D10汽輪機(jī)的高壓通流受阻運(yùn)行分析

孔慶甫

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015）

D10汽輪機(jī)的高壓通流受阻運(yùn)行分析

孔慶甫

（杭州華電半山發(fā)電有限公司，杭州 310015）

根據(jù)某D10型汽輪機(jī)組出現(xiàn)的帶負(fù)荷能力下降情況，通過(guò)各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，運(yùn)用排除法，確認(rèn)因故障造成高壓缸內(nèi)通流面積減小、通流受阻，導(dǎo)致機(jī)組不能帶到額定負(fù)荷，提出了相應(yīng)的預(yù)防監(jiān)測(cè)措施。

D10汽輪機(jī)；高壓缸；通流受阻；預(yù)防監(jiān)測(cè)

D10型汽輪機(jī)是S109FA燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組配套的汽輪機(jī)，由美國(guó)通用電氣GE公司制造。其本體通流部分一般很少發(fā)生故障，但故障一旦發(fā)生，損失將十分巨大。因此，國(guó)內(nèi)使用單位對(duì)此均十分關(guān)注。

本文介紹分析一起D10型汽輪機(jī)的高壓通流部分故障，希望與同行共同探討，進(jìn)一步提高D10型汽輪機(jī)的安全運(yùn)行水平。

1 D10型汽輪機(jī)簡(jiǎn)介

D10型汽輪機(jī)為三壓、一次中間再熱、無(wú)抽汽、凝汽沖動(dòng)式機(jī)組。高中壓合缸，通流部分反向布置。高壓缸內(nèi)無(wú)調(diào)節(jié)級(jí)，有12個(gè)壓力級(jí)，中壓缸有9個(gè)壓力級(jí)。低壓缸為雙流程向下排汽型，通流部分反向布置，其內(nèi)缸為通流部分，外缸為排汽部分，內(nèi)缸上有2×6個(gè)壓力級(jí)。高中壓各級(jí)葉輪上均開(kāi)有Φ50 mm的平衡孔。高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子為鍛造結(jié)構(gòu)，用整鍛式剛性聯(lián)軸器聯(lián)接；低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用波形半撓性聯(lián)軸器聯(lián)接。汽機(jī)轉(zhuǎn)子由4個(gè)徑向軸承（3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)）支承。徑向軸承為可傾瓦形式，可自對(duì)中。

高壓缸采用全周進(jìn)汽，不設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)。由1套高壓聯(lián)合閥MSCV控制高壓缸進(jìn)汽，進(jìn)汽口位于高中壓合缸的下缸中部，排汽口位于高壓缸下缸的兩側(cè)。高壓聯(lián)合閥包括1個(gè)高壓截止閥MSV和1個(gè)高壓控制閥CV，使用同一個(gè)閥體，但有各自的操作和控制機(jī)構(gòu)，高壓蒸汽經(jīng)高壓控制閥、高壓截止閥后進(jìn)入高壓缸作功。

中壓缸采用全周進(jìn)汽。由2套中壓聯(lián)合閥CRV控制中壓缸進(jìn)汽，進(jìn)汽口位于中壓缸下缸的兩側(cè)，中壓缸排汽和低壓過(guò)熱蒸汽在中壓排汽缸下缸匯合后經(jīng)中低壓連通管一起進(jìn)入低壓缸。中壓聯(lián)合閥包括1個(gè)中壓主汽門(mén)RSV和1個(gè)中壓調(diào)門(mén)IV，使用同一個(gè)閥體，操作和控制機(jī)構(gòu)各自獨(dú)立。中壓蒸汽經(jīng)中壓調(diào)門(mén)、中壓主汽門(mén)后進(jìn)入中壓缸作功。

低壓缸進(jìn)汽由中壓缸排汽與余熱鍋爐低壓過(guò)熱蒸汽組成，余熱鍋爐低壓過(guò)熱蒸汽經(jīng)低壓主汽門(mén)ASV和低壓調(diào)門(mén)ACV進(jìn)入中壓缸9級(jí)后，在中壓缸下排汽缸與中壓缸排汽混合，經(jīng)中低壓連通管進(jìn)入低壓缸作功，然后排入凝汽器。

本機(jī)配備100%的高壓、中壓和低壓蒸汽旁路系統(tǒng)。

汽機(jī)缸體、軸承箱及護(hù)套采用水平中分面型，便于維護(hù)。汽缸設(shè)有檢查孔，以便定期用內(nèi)窺鏡檢查葉片狀況。本機(jī)還具備不揭缸進(jìn)行軸系動(dòng)平衡的能力。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用電子液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

由于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)同軸布置，燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí)，汽輪機(jī)也跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)余熱鍋爐還沒(méi)有產(chǎn)生滿足參數(shù)要求的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)。隨著轉(zhuǎn)速的提高，汽輪機(jī)鼓風(fēng)熱量增加，需要引入輔助蒸汽冷卻低壓通流部分。

2 高壓通流受阻故障分析

2.1 故障概況

某電廠1臺(tái)S109FA機(jī)組在一次正常啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷加到250 MW時(shí)，發(fā)現(xiàn)余熱鍋爐的高壓汽包壓力偏高，達(dá)9.0 MPa；到285 MW （冬季允許運(yùn)行的最高負(fù)荷約在410 MW）時(shí)，高壓過(guò)熱器出口壓力已達(dá)10.08 MPa（允許運(yùn)行的最高值）。因此停止加負(fù)荷，維持工況，查找原因。

當(dāng)時(shí)該機(jī)組總運(yùn)行小時(shí)數(shù)為10 398 h；總啟動(dòng)次數(shù)為334次。

故障前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。振動(dòng)、軸向位移等運(yùn)行參數(shù)基本正常。

表1 故障前后主要參數(shù)表

2.2 原因分析及處理

圖1為S109FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組高壓通流部分系統(tǒng)圖。根據(jù)高壓主汽聯(lián)合閥MSCV前壓力（9.95 MPa）和高壓缸調(diào)節(jié)級(jí)壓力（9.89 MPa）基本接近的特點(diǎn)，對(duì)比分析歷史數(shù)據(jù)后認(rèn)為，高壓通流受阻位置理論上應(yīng)在汽機(jī)高壓缸內(nèi)部。但為確認(rèn)故障點(diǎn)，逐項(xiàng)排查各方原因。當(dāng)天機(jī)組負(fù)荷減至145 MW，進(jìn)行控制閥CV活動(dòng)性試驗(yàn)，結(jié)果正常。重新高壓進(jìn)汽，帶負(fù)荷至280 MW，仍未找出流量受阻原因。隨后又檢查了高壓通流管道的其他相關(guān)元件，均未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 高壓通流部分系統(tǒng)圖

對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備情況反復(fù)試驗(yàn)查找后，又進(jìn)行了帶負(fù)荷能力試驗(yàn)和控制閥CV流量特性試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，先后排除了高壓主汽聯(lián)合閥MSCV濾網(wǎng)堵塞、控制閥CV閥芯脫落等影響因素，最終判斷高壓缸的通流部分有較明顯阻礙汽流流通現(xiàn)象，可能是機(jī)械原因造成高壓調(diào)節(jié)級(jí)通流面積減少、通流能力受阻而導(dǎo)致機(jī)組不能帶到額定負(fù)荷。并根據(jù)分析排除了汽輪機(jī)高壓通流部分結(jié)垢的可能。

停機(jī)后首先解體了高壓主汽聯(lián)合調(diào)節(jié)閥MSCV，發(fā)現(xiàn)高壓主汽聯(lián)合閥公用閥座上的控制閥CV閥座密封面有約2 mm×20 mm×150 mm的鑲嵌硬質(zhì)合金缺失，見(jiàn)圖2。高中壓缸揭缸檢查后，發(fā)現(xiàn)高壓1-4級(jí)靜葉出汽邊有明顯凹癟，全周向內(nèi)彎曲變形嚴(yán)重。高壓1-4級(jí)動(dòng)葉表面也受金屬撞擊嚴(yán)重變形，見(jiàn)圖3、4，致使蒸汽通流截面積明顯變小，蒸汽汽流嚴(yán)重受阻，作功能力下降。

圖2 公用閥座缺失的鑲嵌硬質(zhì)合金

圖3 一級(jí)靜葉受損

圖4 一、 二級(jí)動(dòng)葉受損

因此決定更換高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的公用閥座，并更換高壓1-4級(jí)動(dòng)葉和1-2級(jí)靜葉，修復(fù)3-4級(jí)靜葉。

3 高壓通流受阻的預(yù)防措施

高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的控制閥CV閥座上的密封圈破損對(duì)機(jī)組安全有著極大的影響，必須盡早發(fā)現(xiàn)。通過(guò)分析認(rèn)為可采取以下措施：

（1）縮短高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的檢修周期。鑒于該機(jī)組是在1萬(wàn)小時(shí)后出現(xiàn)問(wèn)題，建議將5 000～8 000 h作為檢修周期。不僅要進(jìn)行無(wú)損探傷檢查，還要檢查閥座、閥芯（閥板）的吻合度，因?yàn)殚y芯、閥體、密封圈由于材料、形體上的差異，受溫度影響，在不同溫度下存在非均勻、非同步的變形，會(huì)影響表面的抗熱咬性。要重點(diǎn)檢驗(yàn)控制閥CV的密封圈，確保其安全性。如果條件允許，建議定期更換，以防金屬疲勞。

（2）在運(yùn)行中盡量避免機(jī)組快速減負(fù)荷（Runback），減少對(duì)高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的沖擊。

（3）完善運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，特別是燃機(jī)惰走時(shí)間的對(duì)比，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患。

4 機(jī)組惰走時(shí)間改變的影響

汽輪發(fā)電機(jī)組在解列打閘停止進(jìn)汽后，轉(zhuǎn)子依靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為惰走。從打閘停機(jī)到轉(zhuǎn)子完全靜止的時(shí)間稱為惰走時(shí)間。在惰走時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速與時(shí)間的關(guān)系曲線稱為惰走曲線。如果惰走時(shí)間急劇減少，意味著軸瓦已經(jīng)磨損或機(jī)組動(dòng)靜部分發(fā)生了軸向或徑向摩擦。惰走時(shí)間增長(zhǎng)，則可能是汽輪機(jī)主、再熱蒸汽管道或抽汽管道截止門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，有蒸汽漏入汽缸。另外，當(dāng)凝汽器真空較高時(shí)，惰走時(shí)間也會(huì)增加。

S109 FA機(jī)組的惰走時(shí)間沒(méi)有準(zhǔn)確定義，因?yàn)闄C(jī)組在解列后，汽機(jī)停止進(jìn)汽（解列前高、中、低控制閥時(shí)已經(jīng)停止進(jìn)汽，截止閥還未關(guān)），但燃機(jī)火焰還未熄滅，燃料繼續(xù)供應(yīng)，8 min后才熄火。熄火時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速與環(huán)境溫度、壓氣機(jī)壓比等參數(shù)有關(guān)，但同一機(jī)組相近日期的熄火轉(zhuǎn)速基本接近。因此建議S109 FA機(jī)組的惰走時(shí)間從熄火時(shí)開(kāi)始計(jì)算。

軸封漏汽情況在不同的S109FA機(jī)組中有較大差別，有的機(jī)組在惰走時(shí)轉(zhuǎn)速只能降到30～50r/min。高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的截止閥MSV通常在汽機(jī)轉(zhuǎn)速降到36 r/min時(shí)關(guān)閉。因此，考慮惰走時(shí)間的零轉(zhuǎn)速時(shí)，建議以100 r/min為限。

真空退出的時(shí)間對(duì)惰走時(shí)間也有影響?？紤]到S109 FA機(jī)組在解列后還有蒸汽要走旁路，建議延長(zhǎng)保持真空的時(shí)間 （約為0.5 h），待轉(zhuǎn)速到100 r/min后再撤真空。運(yùn)行中如發(fā)生汽機(jī)快速減載，應(yīng)特別注意監(jiān)視惰走時(shí)間。如果有條件記錄發(fā)電機(jī)解列時(shí)的天然氣累積數(shù)、熄火后的累積數(shù)、熄火轉(zhuǎn)速等，對(duì)分析惰走時(shí)間更有利。

另外，如果高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的控制閥CV密封圈損壞，裂縫不大時(shí)，蒸汽泄漏對(duì)燃機(jī)惰走時(shí)間影響不明顯。如控制閥CV的泄漏較大，也會(huì)影響惰走時(shí)間。因此不能用惰走時(shí)間判斷控制閥CV密封圈損壞與否，但可作為參考。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓主汽聯(lián)合閥MSCV是S109FA機(jī)組的重要部件，其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行有極大影響，及早發(fā)現(xiàn)異常非常重要。因此，縮短高壓主汽聯(lián)合閥MSCV的檢修周期，完善運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，特別是燃機(jī)惰走時(shí)間的對(duì)比，有助于及早發(fā)現(xiàn)事故隱患。

（本文編輯：徐 晗）

Operation Analysis of D10 Steam Turbine with High-Pressure Flow Passage Blocked

KONG Qing-fu
（Hangzhou Huadian Banshan Power Generation Corporation Limited，Hangzhou 310015，China）

In view of decreased on-load capacity of D10 steam turbine，it is confirmed that units cannot achieve the rated load because the flow passage area inside high-pressure cylinder decreases and flow passage is blocked by faults with the method of exclusion after data analysis of various tests.And corresponding precautionary monitoring measures are putforward.

D10 steam turbine；high-pressure cylinder；flow passage blocked；precautionary monitor

TK268.+3

：B

：1007-1881（2010）08-0031-03

2010-01-12

孔慶甫（1963－），男，浙江杭州人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)管理工作。