1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷造成汽輪機(jī)軸瓦磨損的原因分析與處理

摘要：某發(fā)電公司1臺(tái)1 000 MW機(jī)組在甩負(fù)荷非停后的再次啟動(dòng)過程中，出現(xiàn)了汽輪機(jī)#5軸承金屬溫度異常升高而緊急停機(jī)的故障，通過對機(jī)組甩負(fù)荷前后軸振、瓦溫、軸向位移等參數(shù)進(jìn)行具體分析，探究了軸承發(fā)生搟瓦故障的原因，并提出了相應(yīng)的處理方法及防范措施，為其他同類型機(jī)組在處理類似事故時(shí)提供了參考。

關(guān)鍵詞：：甩負(fù)荷;軸瓦;軸向位移;搟瓦

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)后的再次啟動(dòng)屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，因此，監(jiān)視反映汽輪機(jī)軸承工作狀態(tài)的軸承溫度、軸振、軸向位移等參數(shù)顯得尤為重要，運(yùn)行人員如果發(fā)現(xiàn)異常情況，必須認(rèn)真分析原因并對其進(jìn)行及時(shí)處理，避免造成事故。本文針對某1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)過程中發(fā)生的軸承金屬溫度異常升高的問題，從軸瓦結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工況等方面進(jìn)行了分析，及時(shí)采取了有效的處理措施，保證了機(jī)組的順利開機(jī)并網(wǎng)。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電公司#7機(jī)組（容量為1 000 MW）于2006年12月正式通過168 h試運(yùn)行。該汽輪機(jī)由東汽和日立合作設(shè)計(jì)制造，型號(hào)N1000-25/600/600，為超超臨界、中間再熱、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)組，從機(jī)頭到機(jī)尾依次串聯(lián)一個(gè)單流高壓缸、一個(gè)雙流中壓缸及兩個(gè)雙流低壓缸。機(jī)組軸系由汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子A、低壓轉(zhuǎn)子B及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子間用剛性聯(lián)軸器連接。高壓和中壓轉(zhuǎn)子采用可傾瓦軸承支承，低壓轉(zhuǎn)子采用橢圓軸承支承。

2 故障描述

2019年7月11日，#7機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)后開機(jī)，16：20鍋爐點(diǎn)火，01：16汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，升速率為100 r/min，目標(biāo)轉(zhuǎn)速200 r/min。檢查主機(jī)轉(zhuǎn)速上升，電動(dòng)連續(xù)盤車裝置自動(dòng)脫開到位，盤車電機(jī)停運(yùn)，將盤車自動(dòng)聯(lián)鎖投入。01：19汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)200 r/min，開始摩擦檢查，01：24摩擦檢查結(jié)束;汽輪機(jī)繼續(xù)升速，升速率為100 r/min，目標(biāo)轉(zhuǎn)速700 r/min。01：27，#7汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)430 r/min，#5軸承1、2點(diǎn)溫度急劇上升至89 ℃，立即手動(dòng)打閘停機(jī)（無跳閘保護(hù)，手動(dòng)緊急停機(jī)值107 ℃），TSI其余參數(shù)均正常，就地檢查汽輪機(jī)本體未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，30 s后1、2點(diǎn)溫度分別上升至112.8 ℃、92.6 ℃，緊急增開B頂軸油泵、EOP，停B、C機(jī)械真空泵，開啟低背壓凝汽器真空破壞門，破壞真空緊急停機(jī)。01：32，#7汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速惰走至290 r/min，01：36，#5軸承3點(diǎn)溫度最高升至122 ℃開始下降，1、2點(diǎn)溫度隨之急劇上升，01：39，#5軸承1點(diǎn)溫度最高升至145 ℃開始下降，2點(diǎn)溫度最高升至122 ℃開始下降。01：41，#7機(jī)組轉(zhuǎn)速為0 r/min，投入主機(jī)盤車正常。01：52，#5軸承1、2、3點(diǎn)溫度降至53 ℃、54 ℃、50 ℃。

#7機(jī)組開機(jī)第一次沖轉(zhuǎn)#5軸承溫度歷史曲線如圖1所示。

停運(yùn)盤車后，對#5軸承回油情況進(jìn)行檢查無異常，打開#3軸承座頂部人孔觀察窗，檢查軸承座內(nèi)部無脫落的烏金等異物，用塞尺檢查#5軸瓦頂部間隙為1.15 mm。運(yùn)行人員檢查其他各參數(shù)無異常后進(jìn)行汽輪機(jī)第二次沖轉(zhuǎn)。

#7機(jī)組汽輪機(jī)第二次沖轉(zhuǎn)，升速率為100 r/min，目標(biāo)轉(zhuǎn)速200 r/min。檢查主機(jī)轉(zhuǎn)速上升，電動(dòng)連續(xù)盤車裝置自動(dòng)脫開到位，盤車電機(jī)停運(yùn)，將盤車自動(dòng)聯(lián)鎖投入。03：45，#7汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為174 r/min，#5軸承2、3點(diǎn)溫度上升至47 ℃、45 ℃，1點(diǎn)溫度急劇上升至86 ℃，立即手動(dòng)打閘停機(jī)（無跳閘保護(hù)，手動(dòng)緊急停機(jī)值107 ℃），停B、C機(jī)械真空泵，TSI其余參數(shù)均正常，就地檢查汽輪機(jī)本體未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，2 min后#7機(jī)#5軸承1、2、3點(diǎn)溫度先后最高上升至136 ℃、111 ℃、50 ℃后緩慢下降。03：50，#7機(jī)轉(zhuǎn)速至0 r/min，投入主機(jī)盤車正常。04：07，#5軸承1、2、3點(diǎn)溫度降至46 ℃、45 ℃、46 ℃。

7機(jī)組開機(jī)第二次沖轉(zhuǎn)#5軸承溫度歷史曲線如圖2所示。

3 檢查處理情況

因#5軸瓦金屬溫度配置了3個(gè)測點(diǎn)，機(jī)組啟動(dòng)初期3個(gè)測點(diǎn)均表現(xiàn)出溫度突升的趨勢，可判定該軸瓦溫度測點(diǎn)無異常（軸瓦解體后聯(lián)系熱控人員對測點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常），初步判斷#5軸瓦發(fā)生搟瓦故障。決定對#5軸瓦進(jìn)行解體檢查，以進(jìn)一步確認(rèn)分析故障原因。

#7機(jī)組汽輪機(jī)盤車停運(yùn)后揭開#3軸承座上蓋，檢查發(fā)現(xiàn)軸承座下部積油中有少許脫落的烏金碎片;對#5軸瓦進(jìn)一步解體后，檢查發(fā)現(xiàn)#5軸瓦下瓦存在搟瓦情況，兩個(gè)頂軸油孔的局部被脫落的烏金層堵塞，進(jìn)一步檢查#5軸瓦下瓦烏金面無較深的溝痕;低壓A轉(zhuǎn)子軸頸表面（與#5軸瓦配合部位）無明顯劃痕;#5軸瓦上瓦無搟瓦情況。#5軸瓦下瓦搟瓦情況如圖3所示，#5軸瓦上瓦情況如圖4所示，PT探傷后無異常。

根據(jù)#5軸瓦下瓦烏金的損傷情況，對軸瓦進(jìn)行了修刮處理，修刮后著色探傷合格，并按檢修規(guī)程要求，對#5軸瓦各部位間隙進(jìn)行了調(diào)整，對#3軸承座底部散落的烏金碎片進(jìn)行了徹底清理，#7機(jī)組開機(jī)沖轉(zhuǎn)及并網(wǎng)后#5軸瓦運(yùn)行正常，未再出現(xiàn)軸瓦溫度升高的缺陷。

4 原因分析

（1）本次#7機(jī)組于2019年6月18日甩負(fù)荷緊急停機(jī)后至2019年7月11日再次開機(jī)前，汽輪機(jī)軸瓦和油系統(tǒng)只進(jìn)行了以下工作：主機(jī)油箱人孔門進(jìn)行密封處理，油系統(tǒng)外掛濾油機(jī)進(jìn)行濾油。2019年7月1日、7月3日，主油箱潤滑油油質(zhì)報(bào)告顆粒度符合檢修機(jī)組修后油質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（兩次油質(zhì)均達(dá)到SAE AS4059F 4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)），7月11日#5軸瓦搟瓦后主油箱潤滑油油質(zhì)報(bào)告顆粒度符合SAE AS4059F 8級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（油質(zhì)降低的原因?yàn)榻议_#3軸承座對#5軸瓦進(jìn)行檢修）。故因檢修工作帶入異物的可能性可以排除，檢查軸承進(jìn)油濾網(wǎng)完整無破損、干凈無堵塞，且對出現(xiàn)搟瓦的#5機(jī)軸瓦烏金面進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異物，未見較深溝痕。故可排除異物進(jìn)入造成軸瓦搟瓦。

（2）查閱本次#7機(jī)組開機(jī)過程歷史曲線，開機(jī)前盤車和沖轉(zhuǎn)過程中潤滑油壓力一直保持在0.18 MPa以上（運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定值為0.18 MPa），沖轉(zhuǎn)前軸承進(jìn)油溫度控制在41 ℃左右（運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定值為40～49 ℃），檢查各軸承回油溫度小于60 ℃。頂軸油泵出口至各軸瓦在沖轉(zhuǎn)前均正常。查閱2019年7月11日運(yùn)行值班記錄，第一次沖轉(zhuǎn)前各軸承頂軸油壓分別為：#5軸承7 MPa，#6軸承10 MPa，#7軸承10 MPa，#8軸承10 MPa，#9軸承10 MPa，#10軸承10 MPa。開機(jī)前運(yùn)行人員對頂軸油壓進(jìn)行了確認(rèn)，油壓正常（#5～#10軸承頂軸油壓正常范圍為5～16 MPa）。故可排除系統(tǒng)斷油造成軸瓦搟瓦。

（3）查閱最近3次#7機(jī)組停機(jī)歷史曲線，如圖5、圖6、圖7所示。2019年3月11日、2019年4月3日機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，軸向位移、高壓缸差脹均是向增大的趨勢發(fā)展;2019年6月18日機(jī)組甩負(fù)荷緊急停機(jī)時(shí)，軸向位移、高壓缸差脹均是先大幅減小而后向增大的趨勢發(fā)展。查閱2019年6月18日#7機(jī)組甩負(fù)荷緊急停機(jī)歷史曲線，存在以下異常數(shù)據(jù)：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速最高升至3 240 r/min，軸向位移最小峰值為-1.07 mm（-1.08 mm<正常范圍<0.6 mm，緊急停機(jī)前軸向位移為-0.47 mm）。

綜合分析本次#7汽輪機(jī)#5軸瓦搟瓦的原因?yàn)闄C(jī)組甩負(fù)荷緊急停機(jī)瞬間，因發(fā)電機(jī)突甩負(fù)荷及汽門異常關(guān)閉，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子所受的軸向推力發(fā)生突變，引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸系出現(xiàn)較大的竄軸，在竄軸瞬間，#5軸瓦自位性能未充分發(fā)揮，造成瞬間轉(zhuǎn)子軸頸與軸瓦間的油膜被破壞，軸頸與軸瓦烏金直接接觸，進(jìn)而造成軸瓦輕微磨損。2019年7月11日，#7機(jī)組開機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)，雖已正常投運(yùn)頂軸油系統(tǒng)，但低轉(zhuǎn)速下形成的油膜不穩(wěn)定，且軸瓦已存在輕微損傷，導(dǎo)致軸瓦與軸頸間的油膜失去，軸瓦烏金與轉(zhuǎn)子軸頸直接摩擦接觸，出現(xiàn)局部過熱，并逐漸擴(kuò)大造成搟瓦故障。

5 結(jié)語

軸瓦溫度、軸向位移、軸振等參數(shù)是評(píng)價(jià)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)，是機(jī)組各部件在諸多方面運(yùn)行情況的集中反映，查找某一參數(shù)異常的原因是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，需要綜合對比分析各種影響因素。尤其是機(jī)組甩負(fù)荷緊急停機(jī)時(shí)，應(yīng)充分分析機(jī)組各參數(shù)的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)擴(kuò)大檢查范圍，消除威脅機(jī)組安全運(yùn)行的潛在隱患。本文探討的1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組突甩負(fù)荷造成汽輪機(jī)軸瓦磨損的原因有其特殊性，也很具代表性，對于分析甩負(fù)荷緊急停機(jī)對汽輪發(fā)電機(jī)組各部件的影響具有較高的借鑒價(jià)值。

收稿日期：2020-05-28

作者簡介：王騫（1986—），男，山東濟(jì)寧人，工程師，研究方向：熱能與動(dòng)力工程。