汽機(jī)缸體膨脹受阻的原因及措施

張平軍，劉 瑩，獨(dú)學(xué)強(qiáng)，仝 媛

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

1 汽輪機(jī)存在的問題

中原大化7 000kW機(jī)組是杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的。來自循環(huán)流化床鍋爐的11.5MPa、535± 5℃高壓蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)入口電動主閘閥、速關(guān)閥、調(diào)速閥進(jìn)入汽輪機(jī)，進(jìn)行由熱能到動能的轉(zhuǎn)化，做功后以3.9MPa的壓力排入中壓蒸汽管網(wǎng)。

汽輪機(jī)的內(nèi)汽封漏汽引入低壓管網(wǎng)，外汽封漏汽經(jīng)過汽封冷卻器E－7305、疏水?dāng)U容器V－7305進(jìn)入疏水箱，由兩臺冷凝液泵P－7302A／B送入外冷凝液管網(wǎng)（圖略）。

該汽輪機(jī)于2004年8月投產(chǎn)。2004年11月3日73機(jī)（7000kW），機(jī)組在溫態(tài)啟動過程中出現(xiàn)汽缸膨脹不暢的現(xiàn)象。當(dāng)時機(jī)組參數(shù)如下：負(fù)荷10MW，主汽壓力11.5MPa，主汽溫度430／435℃，汽缸膨脹值10.8mm。暖機(jī)結(jié)束后，負(fù)荷10MW，主汽壓力11.5MPa，主汽溫度430／435℃，高壓汽缸膨脹值10.9mm，發(fā)現(xiàn)汽缸膨脹值幾乎不增加，立即停止升溫升壓帶負(fù)荷，熱工檢查表計指示正常，經(jīng)過45min暖機(jī)后，汽缸膨脹值突增至11.75mm，檢查機(jī)組各部正常，繼續(xù)升溫升壓帶負(fù)荷至額定，高壓汽缸膨脹值均勻增至28.32mm，恢復(fù)至停機(jī)前參數(shù)。這種現(xiàn)象在2009年8月27日73機(jī)又出現(xiàn)過一次。

2 原因分析

2.1 啟動參數(shù)

DCS工程師查閱機(jī)組啟動的各運(yùn)行參數(shù)，完全符合規(guī)程及廠家規(guī)定。如表1所示。

2004年試運(yùn)結(jié)束后多次啟機(jī)的啟機(jī)參數(shù)相同，因此可以排除啟動參數(shù)異常的可能。

2.2 值班員調(diào)整情況

汽機(jī)、鍋爐、電氣值班員嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程，且有專業(yè)人士現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，升負(fù)荷、主汽壓力、主汽溫度、再汽壓力、再汽溫度紀(jì)錄曲線可以反映操作水平，基本排除人為因素。

2.3 汽缸膨脹和收縮受阻

本機(jī)組設(shè)計的汽缸死點在低壓缸前部橫銷與縱銷連線的交點。機(jī)組在運(yùn)行中受熱后，缸體及缸體前半部分以此為起點向前膨脹，缸體后半部分向后膨脹；前軸承座和后軸承座分別在缸體的推力作用下，在臺板的滑動面上前后滑動。軸承座底部采用潤滑塊進(jìn)行潤滑。軸承座因銹蝕或灰塵等原因，造成滑銷系統(tǒng)均存在一定程度上的卡澀現(xiàn)象，導(dǎo)致汽缸膨脹和收縮受阻，具體有以下。

（1）軸封系統(tǒng)采用自密封形式，缸體前后軸封間隙過大，軸封漏汽大，造成軸承座所處的工作環(huán)境惡劣。這樣縱銷和軸承座滑動面特別容易銹蝕，發(fā)生卡澀。

（2）滑動面潤滑裝置在運(yùn)行中需要定期加高溫潤滑脂，高溫潤滑脂運(yùn)行一段時間后干結(jié)，引起油槽堵塞，加之運(yùn)行中一些塵埃進(jìn)入油槽，最終導(dǎo)致汽缸膨脹和收縮受阻。

（3）機(jī)組整體熱膨脹極不均勻，轉(zhuǎn)子有左右浮動不穩(wěn)的現(xiàn)象，發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)與減速箱對中數(shù)據(jù)有較大差異，在高速運(yùn)行時機(jī)組轉(zhuǎn)子擺動（這從軸位移連續(xù)波動可以看到）。

（4）機(jī)組在運(yùn)行當(dāng)中振動厲害并伴有異常聲音。主油泵經(jīng)常發(fā)生斷裂以及進(jìn)汽管線、排汽管線熱膨脹受阻，重新設(shè)計更改熱力管線及其彈簧支座，其間多次更改熱力管線走向。

表1 機(jī)組參數(shù)及實測情況

3 采取的措施

針對汽缸受熱膨脹受阻的問題在考慮熱膨脹外因素的同時，還要考慮所有的管線受熱膨脹對機(jī)組產(chǎn)生的阻力，決定在進(jìn)汽口加一補(bǔ)償器，減小蒸汽對管線的扭矩以及熱膨脹向上的脹力（大化廠用的是GSJ－V型系列旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器，如圖1）。

圖1 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)圖

3.1 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的優(yōu)點

（1）補(bǔ)償量大，可根據(jù)自然地形及管道強(qiáng)度布置，最大一組補(bǔ)償器可補(bǔ)償500m管段。

（2）不產(chǎn)生由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的盲板力，固定支架可做得很小，特別適用于大口徑管道。（3）密封性能優(yōu)越，長期運(yùn)行不需維護(hù)。（4）大大節(jié)約投資，設(shè)計計算方便。

（5）旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器可安裝在蒸汽地埋管和熱水地埋管上，節(jié)約投資和提高運(yùn)行安全性。

旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器在管道上一般按150～500m安裝一組（可根據(jù)自然地形確定），有十多種安裝形式，可根據(jù)管道的走向確定布置形式。采用該型補(bǔ)償器后，固定支架間距增大，為避免管段撓曲，要適當(dāng)增加導(dǎo)向支架，為減少管段運(yùn)行的摩擦阻力，在滑動支架上應(yīng)安裝滾動支座。

3.2 旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器動作原理

GSJ－V型系列旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器的補(bǔ)償原理，是通過成雙旋轉(zhuǎn)筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一對力，由力臂回繞著Z軸中心旋轉(zhuǎn)，以吸收力偶兩邊熱管產(chǎn)生的熱脹力，見圖2。

3.3 Π型組合旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器的布置

當(dāng)補(bǔ)償器布置于兩固定支架之間時，則熱管運(yùn)行時的兩端有相同的熱脹量和相同的熱脹推力，將力偶回繞著O中心旋轉(zhuǎn)了θ角，以達(dá)到吸收兩端方向相對、大小相等的熱脹量△。

圖2 Π型組合補(bǔ)償器作用原理（平行布置）

當(dāng)補(bǔ)償器布置不在兩固定支架中心，而偏向熱管較短的一端，在運(yùn)行時力偶臂L的中心O偏向較短的一端，回繞來吸收兩端方向相對、大小不等的膨脹量△1，△2。

此類補(bǔ)償器的布置和球形補(bǔ)償器類似，在吸收熱膨脹時，力偶臂旋轉(zhuǎn)到1／2θ處熱管道出現(xiàn)最大的擺動y值。因此，離補(bǔ)償器第一只導(dǎo)向支架的布置距離要加大。

一般在自然地形、補(bǔ)償量和安裝條件許可的情況下，L盡量選擇大一點。

雖然吸收熱脹隨著轉(zhuǎn)角θ或力偶臂L的加大而增加，但為了限止y擺動過大，對θ值不超過推薦值，L選在2～6m范圍內(nèi)為宜。

該補(bǔ)償器適應(yīng)性較廣，對平行路徑、轉(zhuǎn)角路徑和直線路徑及地埋過渡至架空，均可布置。

3.4 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器參數(shù)

通過數(shù)據(jù)和理論推理，在汽機(jī)缸體兩側(cè)高壓主進(jìn)汽管線加上兩個同樣型號的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器GSJ－V，以達(dá)到補(bǔ)償同樣量的作用，該補(bǔ)償器綜合情況如下：

設(shè)計壓力P＝4.0MPa，設(shè)計溫度t＝400℃；免維護(hù)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器GSJ為對焊連接，L＝530mm，接管規(guī)格為φ323.9×14.2mm，接管材料20G，管道制造標(biāo)準(zhǔn)GB5310－1995，免維護(hù)旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器GSJ的補(bǔ)償量為25mm。補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)角度為180°。

另外，還采取了以下措施。

（1）在機(jī)組大修時檢查軸承箱下自潤滑塊，并且加入新的潤滑油。

（2）適當(dāng)延長暖機(jī)時間，控制暖機(jī)轉(zhuǎn)速，在暖機(jī)過程中嚴(yán)密監(jiān)視脹差及膨脹量的變化。

（3）沖轉(zhuǎn)后及時投入汽缸夾層和法蘭加熱裝置。

4 效 果

2009年8月采取上述措施后，73機(jī)組再沒有出現(xiàn)過汽缸膨脹值突增的現(xiàn)象，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。