干燥寒冷環境下汽輪機砂漿塊裂紋成因及控制措施

陳春輝，姚志威，董藝

(中國能源建設集團浙江火電建設有限公司，杭州 310016)

0 引言

汽輪機作為熱力發電廠的核心設備，其安裝質量直接關系到機組運行的安全性和經濟性。支撐系統作為汽輪機的關鍵系統之一，承擔著傳遞機組動、靜載荷的任務，其安裝質量對機組的振動指標及使用壽命產生長期而深遠的影響。與傳統的墊鐵支撐方式相比，無收縮高強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，近年來已廣泛運用于大型熱力發電廠的安裝中。

國內外生產商和研究者對無收縮高強灌漿料制作的砂漿墊塊安裝工藝的研究主要針對常規環境溫度，對特殊環境下的配制過程及安裝工藝的研究甚少。本文以干燥寒冷地區的某350 MW機組為例，通過對比分析，研究干冷環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 問題描述

本文介紹的機組地處新疆阿克蘇地區，該地區降水稀少、蒸發量巨大、空氣干燥、晝夜溫差大、夜間溫度低。該機組汽輪機為東方汽輪機有限公司生產的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組，汽輪機臺板采用西卡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施工，采用相同的工藝。7d保養期過后發現：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上，且均為貫穿性裂紋，屬于嚴重缺陷，而低壓缸基礎砂漿墊塊全部合格。兩者同時施工，采用同種材料、同種工藝、相同的施工人員，因此原因分析重點放在兩者的差異性上。

2.1 尺寸差異

低壓缸基礎砂漿墊塊的長度均為350 mm，寬度為150，125 mm；高中壓軸承座基礎砂漿墊塊的長度為381～900 mm，寬度為125～250 mm，其尺寸及數量見表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。但低壓缸墊塊長度均為350 mm，而高中壓軸承座墊塊最長達900 mm，為低壓缸墊塊長度的2.57倍，且長度為800～900 mm的墊塊數量有26塊，占高中壓軸承箱墊塊總數的68%，所有出現缺陷的墊塊，長度全部在這個范圍內。

表1 低壓缸、高中壓軸承座基礎砂漿墊塊尺寸及數量

由于高中壓軸承座砂漿墊塊明顯偏長，其在澆筑成型過程中內部應力分布更為復雜，表面積更大使其對外界環境的變化也更為敏感。澆筑成型過程中，各部位溫度不均、水分含量不均都將導致墊塊固化程度不同，從而出現斷裂、斷層等現象。

2.2 布置差異

低壓缸共有16塊臺板，每塊臺板下布置有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

由于兩者布置結構不同，因此制作的灌漿模盒也不同。低壓缸臺板由于短小且位置空間足夠，模盒的溢流端可以高出臺板，澆灌時可以通過觀察溢流情況來判斷澆灌內部的飽和狀態，如圖5所示。高中壓軸承箱臺板是整塊臺板，模盒的溢流端隱藏于臺板之下，溢流端不可高出臺板底面，澆灌時無法觀察溢流情況，難以準確掌握內部澆灌的飽和狀態，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期間，由于軸承座墊塊的溢流端都隱藏于臺板下，很難對溢流端及其附近區域充分進行澆水保養，導致單塊砂漿墊塊水分保養量不均，從而引發墊塊裂紋、脫落等缺陷。

2.3 環境的影響

(1)該地區3月上旬晝夜溫差大(10～15 ℃)，砂漿墊塊區域溫度不均衡；夜間溫度低(-3～2 ℃)，對砂漿墊塊養護不利。

(2)砂漿墊塊施工時廠房尚未完全封閉，且該地區3月上旬大風、沙塵天氣頻發，砂漿墊塊水分散失非?？?。高中壓軸承座砂漿墊塊結構相較低壓缸更為復雜且密閉，致使高中壓軸承座砂漿墊塊的外圈比內部的水分散失更快。

(3)由于軸承座砂漿墊塊結構布置的特殊性，在臺板覆蓋下的養護過程中，澆水時無法徹底濕潤到墊塊的每個角落，無法保證各部位的水分均衡。

3 預防對策

(1)砂漿墊塊澆灌完成后，在臺板上覆蓋電熱毯和棉被，以保證臺板底下各砂漿墊塊溫度均勻，同時也防止砂漿墊塊夜間保養時溫度過低。

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

(3)澆灌完成后，在砂漿墊塊已穩固的前提下，盡早揭開臺板以便實施全面徹底的濕養護。該批次灌漿料送檢的《水泥基灌漿材料試驗報告》中抗壓強度試驗結果為：1 d后達到29.4 MPa，3 d后達到60.3 MPa。根據試驗數據并結合廠家意見，確定揭開臺板時間為澆灌后的36 h，并繼續24 h灑水保濕7 d。

4 效果檢查

(1)對高中壓軸承座缺陷砂漿墊塊重新澆筑、保養后，清理并檢查各砂漿墊塊，未發現裂紋、麻面、超標氣孔等現象。

(2)在后續的砂漿墊塊研磨過程中，所有高中壓軸承座砂漿墊塊也未出現深層次的裂紋。在標準板研磨時，砂漿墊塊具有良好的穩固性，未出現局部脫落、松散或開裂等現象。

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

5 總結及展望

在干冷環境下，采取覆蓋電熱毯和棉被、搭設防風帳篷、控制揭開臺板養護時間等措施，可以有效解決砂漿墊塊貫穿性裂紋的缺陷，尤其針對砂漿墊塊布置復雜的結構，可以有效提高砂漿墊塊制作的一次成功率。

受惠于西部大開發和“一帶一路”的國家戰略，西北地區電力建設項目潛力巨大，而此類地區多屬于干冷環境，即晝夜溫差大、夜間溫度低、空氣極其干燥，此改進措施可為類似環境下的汽輪機基礎砂漿墊塊安裝提供參考，有效提高砂漿墊塊安裝質量，為項目的實施節約時間和成本。