【摘要】 220MW汽輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,金屬壁較厚,轉(zhuǎn)子長(zhǎng)、尺寸大,因設(shè)備本身的缺陷或操作控制不當(dāng),在冷態(tài)啟動(dòng)中經(jīng)常因軸瓦振動(dòng)大打閘,需重新啟動(dòng)。文章分析了汽輪機(jī)的金屬溫差和差脹、汽缸和轉(zhuǎn)子熱變形、潤(rùn)滑油溫油壓、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速以及安裝動(dòng)靜間隙等因素,在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的影響,查找出機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)的原因和預(yù)防措施,目的是避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)打閘停機(jī)、反復(fù)啟動(dòng)或引起大軸彎曲的設(shè)備損壞等事故,以保證安全經(jīng)濟(jì)啟動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組。
【關(guān)鍵詞】 汽輪機(jī)啟動(dòng)振動(dòng) 分析與調(diào)整技術(shù)措施
1 概述
淮北發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)稱電廠)N220-130-535-535型汽輪機(jī)組是東方汽輪機(jī)廠制造(7號(hào)機(jī)通流部分哈爾濱汽輪機(jī)廠改造),是一種超高壓、一次中間再熱、單軸、三缸三排汽冷凝式的汽輪機(jī)組,額定功率220MW,主汽壓力12.75MPa,主、再熱蒸汽溫度535℃。在結(jié)構(gòu)上,汽輪機(jī)的通流部分由高、中、低三部分組成,共37級(jí),其中高壓缸采用的是雙層缸,中、低壓缸采用的是單層缸,通過(guò)縱銷、橫銷、立銷定位;汽輪機(jī)采用高、中、低轉(zhuǎn)子,其中高壓轉(zhuǎn)子和部分中壓轉(zhuǎn)子是整鍛式,部分中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子是套裝式,加上發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子,整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子約30m,支撐軸承共11個(gè)。發(fā)電機(jī)冷卻方式為氫冷加水冷。
此類型汽輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜,金屬壁較厚,轉(zhuǎn)子長(zhǎng)、尺寸大,在機(jī)組啟動(dòng)中經(jīng)常因設(shè)備本身的缺陷或操作控制不當(dāng)引起機(jī)組振動(dòng),被迫打閘,反復(fù)多次啟動(dòng)才能成功。電廠5號(hào)、7號(hào)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)非常困難,經(jīng)常在冷態(tài)啟動(dòng)中因軸瓦振動(dòng)大打閘,需重新啟動(dòng),甚至多次啟動(dòng)才能成功。引起機(jī)組振動(dòng)的原因很多,有設(shè)計(jì)、制造、加5127藝、檢修質(zhì)量和運(yùn)行調(diào)整等方面的因素,本文就有關(guān)運(yùn)行方面可能引起機(jī)組振動(dòng)的原因進(jìn)行分析,并介紹一些必要的措施,希望能供同類型機(jī)組啟動(dòng)時(shí)參考。
2 運(yùn)行方面可能引起機(jī)組振動(dòng)的分析與調(diào)整
2.1 汽輪機(jī)金屬溫差對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響
汽輪機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程實(shí)際是一個(gè)對(duì)汽缸轉(zhuǎn)子逐漸的加熱過(guò)程,隨著汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)開(kāi)始,汽缸和轉(zhuǎn)子被加熱,溫度不斷升高,汽缸的內(nèi)、外壁經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)加熱使外壁溫度升高,在內(nèi)外壁之間存在著溫差,內(nèi)壁熱膨脹快,而外壁熱膨脹慢;特別在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí),各金屬壁(汽缸內(nèi)、外及上、下壁)之間在啟動(dòng)前就可能已經(jīng)存在溫差,或由于機(jī)組主汽管道或汽缸疏水不充分,發(fā)生水沖擊,導(dǎo)致汽缸上、下缸壁溫差增大,控制不好易使汽缸變形,內(nèi)部徑向間隙變化較大,引起機(jī)組振動(dòng)。電廠5、6、7、8號(hào)機(jī)組都出現(xiàn)過(guò)中壓缸內(nèi)壁上、下溫差超過(guò)50℃,有時(shí)高達(dá)100℃以上的現(xiàn)象。如圖1所示為8號(hào)機(jī)組高壓缸缸壁溫度350℃左右打閘停機(jī)后的中壓缸上、下缸壁溫差變化規(guī)律。
從圖1中看出,在停機(jī)3~4h后如果想要安全啟動(dòng)汽輪機(jī),如采用自然冷卻方式降低金屬壁溫,則大約需要40h后缸溫差降至50℃以下,才能確保機(jī)組啟動(dòng)成功,影響啟動(dòng)時(shí)間。
因此在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi),機(jī)組要想啟動(dòng),需采用特殊措施(如:提前送軸封備用供汽抽真空,或投用快速冷卻裝置),減少中壓缸上、下缸壁溫差。等溫差到達(dá)安全區(qū)域內(nèi),開(kāi)始沖轉(zhuǎn),并低速暖機(jī),直至上、下缸溫差較小時(shí)再按規(guī)定升速。只有這樣,才能保證機(jī)組安全啟動(dòng)。
2.2 汽輪機(jī)差脹對(duì)軸振的影響
差脹的大小反應(yīng)了汽輪機(jī)動(dòng)靜部分相對(duì)間隙的大小。由于操作不當(dāng)可能引起轉(zhuǎn)子和汽缸產(chǎn)生較大的差脹,如果差脹值超標(biāo),就可能使動(dòng)靜部分之間軸向間隙消失,發(fā)生動(dòng)靜摩擦,引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)。差脹是汽缸、轉(zhuǎn)子各金屬部件熱膨脹的反應(yīng),要使其控制在規(guī)定范圍內(nèi),必須控制溫升速度(不超過(guò)2.5℃/min)及沖轉(zhuǎn)升速率(控制在100~200r/min,過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)控制在300~600r/min以內(nèi)),選擇合理沖轉(zhuǎn)參數(shù),沖轉(zhuǎn)時(shí)盡量保持主、再熱蒸汽溫度一致或再熱蒸汽溫度略高于主蒸汽溫度,選擇合理的升負(fù)荷率,合理的使用汽缸法蘭加熱裝置,適當(dāng)控制好暖機(jī)時(shí)間,合理使用軸封汽源等……使汽缸的膨脹跟上轉(zhuǎn)子的熱膨脹。影響汽輪機(jī)差脹的因素主要有以下4方面。
2.2.1 汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)是否卡澀
在啟動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)差脹指示表的指示要漸漸增大,同時(shí)汽輪機(jī)外汽缸的絕對(duì)膨脹也應(yīng)漸漸增大,不要有跳躍現(xiàn)象,否則就有可能是滑銷系統(tǒng)卡澀。因此,在開(kāi)機(jī)過(guò)程中必須同時(shí)注意差脹和汽缸絕對(duì)膨脹的變化。
2.2.2 汽輪機(jī)軸封供汽的影響
由于軸封供汽直接與大軸接觸,其供汽溫度的高低,直接影響著轉(zhuǎn)子的伸長(zhǎng)與縮短,啟動(dòng)時(shí)軸封投用備用汽時(shí)間越長(zhǎng),就會(huì)使高中壓差脹增長(zhǎng)越快,有時(shí)甚至影響到機(jī)組升負(fù)荷的進(jìn)行,影響整機(jī)啟動(dòng)時(shí)間。因此,在汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中,沖轉(zhuǎn)前除氧器使用備用汽源,保持壓力穩(wěn)定,由它供軸封用汽(或軸封用備用汽源,待帶負(fù)荷凝結(jié)水回收后,除氧器再切換備用汽源)。
2.2.3 汽缸、法蘭螺栓加熱裝置的影響
在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)合理投用汽加熱裝置,可以提高或降低汽缸、法蘭螺栓溫度,有效地減少汽缸法蘭螺栓之間的溫差,加快汽缸法蘭螺栓的膨脹或收縮,達(dá)到控制差脹在規(guī)定范圍內(nèi)的目的。
2.2.4 凝汽器真空的影響
在沖轉(zhuǎn)暖機(jī)過(guò)程中,真空的變化會(huì)使差脹改變。當(dāng)真空過(guò)低時(shí),要保持轉(zhuǎn)速不變,必須增加進(jìn)入汽輪機(jī)的進(jìn)汽量,使轉(zhuǎn)子加熱快,高壓差脹會(huì)增加,中低壓轉(zhuǎn)子由于增加的進(jìn)汽量會(huì)將部分摩擦鼓風(fēng)損失產(chǎn)生的熱量帶走,其差脹相應(yīng)減少。但排汽缸溫度偏高,加上又有大量的高溫疏水進(jìn)入凝汽器,當(dāng)排汽缸溫度過(guò)高時(shí),可能導(dǎo)致汽缸中心線與軸轉(zhuǎn)子的中心線不一致,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致動(dòng)靜部分摩擦,機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)真空過(guò)高時(shí),汽輪機(jī)的進(jìn)汽量少,高中壓轉(zhuǎn)子的差脹減小,中、低壓轉(zhuǎn)子由于排汽量減少,摩擦鼓風(fēng)損失產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走,其差脹值會(huì)偏大。因此開(kāi)機(jī)時(shí)真空不能過(guò)高,也不能過(guò)低,一般為60~70kPa之間。
2.3 汽缸、轉(zhuǎn)子熱變形對(duì)振動(dòng)的影響
2.3.1 汽缸法蘭內(nèi)外壁溫差的影響
汽缸法蘭內(nèi)外壁溫差引起的熱變形也會(huì)使機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng),高中壓缸的水平法蘭厚度約為汽缸厚度的4倍。由于加熱條件的不同,法蘭溫度的升高滯后于汽缸,兩者會(huì)產(chǎn)生溫差,使汽缸的熱膨脹受到法蘭的制約,容易產(chǎn)生金屬變形。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起動(dòng)靜部分碰摩,導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)。因此在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)為減少法蘭內(nèi)外壁溫差,要合理的投用法蘭螺栓加熱裝置,使法蘭的溫度變化跟上汽缸溫度的變化,減少汽缸法蘭的熱變形。
2.3.2 轉(zhuǎn)子熱彎曲的影響
在汽輪機(jī)啟動(dòng)前由于上、下汽缸存在溫差,使轉(zhuǎn)子上、下部分也存在溫差,或由于軸系的加工質(zhì)量存在問(wèn)題,造成轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心不平衡,再加上溫差的影響,轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生熱彎曲。在熱彎值較大的情況下,啟動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行,其產(chǎn)生的不平衡離心力,很有可能會(huì)使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。所以在機(jī)組啟動(dòng)前要核實(shí)、測(cè)量轉(zhuǎn)子熱彎曲值,一般不允許超過(guò)原始值的0.02mm。若轉(zhuǎn)子熱彎曲值過(guò)大要延長(zhǎng)盤車時(shí)間,檢查汽缸溫差、各疏水是否充分。待彎曲值降低至正常值后,盤車電流穩(wěn)定,內(nèi)部無(wú)摩擦聲,方能啟動(dòng),嚴(yán)禁盲目搶時(shí)間啟動(dòng)。
2.4 潤(rùn)滑油溫、油壓對(duì)振動(dòng)的影響
(1)潤(rùn)滑油溫的高低直接影響潤(rùn)滑油膜的建立…。潤(rùn)滑油溫過(guò)高時(shí),潤(rùn)滑油的粘度降低,在軸承內(nèi)油膜難以建立,造成油膜不穩(wěn)而引起機(jī)組振動(dòng)。潤(rùn)滑油溫過(guò)低時(shí),油的粘度增大,在軸承內(nèi)油膜的厚度增大,承載能力下降,使油膜不穩(wěn)引起機(jī)組振動(dòng),所以在機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行中,要及時(shí)調(diào)整潤(rùn)滑油溫在38~45℃范圍內(nèi)為最佳。
(2)如果潤(rùn)滑油供油不足,或軸承進(jìn)油節(jié)流孔堵塞,會(huì)造成油膜不穩(wěn)定或油膜破壞引起振動(dòng)。因此,開(kāi)機(jī)前做準(zhǔn)備工作時(shí),一定要全面檢查,并檢查到位。
2.5 臨界轉(zhuǎn)速對(duì)振動(dòng)的影響
高、中、低壓幾個(gè)轉(zhuǎn)子,加上發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子,組成的軸系很長(zhǎng),每個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速在安裝或運(yùn)行一階段后通常有所偏移,臨界轉(zhuǎn)速帶較寬,加上基礎(chǔ)框架和軸承座等具有較低的自振頻率,這樣在工作轉(zhuǎn)速以下,轉(zhuǎn)子就具有很多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速和共振轉(zhuǎn)速,以致在啟動(dòng)過(guò)程中很難找到一個(gè)合適的停留暖機(jī)轉(zhuǎn)速。電廠5號(hào)機(jī)改造后,就出現(xiàn)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速偏離設(shè)計(jì)值。在開(kāi)機(jī)時(shí),按照規(guī)程規(guī)定1500r/min暖機(jī)時(shí),由于離臨界轉(zhuǎn)速較近,機(jī)組振動(dòng)大被迫停機(jī),重新確定暖機(jī)轉(zhuǎn)速1400r/min(目前暖機(jī)轉(zhuǎn)速又需調(diào)整至1320r/min左右),啟動(dòng)才能成功。因此,機(jī)組檢修后啟動(dòng)時(shí)要注意臨界轉(zhuǎn)速是否發(fā)生變化,暖機(jī)轉(zhuǎn)速要離臨界轉(zhuǎn)速約150~200r/min。
2.6 汽輪發(fā)電機(jī)組各部件膨脹受阻(或安裝動(dòng)靜間隙偏小)對(duì)振動(dòng)的影響
整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)件很多、軸系較長(zhǎng),如若某處由于某種原因在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中膨脹(或停機(jī)時(shí)收縮)受阻存在不暢現(xiàn)象,譬如:基礎(chǔ)臺(tái)板、軸承及軸承座和軸承及擋油環(huán)、汽缸靜止部件等,在機(jī)組啟動(dòng)特別是在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),由于某部件存在輕微卡澀,如果啟動(dòng)升速較快,暖機(jī)時(shí)間不充分,沒(méi)等到輕微受卡部件得到膨脹,使動(dòng)靜間隙恢復(fù)至正常范圍,將會(huì)發(fā)生碰摩現(xiàn)象,引起振動(dòng)增大,稍有不慎,就可能會(huì)發(fā)生因振動(dòng)大停機(jī),需要采取措施再開(kāi)機(jī),該電廠幾臺(tái)220MW機(jī)組均不同程度的存在此現(xiàn)象。因此,在開(kāi)機(jī)時(shí),要密切注意各軸承的軸振和蓋振變化,根據(jù)情況多設(shè)暖機(jī)點(diǎn)(保持再熱蒸汽溫度接近或高于主蒸汽溫度),盡量增加機(jī)組進(jìn)汽量,保證軸封供汽充足,潤(rùn)滑油溫不能偏離規(guī)定值,發(fā)電機(jī)人口風(fēng)溫不能很低,并網(wǎng)后盡可能接帶負(fù)荷,讓受熱較少的部件盡可能多的得到加熱膨脹。通過(guò)對(duì)振動(dòng)值變化規(guī)律的分析,如果是因?yàn)槟程巹?dòng)靜間隙偏小引起振動(dòng),則需要聯(lián)系檢修人員檢查處理。
3 機(jī)組啟動(dòng)應(yīng)采取的對(duì)策
在機(jī)組啟動(dòng)時(shí),運(yùn)行人員首先要具有符合規(guī)定的測(cè)振監(jiān)視,否則汽輪機(jī)不應(yīng)啟動(dòng)。其次,沖轉(zhuǎn)前大軸晃動(dòng)度、差脹、汽缸和法蘭各部件的溫差、蒸汽參數(shù)應(yīng)符合要求,否則禁止沖動(dòng)轉(zhuǎn)子。再者,要合理地選擇暖機(jī)轉(zhuǎn)速,穩(wěn)定暖機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)避開(kāi)各階臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)靈敏區(qū)。根據(jù)機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象,分析機(jī)組振動(dòng)原因,合理地采取相應(yīng)的技術(shù)措施,保證每次啟動(dòng)一次成功。
3.1 防止機(jī)組啟動(dòng)時(shí)因金屬部件膨脹受阻引起振動(dòng)的技術(shù)措施
為了減少機(jī)組啟動(dòng)振動(dòng),電廠根據(jù)220Mw機(jī)組的特殊情況,針對(duì)7號(hào)機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)升速過(guò)程中2、3、4號(hào)瓦及5、6、7號(hào)瓦振動(dòng)可能超限,為此制定了以下防止啟動(dòng)振動(dòng)技術(shù)措施。
(1)機(jī)組啟動(dòng)時(shí),控制低壓差脹負(fù)值,在沖轉(zhuǎn)前低壓差脹應(yīng)大于-2.0mm。如發(fā)現(xiàn)差脹異常,可以提前軸封供汽,維持較高真空。
(2)沖轉(zhuǎn)時(shí)真空度保持70kPa左右。
(3)嚴(yán)格監(jiān)視汽輪機(jī)盤車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng),傾聽(tīng)各瓦聲音,如有異常查明原因,消除后才能啟動(dòng)。
(4)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),為降低凝器熱負(fù)荷,盡量增大二、三級(jí)旁路減溫水量(同時(shí)應(yīng)防止二級(jí)旁路振動(dòng),保持凝結(jié)水壓力穩(wěn)定時(shí),二級(jí)旁路維持在50%開(kāi)度)。
(5)調(diào)整密封油冷油器,保證空、氫側(cè)密封瓦進(jìn)油溫度基本一致。
(6)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中保持潤(rùn)滑油溫度穩(wěn)定在40℃左右。
(7)及時(shí)投入汽加熱裝置,保證上下缸溫差盡量減小。
(8)沖轉(zhuǎn)后盤車停運(yùn)時(shí),盤車潤(rùn)滑油門不關(guān)閉。
(9)冷態(tài)啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)選擇較高參數(shù),汽溫、汽壓選擇上限;保證冷態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)后機(jī)組能夠迅速帶負(fù)荷至20MW左右。
(10)冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程,在500r/min下暖機(jī)5min,全面檢查各瓦振動(dòng)、聲音。在800r/min暖機(jī)到汽缸壁溫度超過(guò)150℃以上,再選擇200r/min升速率升速至1400r/min。1400r/min暖機(jī)20~30min。綜合分析機(jī)組狀態(tài)后,確定下一步啟動(dòng)方案,原則上,條件具備選擇升速率200r/min直接升速到3000r/min立即并網(wǎng)。
(11)鑒于7號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組沖轉(zhuǎn)升速過(guò)程中2、3、4、5、6、7號(hào)瓦振動(dòng)均可能超限,每次冷態(tài)啟動(dòng)要加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)的監(jiān)視,并安排運(yùn)行人員專人在車頭準(zhǔn)備異常情況下的打閘。
通過(guò)上述技術(shù)措施的采取,保證了7號(hào)機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的成功率,近幾年7號(hào)機(jī)組關(guān)停前每次冷態(tài)啟動(dòng)均是一次成功,為廠里節(jié)約了大量的燃油資金,也確保了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
3.2 防止機(jī)組啟動(dòng)時(shí)上、下缸壁溫差超限引起振動(dòng)的技術(shù)措施
為了防止汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)中因上、下缸壁溫差超限引起振動(dòng),電廠根據(jù)各機(jī)組中壓缸結(jié)構(gòu)的特殊情況,針對(duì)5號(hào)、8號(hào)機(jī)組在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)中壓缸上、下缸金屬壁溫差超限,影響機(jī)組安全啟動(dòng),特采取了以下操作措施:
(1)針對(duì)金屬壁溫差大,機(jī)組又需要在較短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)。根據(jù)啟動(dòng)計(jì)劃,提前送軸封備用汽源,啟動(dòng)射水泵或真空泵抽真空。
(2)將高壓缸封缸,并注意其壁溫變化情況(每2h進(jìn)行疏水1次)。
(3)真空度不能過(guò)高,保持50kPa左右。
(4)每10~15min抄缸壁溫度1次,注意缸壁溫度變化情況。
(5)還可以采用投用快速冷卻裝置,提高冷卻空氣溫度,當(dāng)其高于中壓缸上缸內(nèi)壁溫度,投用快冷裝置,減少溫差。
2008年6月21日和6月22日,通過(guò)采取投用快速冷卻裝置和送軸封抽真空法,減少中壓缸上、下缸壁溫差,效果非常明顯。從送軸封抽真空開(kāi)始,4h后中壓缸上、下缸壁溫差由80℃恢復(fù)到安全啟動(dòng)范圍內(nèi),與自然冷卻等待相比明顯減少,啟動(dòng)可以提前10h左右完成。
4
結(jié)束語(yǔ)
總之,在開(kāi)機(jī)過(guò)程中引起機(jī)組振動(dòng)的原因很多,運(yùn)行人員要熟悉掌握有關(guān)機(jī)組振動(dòng)的基本知識(shí),了解引起機(jī)組振動(dòng)的各方面因素,并提前預(yù)防、處理開(kāi)機(jī)過(guò)程中易引起機(jī)組振動(dòng)的不合理因素,及時(shí)采取有效措施,以確保機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)啟動(dòng),又能提前使機(jī)組多發(fā)電,提高機(jī)組效益;因此,保障機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程的正常進(jìn)行,使機(jī)組安全正常啟動(dòng)就是巨大的效益。