東方D660B汽輪機(jī)組首次大修技術(shù)措施

陳益飛，施 繽

(江蘇射陽(yáng)港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇射陽(yáng) 224346)

某電廠(chǎng)5號(hào)汽輪機(jī)，型號(hào)為N660-25/600/600，東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)，型式為超超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)型代號(hào)D660B，額定主汽參數(shù)25MPa/600℃、再熱蒸汽參數(shù)4.4MPa/600℃，于2011年8月投入商業(yè)運(yùn)行，2013年10至11月份進(jìn)行了首次汽輪機(jī)解體大修。由于機(jī)組建設(shè)時(shí)間較早，汽輪機(jī)于2007年就已簽訂合同，其時(shí)同類(lèi)型機(jī)組尚未有投產(chǎn)先例，因此機(jī)組必然存在一些需要完善改進(jìn)的地方。此外，新投產(chǎn)機(jī)組存在不可避免的大型部件熱變形等問(wèn)題，機(jī)組性能劣化較快，所以在汽輪機(jī)首次大修時(shí)，很有必要在常規(guī)解體檢修基礎(chǔ)之上，采取各項(xiàng)優(yōu)化改進(jìn)措施，并注意加強(qiáng)觀察解體情況，通過(guò)細(xì)微現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)隱患，以此進(jìn)一步提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，并保證機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 高中壓內(nèi)缸變形處理和結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1.1 汽缸變形原理分析

汽缸部件屬大型鑄件，在澆鑄冷卻過(guò)程中因各部位冷卻速度不均勻，產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力在汽缸加工過(guò)程中并不能徹底消除，到機(jī)組運(yùn)行時(shí)汽缸受熱及變工況運(yùn)行，內(nèi)應(yīng)力逐步釋放，造成汽缸發(fā)生變形。汽輪機(jī)加減負(fù)荷、啟停機(jī)等產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)汽輪機(jī)啟動(dòng)或加負(fù)荷過(guò)快，汽缸內(nèi)壁溫升率過(guò)大，內(nèi)壁熱膨脹受外壁約束，內(nèi)壁受壓應(yīng)力，外壁受拉應(yīng)力，若應(yīng)力超過(guò)材料屈服強(qiáng)度，將發(fā)生塑性變形，機(jī)組停運(yùn)冷卻后汽缸中分面將呈現(xiàn)內(nèi)張口現(xiàn)象，反之汽輪機(jī)停運(yùn)或降負(fù)荷過(guò)快，汽缸內(nèi)壁溫降率過(guò)大，將造成汽缸外張口變形。

1.2 汽缸變形的危害

蒸汽外漏，汽缸變形使中分面密封效果變差，造成汽缸內(nèi)部蒸汽通過(guò)中分面向外泄漏，對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行造成直觀影響。蒸汽內(nèi)漏，汽缸變形使汽缸內(nèi)部發(fā)生竄汽現(xiàn)象，蒸汽未經(jīng)噴嘴葉片做功，直接從高壓側(cè)漏至低壓側(cè)，造成能量損失。汽缸變形還造成通流部份內(nèi)部幾何中心發(fā)生變化，使動(dòng)靜部分發(fā)生磨擦，輕則使汽封間隙增大降低效率，重則引起振動(dòng)過(guò)大、轉(zhuǎn)子彎曲等重大事故。

1.3 導(dǎo)致高中壓內(nèi)缸變形的主要因素

5號(hào)汽輪機(jī)投產(chǎn)后，觀察汽輪機(jī)本體溫度測(cè)點(diǎn)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷660MW時(shí)，高中壓內(nèi)缸高壓區(qū)域下半外壁溫度為437℃，內(nèi)壁溫度為562℃，計(jì)算高中壓內(nèi)缸的內(nèi)外壁溫差為125℃明顯偏高。鑒于讓機(jī)組負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在660MW時(shí)，汽缸內(nèi)外壁溫差并未下降，可以判斷出該溫差偏大現(xiàn)象與機(jī)組運(yùn)行方式無(wú)關(guān)。因汽缸內(nèi)外壁溫差在機(jī)組運(yùn)行中一直偏大，長(zhǎng)期運(yùn)行后，其造成的影響與機(jī)組加負(fù)荷過(guò)快、汽缸內(nèi)壁溫升率過(guò)大造成的影響類(lèi)似，即汽缸中分面將出現(xiàn)內(nèi)張口變形。因此高中壓內(nèi)缸在機(jī)組運(yùn)行中內(nèi)外壁溫差偏大是高中壓內(nèi)缸發(fā)生變形的主要原因。為了減少汽缸在機(jī)組正常運(yùn)行中發(fā)生塑性變形，必須降低汽缸的內(nèi)外壁溫差。抑制汽缸外壁散熱速度，使汽缸外壁溫度提高，就能使汽缸內(nèi)外壁溫差減小，從而降低汽缸所受的溫度受力。

1.4 高中壓內(nèi)缸變形處理及改進(jìn)

通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的詳盡觀察分析，加上對(duì)同類(lèi)型機(jī)組情況的收集了解，預(yù)測(cè)本機(jī)組將不可避免地發(fā)生汽缸變形現(xiàn)象，在機(jī)組大修前及早進(jìn)行了相關(guān)準(zhǔn)備，并與汽輪機(jī)廠(chǎng)商談了返廠(chǎng)處理事宜。汽輪機(jī)高中壓缸解體后，對(duì)高中壓內(nèi)缸合空缸檢查，對(duì)中分面間隙進(jìn)行全面檢測(cè)，如圖1所示。測(cè)量結(jié)果如表1所示。

間隙特點(diǎn)：（1）從汽缸外壁處測(cè)得的中分面間隙較小，基本都在1mm以下；（2）從汽缸內(nèi)壁處測(cè)得的中分面間隙較大，除了汽缸兩端，其他部位基本都在1.5 mm以上，間隙最大處達(dá)3.4mm；（3）汽缸中間部位（高溫區(qū)域）內(nèi)壁中分面間隙明顯大于兩邊的間隙。

圖1 高中壓內(nèi)下缸俯視圖

表1 汽缸中分面間隙數(shù)據(jù)表 mm

從測(cè)量結(jié)果看，確認(rèn)高中壓內(nèi)缸發(fā)生變形，中分面內(nèi)張口存在明顯超標(biāo)現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行情況的分析，高中壓內(nèi)缸變形是高中壓內(nèi)缸內(nèi)外壁溫差大引起，如在高中壓內(nèi)缸兩端隔熱板上增加鑲嵌式汽封齒結(jié)構(gòu)密封（如圖2所示），減小隔熱環(huán)處的內(nèi)外缸間隙，使汽缸夾層間低溫蒸汽流動(dòng)時(shí)被進(jìn)一步節(jié)流，減少蒸汽流動(dòng)量，也就減弱了流動(dòng)蒸汽對(duì)汽缸外壁的冷卻效果，汽缸外壁溫度則得到一定程度的提高。

圖2 汽缸隔熱環(huán)增加汽封齒

高中壓內(nèi)缸返制造廠(chǎng)后，根據(jù)上述思路，對(duì)汽缸隔熱板處進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)，并對(duì)汽缸變形進(jìn)行加工修復(fù)，先對(duì)汽缸噴嘴室進(jìn)行拆除并對(duì)汽缸內(nèi)外部進(jìn)行清理工作后，用銑床對(duì)汽缸結(jié)合面進(jìn)行加工消除間隙，再上鏜床對(duì)汽缸導(dǎo)向孔、定位鍵、結(jié)合面壓板槽、密封槽、孔銷(xiāo)、螺孔等部位進(jìn)行加工，然后將上下缸合缸，用立車(chē)將洼窩徑向尺寸加工到位，完成汽缸修復(fù)工作。

2 汽封檢修優(yōu)化調(diào)整

2.1 汽封優(yōu)化調(diào)整必要性分析

汽輪機(jī)效率損失是多種多樣的，如端部損失、動(dòng)靜葉型損失、動(dòng)靜葉二次流損失、根部損失等等，有些損失無(wú)法避免，有些損失則可盡量減小。根據(jù)制造廠(chǎng)數(shù)據(jù)，汽封漏汽損失要占總損失的7%左右。因此減小汽封漏汽，是提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要措施和有效手段。新機(jī)組投產(chǎn)以后，汽缸在鑄造、加工過(guò)程中積累的殘余應(yīng)力在機(jī)組運(yùn)行中逐步得到釋放，另外汽缸還承受著運(yùn)行中的溫度變化、溫差等產(chǎn)生的應(yīng)力影響，由此造成了汽輪機(jī)本體部份變形，使安裝時(shí)預(yù)留的汽封間隙發(fā)生了復(fù)雜的變化，造成汽封磨損、間隙增大，汽輪機(jī)性能劣化較明顯，汽輪機(jī)各級(jí)抽汽溫度有一定幅度的上升。

2.2 東汽DAS汽封技術(shù)簡(jiǎn)介

東汽DAS汽封結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。

圖3 東汽DAS汽封結(jié)構(gòu)原理圖

汽封齒采用鐵素體不銹鋼材質(zhì)，其特點(diǎn)是不會(huì)淬硬，發(fā)生動(dòng)靜磨擦?xí)r仍能保持較低硬度，對(duì)轉(zhuǎn)子損傷較小，因此可以設(shè)計(jì)采用較小的汽封間隙，結(jié)合尖齒結(jié)構(gòu)（圖3中B片），可提高汽封效果。DAS汽封在傳統(tǒng)的迷宮式汽封基礎(chǔ)上，增加了DAS齒 （圖3中A片），DAS齒采用寬齒型式，發(fā)生動(dòng)靜磨擦?xí)r其磨損速度比尖齒要緩慢許多，DAS齒設(shè)計(jì)汽封間隙比尖齒小0.05～0.1mm，當(dāng)汽封圈與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨時(shí)，A片首先與轉(zhuǎn)子接觸，使汽封圈向后退讓?zhuān)瑥亩鴾p緩B片的磨損，盡可能延長(zhǎng)汽封圈的密封效果。

對(duì)平板劃線(xiàn)的單菌落進(jìn)行形態(tài)觀察。革蘭氏染色包括初染、媒染、脫色、復(fù)染等4個(gè)步驟，具體操作步驟見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。

2.3 汽封檢修優(yōu)化調(diào)整措施

通過(guò)與汽輪機(jī)廠(chǎng)的技術(shù)交流，對(duì)機(jī)組原設(shè)計(jì)通流間隙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了優(yōu)化，在保證汽輪機(jī)安全性的前提下，適當(dāng)減小了各級(jí)汽封間隙設(shè)計(jì)值和公差范圍，例如高壓第5級(jí)隔板汽封上下間隙從原來(lái)的1.0（-0.13～+0.13）mm 調(diào)整為 0.87（0～+0.10）mm，對(duì)汽封檢修調(diào)整質(zhì)量提高了要求，使汽封間隙值控制更加精確合理?？紤]到本次檢修為機(jī)組投產(chǎn)后首次檢修，未對(duì)汽封進(jìn)行大范圍更換，對(duì)汽封間隙測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)超標(biāo)的汽封塊，在現(xiàn)場(chǎng)用汽封塊背弧機(jī)等機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)行磨削加工，使汽封間隙恢復(fù)到設(shè)計(jì)值。對(duì)于鑲嵌在隔板葉頂部位的阻汽片，采取拔除舊齒、鑲上新齒、用機(jī)床進(jìn)行精密加工的方法進(jìn)行更換處理。在機(jī)械加工時(shí)，注意保持了DAS齒與尖齒的公差。采用細(xì)致的檢修工藝，反復(fù)多次合缸，進(jìn)行汽封間隙的測(cè)量和調(diào)整，保證汽封間隙的檢修質(zhì)量。

3 提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的其它優(yōu)化改進(jìn)措施

3.1 高中壓缸部份的優(yōu)化改進(jìn)

在高中壓內(nèi)缸與外缸定位肩胛處增加柔性盤(pán)根，減少內(nèi)外缸夾層的蒸汽由高壓端向中壓端泄漏，如圖4所示。

圖4 高中壓內(nèi)外缸定位處增加盤(pán)根密封

封堵高中壓內(nèi)外缸密封肩胛處注油裝置中壓側(cè)出口，封住高壓內(nèi)缸和中壓內(nèi)缸蒸汽泄漏，提高缸效率。此孔口徑D6.5mm，現(xiàn)場(chǎng)用沉頭螺塞或銷(xiāo)釘密封堵焊，如圖5所示。

圖5 高中壓外缸注油孔封堵

控制中壓1級(jí)冷卻連接結(jié)構(gòu)安裝間隙：中壓1級(jí)葉輪冷卻送汽機(jī)構(gòu)考慮到內(nèi)外缸的膨脹差異，特設(shè)計(jì)成球頭連接結(jié)構(gòu)。在實(shí)際運(yùn)行中球頭處的間隙關(guān)系到高壓內(nèi)外缸之間的密封效果，如果密封不好，將會(huì)引起汽缸夾層溫度超差，影響機(jī)組正常膨脹過(guò)程，同時(shí)還會(huì)造成中壓3級(jí)后抽汽參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值。在大修中重點(diǎn)檢查并確認(rèn)了此二處球頭配合間隙在合理范圍內(nèi)。

3.2 低壓缸部份的優(yōu)化改進(jìn)

在低壓進(jìn)汽室肩胛處增加盤(pán)根，阻止低壓進(jìn)汽直接漏至低壓2級(jí)后抽汽，使抽汽參數(shù)降低，提高低壓缸效率，如圖6所示。

圖6 在低壓進(jìn)汽室肩胛處增加盤(pán)根

低壓末級(jí)隔板下部空心腔室由于在正常運(yùn)行時(shí)有蒸汽存留，為了將此區(qū)域水汽排走，低壓缸下部在附圖所示位置增加了D141.5mm疏水管，每個(gè)低壓缸4處，一臺(tái)機(jī)組8處。為了防止蒸汽通過(guò)此管道直接大量

排放到凝汽器，為此增加了如圖7所示的焊接節(jié)流孔板。通過(guò)此措施，可有效防止蒸汽泄漏，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

圖7 低壓缸下部疏水增加節(jié)流孔板

4 提高機(jī)組安全性的處理改進(jìn)

（1）鑒于同類(lèi)型機(jī)組于本年度發(fā)生過(guò)中壓隔板變形問(wèn)題，本次大修將中壓1級(jí)至3級(jí)隔板返廠(chǎng)，作隔板變形檢查、主焊縫探傷，對(duì)中壓1級(jí)至2級(jí)隔板焊接加強(qiáng)筋，提高隔板強(qiáng)度裕度，增強(qiáng)了機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行能力，如圖8所示。

圖8 中壓隔板焊接加強(qiáng)筋

（2）轉(zhuǎn)子與汽封片配合部位，部分有較深的磨痕。分析是汽封塊與槽道設(shè)計(jì)配合間隙較小，機(jī)組運(yùn)行后氧化皮、銹蝕雜質(zhì)造成部分汽封圈有卡澀不能及時(shí)退讓?zhuān)c轉(zhuǎn)子過(guò)度磨擦。通過(guò)打磨隔板槽，適當(dāng)加大了汽封塊與槽道配合間隙，保證轉(zhuǎn)子與汽封碰磨時(shí)汽封能靈活退讓。

（3）解體發(fā)現(xiàn)低壓末級(jí)葉片和安裝在末級(jí)葉輪上的平衡塊水蝕比較明顯，鑒于機(jī)組才運(yùn)行兩年，檢查認(rèn)為水蝕速度偏快。汽輪機(jī)運(yùn)行在低壓末幾級(jí)的蒸汽已進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，蒸汽濕度較大，低壓末級(jí)的水蝕是無(wú)法避免的，并且機(jī)組負(fù)荷越低，水蝕作用越大。水蝕速度快，一方面是機(jī)組負(fù)荷率偏低這種客觀因素造成的，另一方面則要重點(diǎn)檢查低壓末幾級(jí)是否有除濕效果不良的問(wèn)題，如圖9所示。

經(jīng)測(cè)量低壓末級(jí)葉頂汽封圈處疏水槽間隙為0.6 mm，檢查間隙中有銹蝕、結(jié)垢等雜質(zhì)，使疏水槽間隙進(jìn)一步減小甚至堵塞，從而造成末級(jí)疏水不暢。加工更換加厚的調(diào)整墊片，將疏水槽間隙加大到1.0mm，提高了除水效果。水蝕嚴(yán)重的平衡塊，為防止運(yùn)行中脫落，重新加工了新平衡塊，根據(jù)原始配重記錄，進(jìn)行更換。

圖9 末級(jí)葉片及平衡塊水蝕現(xiàn)象

（4）在汽缸宏觀和PT檢查（滲透檢測(cè)）時(shí)發(fā)現(xiàn)，高中壓外缸上半中壓排汽內(nèi)腔洼窩有60mm長(zhǎng)的裂紋、高壓隔熱環(huán)處有20mm，5mm裂紋共3處。為此征求了廠(chǎng)家意見(jiàn)，制定了修復(fù)方案，對(duì)裂紋先進(jìn)行打磨，打磨時(shí)注意圓滑過(guò)渡，如裂紋深度大于20mm，則需要進(jìn)行補(bǔ)焊處理。通過(guò)多次手工逐步打磨和探傷，發(fā)現(xiàn)各處打磨深度分別在2～5mm時(shí)裂紋消除，經(jīng)打磨圓滑完成處理工作。

在高壓調(diào)門(mén)解體時(shí)發(fā)現(xiàn)，1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)高壓調(diào)門(mén)閥桿下襯套端面焊縫存在整圈裂紋。聯(lián)系東汽專(zhuān)業(yè)焊接人員，將焊縫裂紋處打磨深度約3mm后，采用TIG焊接，焊材使用鎳基焊絲，補(bǔ)焊修復(fù)。

5 汽輪機(jī)大修前后效果比較

經(jīng)性能試驗(yàn)測(cè)試，汽輪機(jī)熱耗率較修前熱耗率下降 128 kJ/（kW·h），節(jié)約煤耗 4.369 g/（kW·h）。 各級(jí)抽汽溫度明顯下降，一抽溫度較修前下降了5.4℃，三抽溫度較修前下降了8.9℃。

高中壓內(nèi)缸下半內(nèi)外壁溫差大問(wèn)題明顯好轉(zhuǎn)，高中壓內(nèi)缸下半內(nèi)外壁溫差從修前的125℃下降到83℃，降低42℃，高中壓內(nèi)缸運(yùn)行中受到的溫度應(yīng)力明顯降低。

6 結(jié)束語(yǔ)

本次機(jī)組首次投產(chǎn)后首次的大修，由于大修前技術(shù)分析和準(zhǔn)備工作比較充分，對(duì)汽缸變形的問(wèn)題預(yù)先做好了返廠(chǎng)安排，檢修過(guò)程則較為主動(dòng)。從大修時(shí)對(duì)汽封間隙的加工調(diào)整幅度看，大修前汽封間隙明顯變大，證明新機(jī)組性能劣化速度確實(shí)較快，投產(chǎn)后及時(shí)進(jìn)行首次大修是很有必要的，在提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還能及早地發(fā)現(xiàn)和解決隱患問(wèn)題，促進(jìn)了汽輪機(jī)安全性的提高。

[1]徐傳堂，姜 濤.超臨界650MW汽輪機(jī)采用DAS汽封的技術(shù)改造[J].江蘇電機(jī)工程，2013，32（4）：70-73.