汽輪機(jī)缸內(nèi)高溫下停盤車檢修的探索

侯伯男

摘 要：大型火電機(jī)組在緊急停機(jī)消缺時，由于汽輪機(jī)缸體內(nèi)部金屬溫度較高，為防止轉(zhuǎn)子彎曲變形或抱死，通常要求汽輪機(jī)內(nèi)缸金屬溫度最高值小于150℃才允許停盤車檢修。本文介紹了某電廠整套啟動期間完成的一次高中壓缸進(jìn)汽調(diào)節(jié)級金屬溫度200℃時停盤車檢修的成功實踐，為其他同類型機(jī)組緊急狀態(tài)下的檢修提供有益借鑒。

關(guān)鍵詞：大型火電機(jī)組;汽輪機(jī);高溫;盤車;檢修。

某電廠在機(jī)組整套啟動試運期間，進(jìn)行交流潤滑油泵與主油泵的切換操作時，發(fā)現(xiàn)主油泵出口壓力始終無法達(dá)到設(shè)計值，造成無法進(jìn)行油泵切換。通過就地檢查，發(fā)現(xiàn)主油箱內(nèi)潤滑油流動異常，油流翻滾影響觀察，但初步推測是由于射油器法蘭撕裂所導(dǎo)致的大量漏油。因主油箱內(nèi)發(fā)生漏油的部分完全浸沒在潤滑油內(nèi)，所以必須緊急停機(jī)處理，且檢修時需要停止?jié)櫥拖到y(tǒng)并將油導(dǎo)出至室外儲油箱。潤滑油系統(tǒng)停下的同時盤車也必須停止，以避免轉(zhuǎn)子盤動時軸承內(nèi)油膜失穩(wěn)，發(fā)生軸瓦磨損或盤車裝置損壞的情況。但是根據(jù)汽輪機(jī)說明書和以往經(jīng)驗推斷，從汽輪機(jī)停止進(jìn)汽到汽缸金屬溫度降低到說明書要求的150℃以下，以當(dāng)?shù)氐臍鉁貤l件（32℃），通常需要8天左右。如能在相對較高的汽缸金屬溫度下停用汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)和盤車裝置，進(jìn)行檢修工作，將為整套啟動試運爭取大量時間。

1 設(shè)備情況介紹

該電廠采用哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的CLN600-24.2/566/566型單軸、三缸（高中壓缸、A低壓缸、B低壓缸）、四排汽、反凝汽、中間再熱式600MW汽輪機(jī)。高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子均為無中心孔合金鋼整鍛轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間采用剛性連接。汽輪機(jī)有6個支撐軸承，發(fā)電機(jī)及勵磁機(jī)共有3個支撐軸承。整臺機(jī)組汽缸金屬溫度最高處位于高中壓缸內(nèi)缸進(jìn)汽調(diào)節(jié)級附近，主機(jī)設(shè)計時為防止超溫或溫差過大，此處以及各上下內(nèi)缸均設(shè)有溫度變送器，用以監(jiān)測缸體金屬溫度。

停機(jī)時高中壓內(nèi)缸進(jìn)汽口調(diào)節(jié)級處金屬溫度達(dá)到313.6℃。此時中壓側(cè)進(jìn)汽處上內(nèi)缸金屬溫度為253.7℃，下內(nèi)缸金屬溫度為249.6℃。

此后，經(jīng)過106小時冷卻，高中壓內(nèi)缸調(diào)節(jié)級金屬溫度降至202.7℃;中壓側(cè)上內(nèi)缸金屬溫度降至168.8℃，下內(nèi)缸金屬溫度降至177.3℃;按照汽缸金屬溫度的下降速率，以及溫度下降梯度逐步減小的情況，預(yù)計仍需四天時間高中壓內(nèi)缸進(jìn)汽口調(diào)節(jié)級金屬溫度才能降到150℃以下。

2 風(fēng)險分析

說明書中要求汽缸金屬溫度需降至150℃以下才允許停潤滑油系統(tǒng)和盤車，主要是因為，在汽缸金屬溫度較高時如果停止?jié)櫥拖到y(tǒng)和盤車，可能會造成：轉(zhuǎn)子熱彎曲、軸承過熱受損這兩種危險情況。另外，有些電廠曾經(jīng)采用過向汽缸內(nèi)強(qiáng)制通風(fēng)以加快冷卻的措施。以下主要就上述兩種風(fēng)險和強(qiáng)制通風(fēng)冷卻措施進(jìn)行分析，以判斷風(fēng)險大小并確定下一步的工作思路。

2.1 轉(zhuǎn)子熱彎曲風(fēng)險分析

停盤車后，由于受上下內(nèi)缸溫差、轉(zhuǎn)子重力以及金屬溫度對剛度的影響，熱態(tài)下的轉(zhuǎn)子長時間處于同一相位，可能會發(fā)生較大的彎曲變形，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致動靜卡澀無法盤車。

轉(zhuǎn)子的彎曲變形量除了受重力作用外，還與汽缸上下內(nèi)缸溫差成正比，汽缸上下溫差越大，轉(zhuǎn)子的變形情況越嚴(yán)重，反之亦然。高中壓內(nèi)缸調(diào)節(jié)級金屬溫度200℃時，高壓側(cè)內(nèi)缸上下溫差為25℃左右，中壓側(cè)內(nèi)缸上下溫差為9℃左右，這個溫差小于汽輪機(jī)說明書對于機(jī)組啟動時上下內(nèi)缸溫差≤56℃的要求。因此，現(xiàn)有溫差下所產(chǎn)生的彎曲變形量是在可以接受范圍之內(nèi)的。保證在處理缺陷的過程中上下內(nèi)缸溫差不超過56℃，則在一定時間內(nèi)，因溫差而造成的轉(zhuǎn)子熱彎曲就是可控的。同時采取關(guān)閉汽缸所有疏水閥、抽汽閥，以隔斷冷空氣進(jìn)入汽缸的措施，也能有效地防止內(nèi)缸上下溫差的擴(kuò)大。

高中壓轉(zhuǎn)子材料為30Cr1Mo1V，其冷態(tài)時偏心值為23μm，根據(jù)剪切胡克定律γ=τG（其中G表示切變模量，τ表示剪應(yīng)力即所受重力，γ表示剪應(yīng)變即轉(zhuǎn)子偏心值），以及《火力發(fā)電廠金屬材料手冊》表6.4.55查得30Cr1Mo1V在室溫時切變模量為82.9×103MPa，200℃時切變模量為79.6×103MPa。推算轉(zhuǎn)子金屬溫度為200℃時，偏心值約為24μm。所以，在較短的停盤車時間內(nèi)，熱態(tài)轉(zhuǎn)子由于重力和剛度影響所產(chǎn)生的彎曲變形均是可控的。

2.2 軸承過熱受損風(fēng)險分析

停止交流潤滑油系統(tǒng)后，較高的缸溫可以通過轉(zhuǎn)子將熱量傳遞到軸瓦，從而造成軸瓦溫度上升。極端情況下，可能存在軸瓦金屬溫度上升導(dǎo)致烏金融化而損壞軸承的風(fēng)險。因汽缸溫度較高，預(yù)計高中壓缸兩端軸瓦此類現(xiàn)象最為嚴(yán)重。但汽缸金屬溫度通過轉(zhuǎn)子傳導(dǎo)至軸瓦所產(chǎn)生的溫升暫時無法確定，需要通過預(yù)試驗進(jìn)行驗證。

2.3 強(qiáng)制通風(fēng)加快冷卻措施分析

強(qiáng)制通風(fēng)快速冷卻裝置，通常是將壓縮空氣經(jīng)過過濾并通入加熱裝置，使壓縮空氣溫度升高到一定值后，沿蒸汽流動方向通入各個汽缸內(nèi)部，流過內(nèi)外缸間隙、通流間隙時對汽輪機(jī)外缸、內(nèi)缸和轉(zhuǎn)子進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，以達(dá)到加速機(jī)組冷卻的目的。

但由于該電廠未設(shè)置強(qiáng)制通風(fēng)快冷裝置，只能通過開啟各各汽缸的疏水閥、抽汽閥來達(dá)到內(nèi)外空氣流通加速冷卻的目的。但是如果通過以上措施開啟與汽缸聯(lián)通的閥門，進(jìn)入汽缸的空氣未經(jīng)過加熱裝置進(jìn)行溫度控制，會與汽缸金屬溫度形成較大溫差，將極大的提高由溫差導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子永久變形風(fēng)險。因此，在下一步的操作中將持續(xù)關(guān)閉各汽缸疏水閥、抽汽閥以避免溫差過大轉(zhuǎn)子變形。

3 預(yù)試驗過程

通過以上分析，決定進(jìn)行預(yù)試驗。在高中壓內(nèi)缸調(diào)節(jié)級金屬溫度202℃時停止交流潤滑油系統(tǒng)和盤車5小時，以觀察軸承溫度、轉(zhuǎn)子偏心值的變化情況，進(jìn)一步確定影響程度。因高中壓缸機(jī)端軸承（即#1軸承）處對應(yīng)的缸體金屬溫度最高，因此在試驗期間重點關(guān)注其金屬溫度變化情況。

預(yù)試驗1小時后，#1軸承金屬溫度自41℃上升至51℃;2小時后#1軸承金屬溫度上升至58℃;到第5小時結(jié)束時，各軸承金屬溫度上升態(tài)勢已趨于平穩(wěn)，其中#1軸承金屬溫度最高，為69℃。試驗期間高中壓內(nèi)缸上下金屬溫度幾乎沒有變化，即溫差基本沒有變化。轉(zhuǎn)子偏心值遠(yuǎn)端測量為42μm，未超過說明書規(guī)定的啟動上限75μm。