汽機(jī)高中壓缸膨脹不暢的分析與處理

林健秋

（韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512132）

汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)和運(yùn)行時(shí)，汽缸將隨其溫度的變化沿橫向、縱向、垂直幾個(gè)方向膨脹或收縮，因此，為了保證汽缸定向自由膨脹，并能保持汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致，避免因膨脹不均勻造成不應(yīng)有的應(yīng)力引起的機(jī)組振動(dòng)，機(jī)組設(shè)置了一套滑銷系統(tǒng)。即在汽缸與基礎(chǔ)臺(tái)板間和汽缸與軸承座之間裝有各種滑銷，并使固定汽缸的螺栓留出適當(dāng)?shù)拈g隙，以保證汽缸自由膨脹，保持機(jī)組中心不變。

1 設(shè)備概況

韶關(guān)電廠10號(hào)機(jī)組是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界高中壓合缸的一次再熱雙缸雙排汽單軸凝汽式N300-16.7/537/537-4型汽輪機(jī)。其外缸通過(guò)縱銷與橫鍵相對(duì)于基礎(chǔ)保持2個(gè)固定點(diǎn)(絕對(duì)死點(diǎn))，一個(gè)在中低壓軸承箱基架上2號(hào)軸承中心線后205 mm處(高中壓缸死點(diǎn))，另一個(gè)在低壓缸左右兩側(cè)基架上低壓進(jìn)汽中心線前360mm處(低壓缸死點(diǎn))。高壓內(nèi)缸相對(duì)于高壓外缸的死點(diǎn)在高壓進(jìn)汽中心線前475mm處，低壓內(nèi)缸相對(duì)于低壓外缸的死點(diǎn)在低壓進(jìn)汽中心線處，分別由死點(diǎn)向前后2個(gè)方向膨脹。

在10號(hào)機(jī)組前軸承座下設(shè)有縱銷，該銷位于前軸承座及其臺(tái)板間的軸向中心線上，允許前軸承座作軸向自由膨脹，但限制其橫向移動(dòng)。因此，整個(gè)機(jī)組以死點(diǎn)為中心，通過(guò)高、中壓缸帶動(dòng)前軸承座向前膨脹。前軸承座的軸向位移就表示了高中壓缸向前膨脹值之和，這就是通常所說(shuō)的缸脹。缸脹測(cè)點(diǎn)固定在前軸承箱兩側(cè)面。在軸承座與基礎(chǔ)臺(tái)板滑動(dòng)面間有耐磨塊，并可定期向滑動(dòng)面加潤(rùn)滑油。

依靠這樣一套滑銷系統(tǒng)，使機(jī)組能夠沿著預(yù)先規(guī)定的方向膨脹，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。本機(jī)組高中壓缸結(jié)構(gòu)和蒸汽流向合理，汽缸剛性大，通流間隙對(duì)脹差限制小，前軸承箱與基架間有潤(rùn)滑脂，因此機(jī)組啟動(dòng)和變負(fù)荷時(shí)脹差小，啟停靈活性和負(fù)荷適應(yīng)性較好。

2 存在問(wèn)題

2005年機(jī)組小修后第1次啟動(dòng)的數(shù)值：缸溫99℃，左/右總膨脹4.17/3.2mm，高中壓缸脹差0.3mm；送軸封后，缸溫、總膨脹不變，高中壓缸脹差增大為0.76mm。按規(guī)程設(shè)定參數(shù)，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至2000r/mIn暖機(jī)，缸溫緩慢增至270℃，左/右總膨脹只有6.5mm左右，增大極其緩慢，而高中壓缸脹差慢慢增大至5.0mm,且增大趨勢(shì)不減。通過(guò)調(diào)整主蒸汽溫度和軸封蒸汽壓力、溫度無(wú)明顯效果，高中壓缸脹差增大至5.5mm，為保證機(jī)組安全，下令汽輪機(jī)打閘(我廠規(guī)定高中壓缸脹差范圍是+6mm～-3mm)。后來(lái)機(jī)組的多次冷、溫態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中均出現(xiàn)這種高中壓缸膨脹不暢的問(wèn)題，致使機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間(特別是冷態(tài)啟動(dòng))延長(zhǎng)為原來(lái)的3～4倍，耗費(fèi)了大量的鍋爐燃油，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至在冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中經(jīng)常因?yàn)楦咧袎好洸畛薅蜷l停機(jī)，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了極大的不利影響。由于機(jī)組從啟動(dòng)到帶額定負(fù)荷所耗時(shí)間數(shù)倍增加，大大降低了機(jī)組的機(jī)動(dòng)性，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定影響，多次受到中調(diào)的詢問(wèn)。

3 原因分析

高中壓缸缸溫從99℃上升到270℃，高中壓缸總脹才從4.17mm增大到6.5mm，且增長(zhǎng)趨勢(shì)極其緩慢，不符合金屬膨脹的規(guī)律。機(jī)組投產(chǎn)初期，機(jī)組帶額定負(fù)荷時(shí)高中壓缸總膨脹值為27mm，現(xiàn)在只有23.5mm，相去甚遠(yuǎn)。經(jīng)核實(shí)，排除了測(cè)量?jī)x表的問(wèn)題，因此，斷定問(wèn)題在機(jī)組前軸承箱滑銷系統(tǒng)上。

高中壓缸前部座落在1號(hào)軸承箱(即前軸承箱)上，高中壓缸膨脹不暢最終是因前軸承箱在機(jī)架的滑塊上滑動(dòng)受阻所至。分析汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)可知，為保證汽輪機(jī)高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子中心和汽缸中心保持一致，在汽缸的軸承座與基礎(chǔ)臺(tái)板之間裝有滑銷系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)。在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，汽缸與軸承座在滑銷系統(tǒng)的引導(dǎo)下按一定的方向進(jìn)行膨脹，使汽缸與軸承座在熱狀態(tài)下仍然保持中心一致。若滑銷系統(tǒng)工作失常，會(huì)引起汽缸熱膨脹不良，從而使機(jī)組不能正常運(yùn)行。由此得出前軸承箱滑動(dòng)受阻是由于底部滑銷系統(tǒng)工作失常所致。

前軸承箱與機(jī)架滑塊間的相對(duì)滑動(dòng)以潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑脂被注到滑塊上的潤(rùn)滑脂槽道內(nèi)。這種設(shè)計(jì)形式導(dǎo)致前軸承箱在運(yùn)行中容易出現(xiàn)如下弊端。

(1) 前軸承箱與滑塊間潤(rùn)滑不良。潤(rùn)滑脂槽道面積相對(duì)于整個(gè)滑塊滑動(dòng)面較小，還不到滑動(dòng)面的1/5，不能有效地潤(rùn)滑整個(gè)滑塊表面(見(jiàn)圖2)。

(2) 前軸承箱與滑塊間形成油泥。軸承箱與滑塊接觸處封閉不好，易使?jié)櫥纬捎湍啵绊戄S承箱滑動(dòng)。

(3) 軸封漏汽進(jìn)入軸承箱與滑塊的接觸面。在2005年機(jī)組小修改造前，低壓軸封漏真空。為保證機(jī)組真空，將此軸封壓力和軸封蒸汽流量調(diào)節(jié)得偏高，使得軸承箱滑動(dòng)面所處的環(huán)境變得惡劣。軸封漏汽使得臺(tái)板滑動(dòng)面常有積水，容易進(jìn)入機(jī)架與軸承箱底部之間的間隙內(nèi)，加之灰塵沉積，造成機(jī)架、機(jī)架上滑塊及機(jī)架與軸承箱間縱向鍵銹蝕、卡澀，并加劇了油泥的形成，導(dǎo)致軸承箱滑動(dòng)受阻，引起高中壓缸膨脹不暢。

(4) 潤(rùn)滑脂高溫干涸。目前采用的定期置換滑塊油脂的辦法，因受結(jié)構(gòu)及油脂性能的限制難以奏效。在高溫環(huán)境下潤(rùn)滑油脂干結(jié)較快，一旦局部干結(jié)，造成油槽堵塞，油脂置換將無(wú)法進(jìn)行，而且增加了滑動(dòng)阻力，也會(huì)引起機(jī)組膨脹不暢。此外，軸承箱在熱態(tài)下承受巨大推力，出現(xiàn)變形，因此軸承箱與臺(tái)板滑塊間局部會(huì)出現(xiàn)間隙，在進(jìn)行油脂置換時(shí)，進(jìn)入間隙的油很可能因不能得到徹底更換而影響潤(rùn)滑效果。

(5) 由于軸承箱后部的進(jìn)、排油口緊貼地面，造成滑塊注油維護(hù)非常不便，難以保證每次油脂置換能獲得滿意的效果。

因此，高中壓缸膨脹不暢問(wèn)題可通過(guò)改造軸承箱下部機(jī)架上的滑塊得到解決。

4 處理方法

4.1 滑塊改為自潤(rùn)滑滑塊

4.1.1 自潤(rùn)滑材料性能介紹

鑲嵌型固體自潤(rùn)滑滑塊是由金屬基材和在其中嵌入的固體潤(rùn)滑材料組成，在摩擦過(guò)程中，由金屬基材支承負(fù)荷。嵌入的固體潤(rùn)滑材料在摩擦力作用下，于摩擦面上形成一層固體潤(rùn)滑膜，使金屬間不直接接觸，從而達(dá)到潤(rùn)滑的效果。由于金屬基材的強(qiáng)度高，熱傳導(dǎo)性好，從而克服了其他自潤(rùn)滑滑塊的脆性、導(dǎo)熱性差等缺點(diǎn)。鑲?cè)牍腆w潤(rùn)滑材料后具有自潤(rùn)滑性好、承載能力強(qiáng)和使用溫度范圍廣等特點(diǎn)，所以它特別適用于低速、高負(fù)荷和往復(fù)擺動(dòng)等難以形成油膜潤(rùn)滑的條件，以及那些不能(或無(wú)法)使用油脂潤(rùn)滑的高溫、輻照及海水、藥物等介質(zhì)的場(chǎng)合。此技術(shù)已經(jīng)有許多成功應(yīng)用的案例，如鄭州熱電廠擴(kuò)建安裝的東方汽輪機(jī)廠300MW機(jī)組，其高、中壓軸承箱及臺(tái)板采用鑲嵌型自潤(rùn)滑材料；東方汽輪機(jī)廠還將鋼背復(fù)合聚四氟乙烯自潤(rùn)滑材料用在凝汽器底部滑塊上。

鑲嵌型自潤(rùn)滑滑塊的制造有多種工藝方法。以石墨為潤(rùn)滑劑的滑塊制造大體上有2種方法。

(1) 固體嵌入法。將已成形的固體潤(rùn)滑材料直接壓入或配以粘接劑填入孔中，靠熱處理產(chǎn)生的不可逆膨脹或粘接劑的固化作用使其與基材牢固結(jié)合。

(2) 鑄造法。將已成形的石墨塊按要求的排列方式預(yù)先固定在特制的鑄模芯上，再鑄入熔化的基體合金，以成為一整體。

以上2種方法的特點(diǎn)是：保證固體潤(rùn)滑材料在摩擦過(guò)程中，形成復(fù)蓋整個(gè)摩擦表面的轉(zhuǎn)移膜，以達(dá)到潤(rùn)滑的效果。鑲?cè)胧拿娣e一般以摩擦表面的20%～30%為宜，過(guò)小則達(dá)不到有效潤(rùn)滑的目的；過(guò)大則機(jī)械強(qiáng)度降低。鐵基鑲嵌石墨自潤(rùn)滑材料的性能見(jiàn)表1。

表1 鐵基鑲嵌石墨自潤(rùn)滑材料性能

4.1.2 滑塊改造

改造前，先對(duì)滑塊與機(jī)架、滑塊與軸承箱底部進(jìn)行對(duì)研，檢查確認(rèn)接觸面積大于70%，再進(jìn)行滑塊自潤(rùn)滑改造。改造時(shí)在滑塊上按一定規(guī)則鉆上均勻排列的孔，在每個(gè)孔內(nèi)鑲石墨柱，再用石墨條將潤(rùn)滑脂槽填滿，最后將石墨柱鏟平并在整個(gè)滑塊面刷上石墨層，增大潤(rùn)滑面積，保證潤(rùn)滑效果。同時(shí)，為了避免軸封漏汽和雜質(zhì)進(jìn)入滑動(dòng)面，在前軸承箱下部前端加裝遮擋板。

4.2 加裝滑槽吹掃裝置

由于造成滑塊卡澀在很大程度上是因?yàn)槟Σ撩骅F銹、灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入前軸承箱與機(jī)架滑塊之間的間隙，影響潤(rùn)滑，故在滑槽兩側(cè)面隔一定距離鉆一排小通孔，如圖3，在每次機(jī)組停運(yùn)后下一次啟動(dòng)前，順著往機(jī)頭的方向分別向小孔中通入高壓的常溫壓縮空氣， 在壓縮空氣流的作用下，間隙內(nèi)的雜質(zhì)被吹起，從前端的間隙中排出滑槽，從而減少了滑塊移動(dòng)的阻力，使機(jī)組膨脹順暢。平時(shí)則用螺塞將小孔堵住，防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入。

5 效果

滑塊改造后，10號(hào)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)汽缸膨脹良好，所耗時(shí)間大大縮短，高中壓缸脹差均可控制在3.0 mm以下，問(wèn)題徹底解決，大大節(jié)約了啟動(dòng)費(fèi)用，保證了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為該廠存在類似問(wèn)題的其他機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造提供了有力的技術(shù)依據(jù)。

1 簡(jiǎn)天聰. 汽輪機(jī)原理[M]. 北京: 水利電力出版社, 1985