某330MW汽輪機(jī)汽缸膨脹不暢分析及處理

張俊東

（山東魏橋鋁電有限公司，山東 濱州 256200）

汽輪機(jī)的脹差值直接反映轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)軸向位置變化及內(nèi)部動(dòng)靜間隙的變化，超限會(huì)引起高、低壓軸封、隔板軸封齒或葉片與隔板動(dòng)靜摩擦，發(fā)生大軸彎曲等事故。為了滿(mǎn)足汽缸在幾個(gè)方向上的膨脹要求，應(yīng)采用合理的滑銷(xiāo)系統(tǒng)布置，以保證汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子部分與軸承座中心一致，使汽缸在加熱和冷卻時(shí)不發(fā)生大的應(yīng)力和變形。下面對(duì)某330MW機(jī)組由于滑銷(xiāo)系統(tǒng)卡澀引起汽缸膨脹不暢問(wèn)題進(jìn)行分析處理。

1 設(shè)備狀況

汽機(jī)型式 C330/N350-17．75/0．981/540/540 亞臨界、單軸、雙缸、雙排汽、中間再熱可調(diào)抽汽凝汽式機(jī)組，其中高中壓缸通流部分采用反向布置，以減少軸向推力。高壓缸為雙層結(jié)構(gòu)，設(shè)置有夾層加熱裝置，對(duì)汽缸和法蘭螺栓進(jìn)行加熱和冷卻。高壓內(nèi)缸的死點(diǎn)在高壓缸進(jìn)汽側(cè)，其軸向膨脹方向與汽流方向一致。汽缸與軸承座之間設(shè)有立銷(xiāo)，每個(gè)軸承座下有2只縱銷(xiāo)，高中壓缸通過(guò)4對(duì)貓爪搭在軸承座上，并且由4對(duì)貓爪橫銷(xiāo)來(lái)保持前2個(gè)軸承座與高中壓缸的軸向距離。汽輪機(jī)靜子通過(guò)橫鍵相對(duì)于基礎(chǔ)絕對(duì)死點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)絕對(duì)死點(diǎn)，1個(gè)在中壓軸承箱基架上#2軸承中心線(xiàn)前250mm處，另一個(gè)在低壓缸前段低壓進(jìn)汽中心線(xiàn)前2445mm處。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，高中壓缸、前軸承箱向前膨脹，低壓缸向后膨脹。為了減小軸承箱滑動(dòng)時(shí)的摩擦阻力而使低壓缸順利膨脹，在前箱底部裝有自潤(rùn)滑塊。轉(zhuǎn)子相對(duì)于靜子的相對(duì)死點(diǎn)在中低壓缸軸承箱內(nèi)的推力軸承處，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子有此處向前后膨脹。

2 中壓缸啟動(dòng)過(guò)程現(xiàn)象

中壓缸啟動(dòng)軸振與瓦振共振及處理：在500r/min暖機(jī)時(shí)，汽輪機(jī)各軸振、瓦振均正常，但在升速至1100r/min暖機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)3Y：130μm，5Y：104μm，初步判斷可能為頂軸油泵運(yùn)行對(duì)油膜形成干擾，造成軸振增大。于是升速至1200r/min暖機(jī)，并在投入頂軸油泵聯(lián)鎖的情況下，停運(yùn)頂軸油泵，觀(guān)察各軸振均呈下降趨勢(shì)，最終3Y：121μm，5Y：68μm，并仍在緩慢下降中。暖機(jī)1．5小時(shí)后，缸脹分別由2．54/3．35mm降至2．49/3．35mm，高中壓缸溫分別上升至171/196℃，由于缸脹不增反降，于是升速至2300r/min進(jìn)行暖機(jī)，此轉(zhuǎn)速下各軸振均較小，最高3Y：85μm。暖機(jī)1小時(shí)后，以100r/min的升速率定速3000r/min，但在升至2824r/min時(shí)，#3瓦振升高至47μm，同時(shí)1X、1Y 開(kāi)始快速上升。于是降至2500r/min進(jìn)行暖機(jī)，降速過(guò)程中1X由26μm升至100um、1Y由42μm升至180μm。此時(shí)，缸脹只有 2．50/3．36mm，在核對(duì)缸脹指示正常的情況下，決定實(shí)施人工干預(yù)，對(duì)前箱吊耳、滑銷(xiāo)系統(tǒng)的角銷(xiāo)等處進(jìn)行敲打。缸脹極其緩慢的開(kāi)始間斷性的膨脹，1X、1Y開(kāi)始顯著下降，于是每次增加轉(zhuǎn)速50r暖機(jī)，待缸脹脹出一點(diǎn)后，1X、1Y下降至穩(wěn)定數(shù)值后，再次增加轉(zhuǎn)速50r暖機(jī)，如此反復(fù)進(jìn)行，直到提升轉(zhuǎn)速至2850r/min后，出現(xiàn)多次升速不成功的問(wèn)題。后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：1X、1Y振動(dòng)變化趨勢(shì)與#3瓦瓦振截然相反，每次升速時(shí)，#3瓦瓦振快速下降后，1X、1Y軸振都會(huì)快速升高，就地檢查發(fā)現(xiàn)，盤(pán)車(chē)電機(jī)手輪處振動(dòng)較大，緩慢旋轉(zhuǎn)手輪1/4圈時(shí)，手輪振動(dòng)急劇增大，同時(shí)1X、1Y軸振急劇增大，#3瓦瓦振快速下降。于是，將手輪恢復(fù)原位置，振動(dòng)恢復(fù)正常。延長(zhǎng)暖機(jī)后，將升速率改為50r/min，每次增加轉(zhuǎn)速10r,待#3瓦瓦振、1X、1Y軸振平穩(wěn)后，重新增加轉(zhuǎn)速，直至定速3000r/min，定速后進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)15h的暖機(jī)。

3 合缸啟動(dòng)過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)處理

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間中壓缸啟動(dòng)暖機(jī)后，高中壓缸溫度分別升至303/275℃，缸脹卻穩(wěn)定在3．07/3．42mm。此時(shí)，有兩個(gè)選擇，要么鍋爐點(diǎn)火后切換冷再汽源然后切缸，要么中壓缸打閘后，進(jìn)行高中壓缸合缸啟動(dòng)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，為了增加高壓內(nèi)缸向外缸和法蘭的傳熱量，同時(shí)保證機(jī)組不發(fā)生超速、進(jìn)水等異常，最終決定進(jìn)行高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)。

3.1 運(yùn)行調(diào)整

高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)，除保證蒸汽過(guò)熱度外，還比缸溫高100℃，以防止在500r/min暖機(jī)時(shí)發(fā)生缸溫下降過(guò)多的異常情況。但在沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速升至956r/min時(shí)，3Y軸振由81μm升至136μm，5Y軸振由18μm升至107um且上升較快，為保證安全，將轉(zhuǎn)速降至600r/min進(jìn)行暖機(jī)，將高壓缸夾層加熱聯(lián)箱壓力提至3．5～4MPa之間（聯(lián)箱安全門(mén)動(dòng)作壓力4．7MPa），并派專(zhuān)人進(jìn)行高壓缸夾層加熱聯(lián)箱壓力調(diào)整，維持穩(wěn)定。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)處理

汽缸膨脹經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間暖機(jī)后無(wú)上升趨勢(shì)，聯(lián)系檢修人員對(duì)前箱吊耳、滑銷(xiāo)系統(tǒng)的角銷(xiāo)等處的敲打。高壓缸缸脹受檢修人員的敲打影響較為明顯，基本每次敲打，缸脹都可以脹出 0．1～0．2mm, 3Y、5Y 軸振隨之下降至 122μm、93μm，在缸脹至 3．45/3．77mm 時(shí)，以100r/min的升速率直接升至1200r/min停頂軸油泵，此時(shí)，3Y：142μm保持穩(wěn)定，其余軸振瓦振均穩(wěn)定。于是以400r/min的升速率過(guò)臨界，除在臨界轉(zhuǎn)速下#3瓦瓦振81um外，其余軸振瓦振均在報(bào)警數(shù)值以下。在2300r/min暖機(jī)結(jié)束后，在2500r/min、2800r/min均做短暫停留，在查看無(wú)異常后，以50r/min的升速率升至3000r/min。最終在缸溫340℃、高壓缸法蘭溫度294℃、缸脹4．24mm時(shí)，實(shí)現(xiàn)前箱的順利膨脹（膨脹量較其它機(jī)組仍然偏?。?/p>

4 汽缸膨脹不暢原因分析及處理

4.1 膨脹不暢原因分析

本機(jī)組前軸承箱在高中壓缸的推力作用下，在臺(tái)板上前后滑動(dòng)。軸承座底部采用潤(rùn)滑塊進(jìn)行潤(rùn)滑，軸承做因銹蝕或灰塵等原因造成滑銷(xiāo)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，具體有兩方面原因。

（1）本機(jī)軸封系統(tǒng)采用自密封形式，高壓缸前汽封間隙過(guò)大，軸封漏汽大，造成軸承座處的工作環(huán)境惡劣，溫度高，軸承座與臺(tái)板滑動(dòng)面常有積水。縱銷(xiāo)與軸承滑動(dòng)面特別容易銹蝕，發(fā)生卡澀?，F(xiàn)場(chǎng)雖加風(fēng)機(jī)吹掃，但無(wú)法從根本上解決軸封漏汽積水對(duì)滑銷(xiāo)系統(tǒng)的影響。

（2）滑動(dòng)面潤(rùn)滑裝置需要在運(yùn)行中定期加高溫潤(rùn)滑脂，高溫潤(rùn)滑脂在運(yùn)行一段時(shí)間后干結(jié)引起油槽堵塞，加之運(yùn)行中一些灰塵進(jìn)入了油槽，最終導(dǎo)致了汽缸膨脹和收縮受阻。

4.2 處理措施

（1）機(jī)組啟動(dòng)前，查看了以往啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，掌握振動(dòng)大的區(qū)域，合理調(diào)整了暖機(jī)轉(zhuǎn)速。

（2）根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)，在脹差不超標(biāo)的情況下，盡可能的提高法蘭溫度，增大汽缸法蘭的膨脹量；同時(shí)，在中壓缸啟動(dòng)時(shí)，合理使用夾層加熱裝置進(jìn)行倒暖，可以增大高壓缸夾層的蒸汽流通量，提高對(duì)流換熱量，盡快提高汽缸法蘭溫度，后續(xù)根據(jù)汽缸法蘭溫度上升情況，逐步調(diào)整夾層加熱裝置進(jìn)汽門(mén)開(kāi)度，在定速后，即使缸溫穩(wěn)定，也應(yīng)維持運(yùn)行一段時(shí)間，依靠?jī)?nèi)缸對(duì)外缸的輻射傳熱進(jìn)行升溫膨脹；在高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能早的投入夾層加熱裝置，并盡量增大進(jìn)汽量，增大蒸汽與汽缸法蘭的對(duì)流換熱量，進(jìn)一步提高汽缸法蘭溫度，在法蘭溫度及缸溫接近夾層進(jìn)汽溫度且法蘭溫度上升速度變慢的情況下，方可考慮解列高壓缸夾層加熱。

（3）因盤(pán)車(chē)處存在共振現(xiàn)象，導(dǎo)致軸振與瓦振相互影響，應(yīng)設(shè)法避開(kāi)共振轉(zhuǎn)速區(qū)域，若共振轉(zhuǎn)速接近3000r/min時(shí)，應(yīng)設(shè)法增加汽缸膨脹量，延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，并采取小幅度提升轉(zhuǎn)速的方法進(jìn)行提升轉(zhuǎn)速，防止出現(xiàn)大幅提升轉(zhuǎn)速后，對(duì)軸系擾動(dòng)較大的情況發(fā)生。

（4）關(guān)于人工干預(yù)措施方面。原則上盡量不使用人工敲打前箱吊耳、滑銷(xiāo)系統(tǒng)的角銷(xiāo)等處的方法，汽輪機(jī)屬于精密設(shè)備，人工敲打的時(shí)候，有一定的破壞性，有時(shí)敲打力度過(guò)大，可能造成飛環(huán)動(dòng)作。本次在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，由于前箱膨脹存在卡澀情況，在長(zhǎng)時(shí)間暖機(jī)效果不明顯的情況下，被迫使用人工敲打的方法，正常情況下，還是應(yīng)該利用檢修機(jī)會(huì)，加強(qiáng)設(shè)備治理。

（5）在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生軸系彈性彎曲，需要進(jìn)行盤(pán)車(chē)直軸或者長(zhǎng)時(shí)間的暖機(jī)直軸，不宜強(qiáng)行升速，每次升速前，應(yīng)在保證各軸振、瓦振均平穩(wěn)的情況下，方可繼續(xù)升速，且升速率不應(yīng)超過(guò)設(shè)備說(shuō)明書(shū)中要求的升速率，在升速中發(fā)現(xiàn)軸振、瓦振異常升高時(shí)，應(yīng)及時(shí)避開(kāi)在軸振大的轉(zhuǎn)速區(qū)停留。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)組并網(wǎng)帶入額定負(fù)荷后，汽缸膨脹值最大為8．98/9．31mm,與其他運(yùn)行機(jī)組相對(duì)比仍偏差較多，正常運(yùn)行機(jī)組汽缸膨脹值一般在20mm以上，說(shuō)明本機(jī)組雖經(jīng)過(guò)調(diào)整和處理并未使缸脹完全脹出。后經(jīng)調(diào)停后，對(duì)汽輪機(jī)前箱進(jìn)行抽檢發(fā)現(xiàn)，前箱臺(tái)板銹蝕非常嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)除銹及對(duì)前汽封間隙重新調(diào)整后，汽輪機(jī)再次啟動(dòng)后，缸脹達(dá)到了22mm，各軸承振動(dòng)均在設(shè)計(jì)范圍以?xún)?nèi)。汽輪機(jī)組的開(kāi)機(jī)是一項(xiàng)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮?，要求按照設(shè)備說(shuō)明書(shū)、運(yùn)行規(guī)程、二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求的相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行，切莫抱著僥幸的心理盲目操作，同時(shí)必須加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng)、治理力度，確保機(jī)組的正常啟停、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。