某電廠汽輪機(jī)高壓缸偏移故障診斷

楊杰虎

摘 要：某電廠2×1 050 MW機(jī)組1#機(jī)安裝完成后，于2015-01-22首次整套啟動。在運(yùn)行中存在高負(fù)荷時，#1、#2軸振增大及高中壓缸膨脹不足；2015-04-17機(jī)組調(diào)停后又發(fā)現(xiàn)高壓缸右側(cè)貓爪脫空、高壓缸水平偏斜。停機(jī)揭開#1、#2軸承蓋，測量高壓缸前后端部汽封，發(fā)現(xiàn)汽缸偏斜：高壓缸前端汽封右側(cè)較原始安裝值增大0.2 mm，后端汽封左側(cè)較原始安裝值增大0.25 mm，確認(rèn)高壓缸缸體存在偏斜現(xiàn)象。汽缸偏移造成汽輪機(jī)各軸承振動達(dá)279 μm而被迫中斷試運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)分析，初步?jīng)Q定對汽缸膨脹作全面檢查，根據(jù)檢查情況判斷引起汽缸偏移的原因，并采取相應(yīng)的有效處理措施，為今后機(jī)組類似故障的診斷積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；高壓缸；偏移故障；膨脹

中圖分類號：TK263.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.150

某電廠2×1 050 MW機(jī)組1#機(jī)汽輪機(jī)采用國內(nèi)首次應(yīng)用的九級回?zé)嵯到y(tǒng)圓筒缸設(shè)計的百萬機(jī)組，主機(jī)參數(shù)28 MPa/600 ℃/620 ℃，由1個高壓缸（逆流）+1個雙分流中壓缸+1個雙分流低壓缸組成。高壓主汽、調(diào)節(jié)閥布置在機(jī)頭側(cè)，中壓聯(lián)合汽閥布置在中壓缸兩側(cè)。高壓缸進(jìn)汽方式為全周進(jìn)汽，高壓缸缸體自重約160 t，由左前、左后、右前、右后4個貓爪支撐在基礎(chǔ)上，貓爪間距——前后4.9 m，左右2.1 m。缸體設(shè)3個絕對死點(diǎn)：#3軸承箱下方1個、2個低壓缸的中心線附近各1個。推力軸承安裝在#2軸承后，#1、#2軸承箱采用自潤滑滑塊設(shè)計。

機(jī)組于2015-01-22整套啟動，運(yùn)行至2015-01-25開始增加負(fù)荷至910 MW，機(jī)組振動1X/1Y/2X/2Y方向軸振最大分別為165.3 μm、231.7 μm、198.4 μm和279.7 μm，前左貓爪抬起0.70 mm，后左貓爪抬起達(dá)0.90 mm。甩負(fù)荷5 h后趨于正常。停機(jī)揭開#1、#2軸承蓋，測量高壓缸前后端部汽封，發(fā)現(xiàn)汽缸偏斜：高壓缸前端汽封右側(cè)較原始安裝值增大0.2 mm，后端汽封左側(cè)較原始安裝值增大0.25 mm，確認(rèn)高壓缸缸體存在偏斜現(xiàn)象。

1 故障診斷推理

針對機(jī)組出現(xiàn)的問題，對設(shè)計進(jìn)行了以下核查：①設(shè)計院安排了非本工程的設(shè)計人員重新建模計算和校核。②設(shè)計監(jiān)理對設(shè)計圖紙和計算書進(jìn)行了核查，認(rèn)為管道布置、支吊架設(shè)置和計算結(jié)果滿足設(shè)計要求，對設(shè)備接口的推力和力矩均在汽機(jī)廠要求范圍內(nèi)。③汽輪機(jī)廠安排了管道應(yīng)力計算人員用核電管道應(yīng)力計算軟件對主汽、冷段管道進(jìn)行了重新建模計算，結(jié)果與設(shè)計院基本一致。④對國內(nèi)其他電廠也出現(xiàn)過高壓缸貓爪脫空的類似情況進(jìn)行調(diào)研，了解到冷段管道布置及支吊架設(shè)置與本工程類似。運(yùn)行時，靠A排側(cè)貓爪抬起；原因?yàn)榭緽排側(cè)的立管剛性支吊架安裝較設(shè)計低，未能承載，管道自重以冷段水平管段為杠桿導(dǎo)致高壓缸翻轉(zhuǎn)；處理方案是分別在冷段主管水平段和立管上切口，重新調(diào)整2個切口之間的水平管段后無應(yīng)力對口焊接，缺陷排除后貓爪未再脫空。

2 全面檢查

檢查結(jié)果為：①汽機(jī)房內(nèi)冷段彈簧吊架指針偏離冷態(tài)位置5～10 mm，未正確承載；②冷段立管#6剛性吊架單側(cè)脫空，管夾標(biāo)高比設(shè)計值低約9 mm，承載不足；③冷段#2Y向限位支架兩側(cè)存在較大間隙，不起限位作用；汽機(jī)廠配供的導(dǎo)汽管設(shè)計規(guī)格為Φ560×110，實(shí)際到貨規(guī)格為Φ596×126，壁厚增加14.5%.

3 故障原因分析

根據(jù)全面檢查的結(jié)果，基本可以判定，本次機(jī)組安裝振動偏大的原因有以下幾點(diǎn)。

由于管道已全部安裝就位并保溫，而高壓缸本身位移量極小，難以通過外部測量完全排查出所有因素，結(jié)合調(diào)研情況和計算驗(yàn)證，分析認(rèn)為使1號機(jī)組高壓缸貓爪脫空和高壓缸水平偏移為多種因素綜合作用的結(jié)果：①冷段管道#6剛吊管夾高度偏差導(dǎo)致剛吊實(shí)際承受荷載小于設(shè)計值，當(dāng)#2限位失效時，管道自重以力矩方式作用到高壓缸上；②由于加工制造或現(xiàn)場安裝原因，靠近高壓缸的導(dǎo)汽管、主汽閥、冷段管道支吊架未按設(shè)計正確承載、管系未正確膨脹，會造成作用于高壓缸的推力力矩過大；③管道焊接時如果強(qiáng)行冷拉對口，會導(dǎo)致殘留推力力矩作用于高壓缸。

4 處理措施

針對檢查過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷以及診斷分析，我們采取了有針對性的處理措施。

由各單位組織專家對處理方案進(jìn)行了討論，考慮到冷段管道切口易于實(shí)施，決定對1號機(jī)組冷段管道進(jìn)行切口處理。處理方案如圖1所示。2015-05-15，將冷段管道切口后，右側(cè)貓爪回座，#2限位支架管部向爐側(cè)移動約5 mm，切口兩側(cè)冷段管道水平徑向錯口約15 mm，軸向間隙約40 mm，垂直方向錯口約15 mm。

機(jī)組冷段管道切口后調(diào)整了剛吊和彈簧，以使切口垂直方向自然對口，2號限位支架重新調(diào)整，消除間隙。6號鋼吊向上調(diào)整15 mm，消除切管后的管道錯口量。此外，并未采取其他措施改變管系的冷態(tài)狀態(tài)。

2015-05-24完成上述工作，機(jī)組啟動，在啟機(jī)暖缸過程中，檢測發(fā)現(xiàn)高壓缸左前貓爪上抬0.42 mm，左后貓爪上抬0.79 mm。2015-05-25并網(wǎng)，100 MW負(fù)荷切缸后，抬起貓爪回落。

右側(cè)貓爪回座后在各次啟停及運(yùn)行過程中均未出現(xiàn)脫空；但非正常工況下當(dāng)冷段管道溫度快速降低時，高壓缸左側(cè)前、后貓爪出現(xiàn)過同時脫空，冷段溫度恢復(fù)正常后左側(cè)貓爪回座。

當(dāng)負(fù)荷為800～1 050 MW時，加負(fù)荷速率為5～8 MW/min（不能滿足電網(wǎng)AGC要求）；各軸承振動指標(biāo)趨于穩(wěn)定，振動最大值均小于90 μm，缸體膨脹較廠家給定值仍偏?。M負(fù)荷時47 mm，設(shè)計值50 mm）。

通過對高排母管進(jìn)行切口處理、高排管道支吊架調(diào)整后，高壓缸運(yùn)行相關(guān)指標(biāo)較上次停機(jī)前明顯改善，但機(jī)組啟動和甩負(fù)荷時高壓缸貓爪仍存在上抬現(xiàn)象，高壓缸膨脹不暢，#1、#2軸振偏大等現(xiàn)象尚未得到徹底解決。

對冷段管道及高旁與冷段連接處進(jìn)行柔化處理。設(shè)計院按業(yè)主要求根據(jù)現(xiàn)場條件提出了3種冷段柔化布置方案供比選。經(jīng)專家審查，認(rèn)為方案一管系柔性改善更好，吸收綜合偏差的能力更強(qiáng)，決定冷段柔化方案原則上按方案一實(shí)施。各方案如圖2所示。

冷段柔化方案確定后，設(shè)計院與汽輪機(jī)廠針對方案一進(jìn)一步細(xì)致配合，各工況計算推力力矩均滿足汽輪機(jī)廠要求。冷段柔化方案修改了高排支管、高旁出口與冷段主管之間的管段，未改變原設(shè)計管系的熱脹體系。具體修改如圖3所示。

高排母管限位支架由球面限位結(jié)構(gòu)改為拉桿限位結(jié)構(gòu)，高壓缸左側(cè)（上半）導(dǎo)汽管恒力支架運(yùn)改為恒力吊架，加固了主汽門左側(cè)限位拉桿固定支架，拆除了右側(cè)限位拉桿銷子。左側(cè)高導(dǎo)管法蘭解開檢測，出現(xiàn)錯口，經(jīng)東汽廠核算，對汽缸作用力影響較?。▽?dǎo)汽管向機(jī)頭位移18.7 mm、向下位移8.0 mm；法蘭間距23 mm、上張口1.4 mm、前張口0.8 mm）。

5 處理總結(jié)

根據(jù)以上措施處理后，機(jī)組于2016-01-04重新啟動，高壓缸貓爪無抬起現(xiàn)象，貓爪負(fù)荷分配均勻（左前83T，右前82T，左后110T，右后109T）。機(jī)組膨脹正常（高壓缸左側(cè)49.5 mm，高壓缸右側(cè)50.3 mm）。檢測高壓缸缸體未出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象

2016-01-06機(jī)組帶滿負(fù)荷運(yùn)行，缸體膨脹、脹差和各瓦溫數(shù)據(jù)正常；各軸振達(dá)到優(yōu)良水平；機(jī)組加減負(fù)荷速率達(dá)到15 MW/min，滿足電網(wǎng)AGC要求。最終順利完成機(jī)組性能考核試驗(yàn)，全過程機(jī)組各軸承振動平穩(wěn)，參數(shù)正常。

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〔編輯：劉曉芳〕