作者：郑晓敏
工程上多采用的通流间隙测量方法包括压铅丝、塞尺测量、贴胶布等，这些方法具有直观、应用成熟等优点。但随着机组容量的不断增大，特别是半速百万千瓦核电机组的发展，传统方法暴露出诸多问题，主要集中在因机组体积、重量大造成的各种影响，包括转子巾心偏移（油膜引起）、转子挠度、汽缸自重垂弧以及半缸到全缸下缸体变形等对通流间隙的影响。
尽管工程技术人员在传统方法的应用上．根据机组实际情况进行了各种改进优化．如通过辅助测量部件的变形进行修正，但还是不能真实反映汽缸状态。工程上迫切需要一种新的技术来适应当前大容量大体积汽轮机通流间隙控制的需要。
本文在介绍基于激光追踪原理的TCCS技术基础上，对其在某百万千瓦核电机组现场安装阶段的应用以及存在的问题进行分析．提出改进措施并进行了实践。
1 TCCS技术介绍
1.1 TCCS技术的基本原理
汽轮机通流间隙控制技术(turbine clearanCecontrol system．TCCS)，是一种基于激光追踪原理的汽轮机通流间隙测量技术．利用该技术分别测得转动部分和组装状态下的静止部分的径向、轴向尺寸，通过计算得到相应间隙值。该技术在日本三菱公司已经成熟应用．在国内应用于首批三代百万千瓦核电汽轮机制造中。
TCCS测量系统由带航空摄像头的激光追踪仪( API)、移动API的导轨、测量靶球及靶球固定工装组成，高压缸TCCS测量系统如图1所示。
测量时，将靶球通过工装同定在测点位置，由AP1发射激光到靶球，经平行反射后计算激光入、反射时间，测量距离。API白带的航空摄像头，可顺利观测到靶球，并通过激光反射强度，自动锁定靶球中心，确定测点在API白带的球坐标中的位置，并通过API所在的测量基准中的位置经过坐标系转换，测得测点的坐标。
轴向间隙在半实缸下测量，将API置于汽缸端部外，用手持方式移动靶球对中分面及测量基准进行取点，拟合出中分平面及汽轮机轴线，并建立坐标系：然后再对各级测量点进行取点测量，查询测量点在轴线方向的坐标得出轴向尺寸。再根据转子轴向尺寸测量值及动静定位尺寸(K值)计算出轴向间隙值。
径向问隙在全实缸下测量，将API固定在导轨上．将各靶球用工装固定在被测汽封齿上。利用导轨移动API,对基准点、测量基准圆、测点进行取点，拟合汽缸中心线，计算各测量点至中心线的距离。再根据转子各外圆的直径测量值计算出径向通流间隙。计算时考虑转子挠度、各部件的偏置值等，由设计值计算给出。
1.2 TCCS较传统方法的优点
（1）能够相对真实地反映全实缸状态，主要体现在径向间隙测量上。与TCCS的全实缸测量状态不同，传统方法对左、右两侧间隙使用楔形塞尺在半缸下落转子测量，底部间隙在半缸下落转子压铅丝测量，顶部间隙落转子后仅扣内部套（不扣上缸）测量，这些测量状态都距离全实缸状态差异较大．特别是对百万千瓦核电机组，这种差异不可忽略，也很难准确模拟。半缸到全缸状态下．缸体的变化应呈图2所示趋势，即两端向外有一定张口（本项目现场打表验证，低压缸收口可达到6 mm),底部在把紧螺栓后垂弧一定程度上减少。在本项目安装现场低压缸压铅丝测量时，在半实缸下．在左右两端各布置3个千斤顶向外拉．底部设置2个千斤顶向上顶，加隔板套紧固装置，并通过在排汽导流环安装面打百分表控制，来模拟全实缸下的状态 但通过从设计方了解到，半缸到全缸下内部套的中心会有一定偏移．在现场进行了两种状态下拉钢丝找中验证，确实存在这种偏移。因此，通过半实缸下模拟全实缸实现准确测量，是很难做到的 而TCCS技术可在全实缸下实现测量，这是最接近运行情况的安装状态。
(2)测量精度高。汽轮机厂使用该系统对某台百万千瓦核电机组低压缸调端5e隔板汽封问隙和电端4s围带间隙两级上、下、左、右共8处进行了验证，分别各测3组数据。通过对测量数据的分析，TCCS系统的重复精度为0.005 mm.
(3)可实现转子与汽缸分别测量，减少转子参与总装的工作量，有利于优化工艺，减少成本。
1.3 TCCS技术的局限性
(1)对测量环境要求高。由于激光易受干扰，测量过程中不允许有大的震动源，如吊车不能运行：被测部件不允许有强光、焊接电弧照射；另外测量现场温度要求稳定，变化不应大于5 ℃。因此在实践巾，通常是在夜间实施测量。
(2)对落地式轴承的机组适用程度高，但对诸如坐缸式轴承的机组，则需考虑转子载荷引起的缸体变形，在计算通流间隙时进行修正。
(3)整套测量系统价格相对贵一些。
2 TCCS技术在百万千瓦核电项目的应用
国内首批AP1000项目共建设4台机组，汽轮机为半速机，机型TC6F-54，单轴、一次再热、四缸、六排汽。额定功率l 253 MW,低压末级叶片长1375 mm。全部4根转子（一高三低）采用落地式双轴承支撑。高压缸为水平中分面结构，下缸猫抓支撑在轴承座上。低压内缸通过外缸横向支撑在平台上。缸内部套巾心垂直方向靠中分面上、下垫片调整，水平方向靠底部和顶部径向销调整。汽轮机在厂内各个汽缸按TCCS完成汽封弧段调整，发运现场安装后，压铅丝进行测量。
2.1 工厂内TCCS测量及调整
厂内TCCS基本流程如图3所示。
2.2 安装现场对汽轮机的通流间隙“只测量不调整”
现场安装时，按厂家给定的每根转子的K值，设定转子和汽缸的轴向相对位置：按厂家给出的技术要求设定高、低压缸和转子相应部位（如图4所示）的相对位置。同时确认垫片和径向销安装准确，在安装阶段不需对缸内隔板、围带的汽封问隙进行调整．厂内TCCS测量调整的间隙值将作为安装时的间隙。
对于端部汽封间隙，由于厂内不参与TCCS测量，仍需在现场用常规方法进行测量并调整。
考虑到检修期间在现场实施TCCS测量难度较大，可能性较大的测量方式还是压铅丝，厂家以安装现场压铅丝测得的数据为基准，给出在检修期间压铅丝测量间隙的专门控制标准，若在检修期问测量的间隙值超标，则对弧段进行调整。
2.3现场压铅丝数据与TCCS数据比较
安装现场对汽轮机进行了压铅丝测量．图5和图6是分别采用2种测量方法得到的径向间隙在上下、左右方向的数据，每条曲线上的点从右向左依次是一级动叶、二级隔板、二级动叶、三级隔板、…、十级隔板的间隙测量值。通过对测量值与TCCS数据的对比分析，发现以下问题：
(1)压铅丝测得的数据中，737个数据（占测量总数的36%）与设计要求存在偏差。后厂家解释压铅丝测得的数据不准，应以TCCS为准。
(2)压铅丝数据与TCCS数据未体现应有的总体趋势。图5和图6对2号低压缸径向间隙数据进行了对比，可看出这几组数据在趋势上体现的规律不一致.
(3)个别数据情况异常．以2号缸调端3~5级隔板、围带汽封间隙为例，现场测量数据为O。
上述问题说明在厂内TCCS测量时，存在一些问题导致测量结果错误。通过进一步凋查，暴露出以下一些问题：厂内存在未执行汽封弧段加工指令的“漏加工”情况：厂家不能提供可置信的弧段加工记录：现场伞实缸拉钢丝找中．内部套中心未体现出设计要求左偏0.26 mm的偏心量。
鉴于此，在安装现场实施TCCS重新测量，以确定安装通流间隙．并调查存在的问题。
3 TCCS技术应用中存在的问题分析及解决措施
3.1 现场环境对测量系统的影响及解决措施
(1)导轨支撑的有效性，导轨的刚性和稳定性对测量有一定影响，厂内测量导轨采用“墩子”支撑，而安装现场轴承箱之间跨距大于导轨长度．且轴承箱内壁涂有耐油油漆，放置“墩子”支撑可能会破坏油漆。现场测量时，采用在外缸排汽锥形导流环上安装槽钢，通过将导轨焊在槽钢上支撑导轨并保证其刚度。测量前需对这一支撑方式进行稳定性验证，即对某一测点测量，之后转动API机头再次测量，以检查机头转动引起的振动对测量结果的影响，误差控制在0.01 mm内。
(2)避免管道焊接、热处理造成的影响。安装现场与缸体连接的抽汽管道施焊、热处理情况普遍．若在测量前或测量中存在这一情况，则可能导致缸体各位置温度差异大、缸内气氛温度差异大．导致测量不准。鉴于此情况，应尽量保证测量前和测量中不进行相应管道焊接。
(3)确认千斤顶状态。应保证缸体在测量时处于自由状态，扣缸使用的千斤顶均应泄压。在现场的一次测量中，由于2号低压缸电端右侧千斤顶未泄压，导致测量时下缸变形使椭圆度增大，缸体中心向下偏移约0.15 mm,影响测量结果。
3.2 汽缸中心拟合存在的问题及解决措施
3.2.1 选择合适的基准圆拟合取点方式
TCCS测量时，需在图4基准圆处取点拟合圆．连接两端圆心作为缸体中心线。由于低压缸调整圆是合缸立车加工，高压缸分缸加工，因此扣缸后受白重和内部套重量影响，调整圆存在一定椭圆度。因此取点方式对基准圆的拟合有较大影响。现场实践发现，采用在基准圆下半部分两侧采多点拟合方式和基准圆全网取点（上、下、左、右4个位置各采3点）拟合方式，两种方式下做出的缸体中心线，垂直方向低压缸相差0.30mm，高压缸相差0.10 mm,全圆拟合方式的中心线相对要高。
这一差异引起的直接结果就是下半缸拟合中心线方式的测量结果，上部间隙偏大、下部间隙偏小。而现场安装时，采用落转子全实缸找中，在轴系找中后，通过在转子或动叶顶架表，盘动转子使基准圆上、下、左、右4处的读数达到设计要求，确定缸体中心。这一做法与全缸找中较吻合．因此在TCCS测量时，应采取全缸找中方式。
3.2.2 消除高压缸汽封端面错牙的影响
由于高压缸上下半分缸加工，不可避免在汽封端面有错牙影响，技术要求在加工后合缸检查中，允许电、调端面各有0.07 mm的上下缸轴向错牙。这种情况如果在基准圆直接取点拟合，则可能会因错牙导致拟合出的圆有一定倾斜，造成中心线拟合失准，影响测量结果。因此在取点时，应先在高压缸调、电端汽封安装面取点，拟合平面．再在基准圆取点并分别投影至各平面，以投影的点拟合圆，即可消除端面错牙的影响。TCCS取点拟合如图7所示。
3.3测量值不能达到预期的问题及解决措施
初期测量时经常出现第1次测量后按指令修复后的弧段，在第2次测量时仍不能达到预期，如高压缸336个测点中，第1次测量中有178个测点不合格，经修复弧段后，第2次测量仍有158个测点不合格，很多点在两次测量中波动较大，第1次测量合格而第2次测量却不合格，或者两次测量大小趋势相反。这无形中增多了测量次数，增加了工作时间。经现场实践，采取了一系列措施，解决了这一问题。
(1)注重误差控制。每个缸测量前，至少进行2次汽缸中心拟合，确保中心差在0.03 mm内，再进行测量：每天测量前，进行重复精度验证，控制在0.03 mm内：每次移动API后，依次测量
4个基准点，测量“转站”误差，控制在0.05 mm内。
(2)保持弧段安装状态的一致性。测量时仅安装测点部位弧段，背部不安装弹簧，用木筷子塞紧保证其涨起状态。两次测量时分别对弧段背部间隙测量（如图8所示），发现弧段安装状态会对测量数据造成较大影响。通过对高压缸部分弧段2次塞紧状态下的测量结果发现，在每次测量前对弧段背弧塞紧间隙测量记录，下次安装时确保与上次的间隙接近一致，可大幅减少测量偏差。
(3)确认弧段表面状态。根据抽取部分高压缸弧段的现场目视检查，发现弧段表面存在磕碰、歪倒、不平等情况，这会直接影响测量结果。针对此情况．在弧段安装前做好检查，发现问题及时修复，保证测量状态良好。
(4)保证靶球安装贴死汽封齿。靶球工装的设计应能保证安装靶球后，靶球与汽封齿贴合紧
密。但实际工作中可能会造成靶球与汽封齿之间有缝隙，影响测量准确度。在用手持式靶球在基准圆取点时，用塞尺测量其缝隙间隙值．确保无间隙。同时，可考虑采用日本三菱公司设计的靶球工装，在靶球与测点接触时，通过二极管指示灯发亮来直观判断。
(5)选用准确的弧段加工基准。汽封弧段是整圆加工后切割分段的，切割时必然会有一定变形，因此在机加修复时，如选择以外网面为基准找正，则会造成修复量不能在测量时体现或相邻弧段有高低差等，一定要按工艺选择背弧为基准在机床上找正。同时，当间隙偏大调整了背弧时，会造成整圈弧段周向膨胀间隙变小，因此应在正式安装时确认周向间隙，若偏小则应对端部做适当加工。
(6)尽量消除其他因素影响。每次开、合缸巾分面间隙的变化、螺栓把紧力矩和把紧顺序等都会对通流间隙产生一定影响，应尽量保证每次开合缸时相应工作的统一。为消除安装时，吊装缸体和内部套造成的应力影响，建议在合缸后，静放1天后测量。
(7)减少开合缸次数。为减少开合缸造成的巨大工作量，采取第1次测量后，将间隙修复至接近下差或小于下差0.1 mm左右．第2次测量时，则可根据测量情况，对间隙偏小的点在不开缸情况下，由钳工手修至合格范围。实践证明这可以大大提高工作效率。另外，如测量后仍存在个别间隙偏大，需修背弧的情况，则可间接验证，不再合缸测量。
3.4上部径向销照配问题及解决
本机组缸内部套的横向定位是通过上部和下部的偏心径向销实现。根据设计理念，下部径向销主要起定位作用，上部径向销不起定位作用。与大多数机型设计时不带卜部销子相比，本机组的上部径向销作用有2个，即热膨胀导向以及防止启动后内部套冈转子反转力偏转。但实际制造中，容易出现上部径向销配不准，导致扣缸后，销槽和销子之间的问隙配合破坏．互相之间作用力导致部套翻转、变形等，引起部套中心偏移，因此配准径向销偏心量很重要。
下部径向销的调整量按式(1)选取。
式中：ADo、AD，分别为调整前后下部销子的偏心量；To、Tr分别为调整前TCCS测得的偏心量和调整后目标偏心量。
上部径向销的调整量需结合下部测量结果．将内上缸翻转后落入上半内部套后的测量结果来计算，按式(2)选取。
式中：△Uo、△U1分别为调整前后上部销子的偏心量；σ1L、σ1R分别为调整后下缸与下半部套背弧之间左、右间隙；δ1L,、δ1R分别是调整前翻缸后上缸与上半部套背弧之间左、右间隙。
实际制造中，南于上缸翻转后支撑、内部套起吊等方面较难保证状态与实际扣缸时基本一致．致使上半销子可能配不准。在吸取设计方经验的基础上，采取了以下改进措施对翻缸后的背弧间隙测量、配销子工作进行完善。
(1)上缸翻缸后采用合理的支撑方式。原方案为进汽口法兰面直接在地面支撑．或配合使用千斤顶，这将导致汽缸因白重作用使中分面向外张口变形。实践中解决方案为采用猫爪处垫箱支撑．同时用水平仪检查中分面水平度，确保中分面水平。
(2)内部套的固定方式。内部套安装时，若采用导链吊装，则内部套中分面处可能凶变形收口，导致背弧间隙测量不准；若采用吊梁吊装，则可解决内部套收口变形问题．但内部套巾分面找平操作难度加大。实践中解决的方法为在内部套巾分面通过螺栓固定压板．压板支撑在汽缸中分面上，支撑部位加垫片调整水平．通过深度尺测量内部套与缸体中分面高差确定其水平度。
(3)探索采用不翻缸方式配径向销的途径。即合缸状态下，中分面不装定位销．只装4个角的螺栓，并在中分面上涂润滑剂。由于没有定位销，上半蒸汽室将向一个方向偏移，此时通过在内缸上的检修窗口．则可测量背弧问隙并调整销子。但这种方法有损伤内部套中分面的风险，需慎用。
4改进后的测量结果
按以上技术措施进行调整．并在现场完成了TCCS测量以及传统压铅丝方式测量．数据对比情况见图9和图10。从图9和图10中可以看出，两种测量方式得到的数据在趋势上体现了，半缸到全缸下的状态变化，既顶部间隙略微变大，底部问隙明显变小，两侧均有较小程度的变大，但相对不明显。通过对现场测量过程的跟踪监督和测量结果的分析，可以认定TCCS测量数据是可靠的。
5结语
(1)传统的通流间隙测量方法在大型汽轮机组应用时存在因汽缸变形导致半缸测量状态与合缸状态差异较大的局限性。
(2)基于激光追踪原理的TCCS测量技术具有精度高、可实现全实缸状态下的测量等优势，
可以弥补传统测量方法的不足。
(3)针对在安装现场暴露出的问题，从测量环境、中心拟合、误差控制和径向销照配4个方面提出15项技术措施．解决了TCCS在国内应用不成熟的问题，也为在安装、检修时开展这一技术提供了重要借鉴。
6摘要：针对大容量核电汽轮机在采用传统方法测量通流间隙时，半缸状态下测量值不能准确反映实际运行状态的问题，介绍了一种可应用于全缸状态、基于激光追踪原理的通流间隙测量技术，即TCCS技术：就TCCS技术与传统方法进行了比较，阐述了其优点和局限性。针对TCCS技术在国内大型核电汽轮机组的应用情况，进行了数据分析，提出了该技术在实际应用中存在的问题．并结合现场实际情况．从4大方面提出15条措施。通过这些措施的实施，解决了应用中出现的问题．改进的TCCS技术在现场的应用取得了理想的效果。
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