干燥寒冷環(huán)境下汽輪機(jī)砂漿塊裂紋成因及控制措施

陳春輝，姚志威，董藝

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江火電建設(shè)有限公司，杭州 310016)

0 引言

汽輪機(jī)作為熱力發(fā)電廠的核心設(shè)備，其安裝質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。支撐系統(tǒng)作為汽輪機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，承擔(dān)著傳遞機(jī)組動(dòng)、靜載荷的任務(wù)，其安裝質(zhì)量對(duì)機(jī)組的振動(dòng)指標(biāo)及使用壽命產(chǎn)生長(zhǎng)期而深遠(yuǎn)的影響。與傳統(tǒng)的墊鐵支撐方式相比，無(wú)收縮高強(qiáng)灌漿料制作的砂漿墊塊支撐的有效接觸面積更大、傳遞載荷更均勻平穩(wěn)，近年來(lái)已廣泛運(yùn)用于大型熱力發(fā)電廠的安裝中。

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)商和研究者對(duì)無(wú)收縮高強(qiáng)灌漿料制作的砂漿墊塊安裝工藝的研究主要針對(duì)常規(guī)環(huán)境溫度，對(duì)特殊環(huán)境下的配制過(guò)程及安裝工藝的研究甚少。本文以干燥寒冷地區(qū)的某350 MW機(jī)組為例，通過(guò)對(duì)比分析，研究干冷環(huán)境下控制砂漿墊塊裂紋缺陷、提高砂漿墊塊制作一次合格率的措施。

1 問(wèn)題描述

本文介紹的機(jī)組地處新疆阿克蘇地區(qū)，該地區(qū)降水稀少、蒸發(fā)量巨大、空氣干燥、晝夜溫差大、夜間溫度低。該機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的CCZK350/289.6/24.6/1.5/0.4/569/569型超臨界抽汽式直接空冷燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)臺(tái)板采用西卡Sikagrout TP灌漿料澆筑的砂漿墊塊作為支撐。

低壓缸砂漿墊塊與高中壓軸承座砂漿墊塊同時(shí)施工，采用相同的工藝。7d保養(yǎng)期過(guò)后發(fā)現(xiàn)：低壓缸砂漿墊塊全部合格，如圖1所示；高中壓軸承座砂漿墊塊5塊出現(xiàn)裂紋，且均為貫穿性裂紋，如圖2所示。

圖1 低壓缸砂漿墊塊合格成品

圖2 高中壓軸承座砂漿墊塊貫穿性裂紋

低壓缸砂漿墊塊共64塊，合格率為100%，高中壓軸承座砂漿墊塊共38塊，合格率為86.84%。

2 原因分析

砂漿墊塊的缺陷集中在高中壓軸承座基礎(chǔ)上，且均為貫穿性裂紋，屬于嚴(yán)重缺陷，而低壓缸基礎(chǔ)砂漿墊塊全部合格。兩者同時(shí)施工，采用同種材料、同種工藝、相同的施工人員，因此原因分析重點(diǎn)放在兩者的差異性上。

2.1 尺寸差異

低壓缸基礎(chǔ)砂漿墊塊的長(zhǎng)度均為350 mm，寬度為150，125 mm；高中壓軸承座基礎(chǔ)砂漿墊塊的長(zhǎng)度為381～900 mm，寬度為125～250 mm，其尺寸及數(shù)量見(jiàn)表1。

由表1可知，低壓缸和高中壓軸承座的砂漿墊塊寬度基本一致，都在125～250 mm之間，差異較小。但低壓缸墊塊長(zhǎng)度均為350 mm，而高中壓軸承座墊塊最長(zhǎng)達(dá)900 mm，為低壓缸墊塊長(zhǎng)度的2.57倍，且長(zhǎng)度為800～900 mm的墊塊數(shù)量有26塊，占高中壓軸承箱墊塊總數(shù)的68%，所有出現(xiàn)缺陷的墊塊，長(zhǎng)度全部在這個(gè)范圍內(nèi)。

表1 低壓缸、高中壓軸承座基礎(chǔ)砂漿墊塊尺寸及數(shù)量

由于高中壓軸承座砂漿墊塊明顯偏長(zhǎng)，其在澆筑成型過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)力分布更為復(fù)雜，表面積更大使其對(duì)外界環(huán)境的變化也更為敏感。澆筑成型過(guò)程中，各部位溫度不均、水分含量不均都將導(dǎo)致墊塊固化程度不同，從而出現(xiàn)斷裂、斷層等現(xiàn)象。

2.2 布置差異

低壓缸共有16塊臺(tái)板，每塊臺(tái)板下布置有3～5塊砂漿墊塊，如圖3所示；而高中壓軸承座為整體臺(tái)板，底下布置有38塊砂漿墊塊，如圖4所示。

圖3 低壓缸混凝土墊塊布置

圖4 高中壓軸承座砂漿墊塊布置

由于兩者布置結(jié)構(gòu)不同，因此制作的灌漿模盒也不同。低壓缸臺(tái)板由于短小且位置空間足夠，模盒的溢流端可以高出臺(tái)板，澆灌時(shí)可以通過(guò)觀察溢流情況來(lái)判斷澆灌內(nèi)部的飽和狀態(tài)，如圖5所示。高中壓軸承箱臺(tái)板是整塊臺(tái)板，模盒的溢流端隱藏于臺(tái)板之下，溢流端不可高出臺(tái)板底面，澆灌時(shí)無(wú)法觀察溢流情況，難以準(zhǔn)確掌握內(nèi)部澆灌的飽和狀態(tài)，如圖6所示。

圖5 低壓缸灌漿模盒布置

圖6 高中壓軸承座灌漿模盒布置

在澆灌完成后的保養(yǎng)期間，由于軸承座墊塊的溢流端都隱藏于臺(tái)板下，很難對(duì)溢流端及其附近區(qū)域充分進(jìn)行澆水保養(yǎng)，導(dǎo)致單塊砂漿墊塊水分保養(yǎng)量不均，從而引發(fā)墊塊裂紋、脫落等缺陷。

2.3 環(huán)境的影響

(1)該地區(qū)3月上旬晝夜溫差大(10～15 ℃)，砂漿墊塊區(qū)域溫度不均衡；夜間溫度低(-3～2 ℃)，對(duì)砂漿墊塊養(yǎng)護(hù)不利。

(2)砂漿墊塊施工時(shí)廠房尚未完全封閉，且該地區(qū)3月上旬大風(fēng)、沙塵天氣頻發(fā)，砂漿墊塊水分散失非?？臁８咧袎狠S承座砂漿墊塊結(jié)構(gòu)相較低壓缸更為復(fù)雜且密閉，致使高中壓軸承座砂漿墊塊的外圈比內(nèi)部的水分散失更快。

(3)由于軸承座砂漿墊塊結(jié)構(gòu)布置的特殊性，在臺(tái)板覆蓋下的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，澆水時(shí)無(wú)法徹底濕潤(rùn)到墊塊的每個(gè)角落，無(wú)法保證各部位的水分均衡。

3 預(yù)防對(duì)策

(1)砂漿墊塊澆灌完成后，在臺(tái)板上覆蓋電熱毯和棉被，以保證臺(tái)板底下各砂漿墊塊溫度均勻，同時(shí)也防止砂漿墊塊夜間保養(yǎng)時(shí)溫度過(guò)低。

(2)在軸承座臺(tái)板區(qū)域搭設(shè)防風(fēng)帳篷，在底部四周做好封堵措施以防止漏風(fēng)，減小大風(fēng)、沙塵天氣的影響；同時(shí)，在帳篷內(nèi)部掛置4盞取暖燈，每隔2 h記錄1次溫度，確保整個(gè)臺(tái)板區(qū)域的溫度始終保持在5 ℃以上。

(3)澆灌完成后，在砂漿墊塊已穩(wěn)固的前提下，盡早揭開(kāi)臺(tái)板以便實(shí)施全面徹底的濕養(yǎng)護(hù)。該批次灌漿料送檢的《水泥基灌漿材料試驗(yàn)報(bào)告》中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果為：1 d后達(dá)到29.4 MPa，3 d后達(dá)到60.3 MPa。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)并結(jié)合廠家意見(jiàn)，確定揭開(kāi)臺(tái)板時(shí)間為澆灌后的36 h，并繼續(xù)24 h灑水保濕7 d。

4 效果檢查

(1)對(duì)高中壓軸承座缺陷砂漿墊塊重新澆筑、保養(yǎng)后，清理并檢查各砂漿墊塊，未發(fā)現(xiàn)裂紋、麻面、超標(biāo)氣孔等現(xiàn)象。

(2)在后續(xù)的砂漿墊塊研磨過(guò)程中，所有高中壓軸承座砂漿墊塊也未出現(xiàn)深層次的裂紋。在標(biāo)準(zhǔn)板研磨時(shí)，砂漿墊塊具有良好的穩(wěn)固性，未出現(xiàn)局部脫落、松散或開(kāi)裂等現(xiàn)象。

(3)采用改進(jìn)后措施，對(duì)前軸承座、中低壓軸承座、低壓后軸承座砂漿墊塊進(jìn)行施工，一次合格率均為100%。

5 總結(jié)及展望

在干冷環(huán)境下，采取覆蓋電熱毯和棉被、搭設(shè)防風(fēng)帳篷、控制揭開(kāi)臺(tái)板養(yǎng)護(hù)時(shí)間等措施，可以有效解決砂漿墊塊貫穿性裂紋的缺陷，尤其針對(duì)砂漿墊塊布置復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以有效提高砂漿墊塊制作的一次成功率。

受惠于西部大開(kāi)發(fā)和“一帶一路”的國(guó)家戰(zhàn)略，西北地區(qū)電力建設(shè)項(xiàng)目潛力巨大，而此類地區(qū)多屬于干冷環(huán)境，即晝夜溫差大、夜間溫度低、空氣極其干燥，此改進(jìn)措施可為類似環(huán)境下的汽輪機(jī)基礎(chǔ)砂漿墊塊安裝提供參考，有效提高砂漿墊塊安裝質(zhì)量，為項(xiàng)目的實(shí)施節(jié)約時(shí)間和成本。