说明本文所述方法满足缩短汽轮机制造周期的需要，同时也保证了汽轮机总装配通流测量的质量。
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作者简介：魏安荣（1985-），男，工程师。2008年毕业华中科技大学机械设计制造专业，现主要从事工业汽轮机制造总成和试验工作
论文作者:魏安荣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/27
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