汽輪機軸向位移增大和高缸絕對膨脹不到位的原因分析

劉善聰 李詩月

摘 ?要：華能營口電廠#2機組汽輪機為前蘇聯(lián)哈爾科夫汽輪機廠制造，自高壓抗燃油液壓控制系統(tǒng)改造后，高壓缸絕對膨脹值顯著變小、軸向位移增大。本文通過機組運行數(shù)據(jù)對比確定可能造成上述問題的原因，分析機頭部分滑銷系統(tǒng)卡澀是引起高壓缸絕對膨脹值變小和軸向位移增大的原因。滑銷組卡澀影響級內(nèi)效率，增加運營燃料成本。同時滑銷斷裂或突然恢復(fù)將造成機組振動突變，從而觸發(fā)機組保護動作，甚至使動靜葉片發(fā)生刮蹭危及人身和設(shè)備安全。

關(guān)鍵詞：汽輪機 ?軸向位移 ?絕對膨脹 ?滑銷系統(tǒng) ?設(shè)備安全

中圖分類號：TK16 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0109-03

Cause analysis of axial displacement increase of steam turbine and absolute expansion failure of high pressure cylinder

LIU ?Shancong1 ?LI Shiyue2

（1.Huaneng Yingkou Power Plant， Yingkou， Liaoning Province，115007 China; 2.Huaneng Yingkou Thermal Power Co.， Ltd.， Yingkou，Liaoning Province ，115000 ?China）

Abstract：The #2 steam turbine of Huaneng Yingkou Power Plant is manufactured by Kharkov Steam Turbine Factory of the former Soviet Union. Since the reform of DEH， the absolute expansion value of the high pressure cylinder has decreased significantly and the axial displacement has increased. In this post， through the comparison of the #2 unit operation data， the possible causes of the above problems are determined，and it is analyzed that the turbine head part jam of the sliding pin system is the cause of the decrease of the absolute expansion value of the high pressure cylinder and the increase of the axial displacement. The jam of sliding pin group affects the internal efficiency and increases the fuel cost. At the same time， the sudden recovery of sliding pin will cause a sudden vibrat change of the #2 unit ， which will trigger the protection action of the #2 unit ， and even make the moving and static blades scratch， endangering the safety of personnel and equipment.

Key words： Steam turbine; Axial displacement; Absolute expansion; Sliding pin system; Equipment safety

1 ?設(shè)備簡介

華能營口電廠#2機組汽輪機為前蘇聯(lián)哈爾科夫汽輪機廠制造，后經(jīng)供熱改造的N330/C250-23.5/0.44/540/ 540型、超臨界參數(shù)、非調(diào)節(jié)抽汽、一次中間再熱、單軸三缸兩排汽凝汽式汽輪機。經(jīng)高壓抗燃油液壓系統(tǒng)改造后，高壓缸絕對膨脹值在同負荷下顯著變小，同時高負荷時軸向位移顯著增大，運行期間需依靠調(diào)整供熱供汽量緩解軸向位移過大的問題。

2 ?研究背景介紹

隨著社會進步人民生活質(zhì)量逐步提高，一方面供熱需求日益增大，另一方面國家對能源能耗問題以及環(huán)保問題的關(guān)注日趨強烈。而我國人口眾多，其中多以煤炭、石油、天然氣為主要的能源，發(fā)改委“十三五規(guī)劃”中指出煤炭消費比例從2015年的64%降到2020年的58%以下，接近發(fā)展中國家的人均用電量，縮小與發(fā)達國家標準煤的使用量[1-2]。依靠限制供熱避免軸向位移保護動作的操作，雖能緩解軸向位移增大的問題，但也嚴重限制了機組供熱能力，降低了機組的綜合效率，提高了電廠的燃煤消耗量，不利于節(jié)能減排。且當機組深度調(diào)峰時，需要將定滑壓曲線向低負荷延伸，以保證機爐協(xié)調(diào)運行時機組主要參數(shù)匹配[3]，但是深度調(diào)峰下汽輪機合理的主汽壓力未必滿足延伸的定滑壓曲線[4]。因此，深調(diào)時限制供熱將會給機組帶來安全隱患。

3 ?故障診斷分析

通過機組控制系統(tǒng)調(diào)取數(shù)據(jù)，研究高壓缸絕對膨脹變小和軸向位移增大的故障原因，并列出表1、表2。

其中1-3組為改造前數(shù)據(jù)，4-6組為改造后數(shù)據(jù)。由1-3組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)高壓缸絕對膨脹值與主汽流量正相關(guān)，即主汽流量增大膨脹也增大，供熱調(diào)門開度與高壓缸絕對膨脹沒有直接關(guān)聯(lián)。4-6組數(shù)據(jù)高壓缸絕對膨脹值數(shù)據(jù)不符合1-3組數(shù)據(jù)的相關(guān)規(guī)律，偏差值很大，且遠小于規(guī)程中32.2mm理論值，說明高壓缸膨脹不暢。

其中1-3組為改造前數(shù)據(jù)，4-6組為改造后數(shù)據(jù)。由上表可知高壓缸5、6點溫差、中壓缸絕對膨脹、高壓缸脹差與高壓缸絕對膨脹沒有必然聯(lián)系，4-6組數(shù)據(jù)高壓缸絕對膨脹顯著變小，軸向位移顯著增大。故此可以判斷自高壓抗燃油液壓控制系統(tǒng)改造后，高壓缸絕對膨脹值顯著變小，軸向位移也在相同負荷時顯著增大。

高壓缸利用貓爪搭在前軸承箱和中間軸承箱上，中壓缸利用貓爪搭在中間軸承箱和低壓缸的附加支承上，低壓缸座落在基礎(chǔ)平臺上，汽缸的死點在#4軸承中心線與低壓缸兩只橫銷連線相交處。

高壓缸膨脹方向從B點向C點，高壓缸絕對膨脹測點在C點附近，故高壓缸絕對膨脹不到位的原因是C點至D點之間的滑銷系統(tǒng)發(fā)生卡澀。受上述情況影響，高壓側(cè)推力瓦受到高壓缸膨脹擠壓，推力盤與高壓缸側(cè)推力瓦之間摩擦增加，推力瓦磨損加速，造成汽輪機轉(zhuǎn)子位置相較于正常情況下稍向高壓缸側(cè)移動，引起中壓缸脹差稍有減小。汽輪機密封系統(tǒng)受此影響，潤滑油與軸封之間密封降低，潤滑油中水分將會增加。實踐證明在此之后機組潤滑油攜水量增加。

A點和B點之間沒有直接受蒸汽加熱的部件，通過對汽輪機軸向位移增大原因中的分析，結(jié)合表1、2中軸向位移變化可以得出高壓缸絕對膨脹不到位的主要原因是圖1陰影區(qū)域部分的滑銷組卡澀。大修期間我廠進行了汽輪機調(diào)速系統(tǒng)的改造，重點的改造發(fā)生在圖中陰影部分，因此很可能是在改造EH油系統(tǒng)時造成了滑銷卡澀，引起了高壓缸絕對膨脹不到位。

圖1陰影部分滑銷組卡澀，在高壓缸受熱時使其受到向死點方向的力，這樣會加劇高壓缸側(cè)推力瓦與推力盤間的摩擦，引起汽輪機軸向位移加大。高壓缸膨脹不暢會使汽輪機動靜間隙變化，影響缸內(nèi)效率，增加運營燃料成本。對于穩(wěn)定運行的機組來講，汽輪機相對內(nèi)效率的主要影響因素是漏氣損失和所處的運行工況，當汽輪機帶相同負荷運行時，動葉與葉頂汽封之間的動靜間隙的大小就成為汽輪機相對內(nèi)效率的主要影響因素，換言之，汽輪機的相對內(nèi)效率（η）與動靜間隙的大小呈反比[5]。同時低壓缸兩只橫銷受到由機頭向發(fā)電機方向的應(yīng)力，可能造成死點橫銷斷裂?；N卡澀在機組長時間的變工況運行下突然恢復(fù)正常，高壓缸脹差會劇烈變化，可能觸發(fā)機組保護動作，甚至危及人身和設(shè)備安全。汽輪機轉(zhuǎn)速的升高，各部轉(zhuǎn)子在離心力的作用下變粗、縮短（泊松效應(yīng)）。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大。這種作用對整鍛式轉(zhuǎn)子的影響不大，但對轉(zhuǎn)子的縮減作用明顯，轉(zhuǎn)速的變化對汽輪機中、低壓脹差的影響是很大的[6]。根據(jù)克拉伯龍方程證明汽輪機升速過程中人為改變升速率是導(dǎo)致脹差變化的根本原因[7]。因此在機組大修前的啟動過程中為避免因軸向位移、脹差變化造成汽輪機升速過程中#1瓦#2瓦振動突變觸發(fā)保護，還應(yīng)嚴格控制升速率。

4 ?結(jié)語

根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，脹差變化是引起汽輪機#1瓦、#2瓦軸承振動突變的直接原因，這符合實際運行情況。因此應(yīng)利用大修期間對#2機組汽輪機滑銷組進行重新檢查，確認高壓缸絕對膨脹不到位和機組軸向位移增大的原因，并對可能磨損的推力盤進行維護。

參考文獻

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