汽輪機推力瓦溫度常見故障及解決方案

蔡呈譜

（上海大屯能源股份有限公司熱電廠，江蘇徐州 221600）

0.引言

推力瓦是汽輪機[1]的重要組成部件，它有著極其重要的作用，推力瓦的主要作用是確定汽輪機轉(zhuǎn)子在汽缸中的軸向位置，并確保轉(zhuǎn)子和定子存在一定有效的間隙;在汽輪機正常運轉(zhuǎn)的過程中，還能夠承載消化掉轉(zhuǎn)子的軸向推力。汽輪機推力瓦[2]要保證在潤滑油潤滑條件下運行，就必須使出油邊的最小油膜厚度，符合汽輪機運行設(shè)計值。這就要求鏡板有較低的粗糙度和較高的精度，如果鏡板的粗糙度較高，則軸承的摩擦損耗就會隨之增大。如果鏡面有銹蝕或劃痕等缺陷，則可能造成油膜破壞，更嚴(yán)重的甚至?xí)斐善啓C燒瓦事故。因此，推力瓦刮削、鏡板研磨以及對推力瓦、鏡板的保養(yǎng)調(diào)整工作就顯得尤為重要。再者，必須要求鏡板保證其波浪度，鏡板平行度根據(jù)不同的汽輪機組一般為0.02mm每米，推力瓦與推力瓦之間的相互高差一般都控制在0.02mm之內(nèi)，也就是要求汽輪機鏡面的平面度與推力瓦的平面度相近才行?？梢娨坏┩屏ν吲c鏡面的平面度不好，其偏差超過了最小油膜厚度，就會破壞鏡面與推力瓦之間所建立的保護油膜，汽輪機推力瓦就會在干摩擦或者半干摩擦的狀態(tài)下運行，直接造成瓦面損壞甚至汽輪機燒瓦事故。此外，汽輪機推力瓦受到的力也與其本身的平行度有直接關(guān)系，只有確保接觸面積大，才能使汽輪機推力瓦承受較大的壓力。一旦汽輪機推力瓦凸凹不平，出現(xiàn)局部高點，導(dǎo)致受力集中，也會造成瓦面嚴(yán)重?fù)p壞甚至汽輪機燒瓦事故。

現(xiàn)在，很多實踐數(shù)據(jù)表明，導(dǎo)致汽輪機組保護跳閘的原因里面，汽輪機推力瓦溫度高跳閘的因素占據(jù)很大一部分。很多原因都能導(dǎo)致汽輪機推力瓦溫度的升高，在出現(xiàn)汽輪機推力瓦溫度升高時，不僅要及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，更要根據(jù)專業(yè)知識分析出推力瓦溫度高的原因，更要在源頭上解決汽輪機推力瓦溫度高的問題。比如汽輪機推力瓦承受的軸向力大小、一些潛在的推力瓦塊鎢金的磨損程度都是在分析問題時要考慮進去的輔助因素。對于汽輪機推力瓦溫度升高問題的解決的不確定性，將會導(dǎo)致無法預(yù)料的其他連鎖反應(yīng)的發(fā)生，必然會造成整個汽輪機組的無法使用，對火電廠安全生產(chǎn)和高效運轉(zhuǎn)起著非常大的負(fù)面作用。

1.現(xiàn)狀

大屯熱電廠1號汽輪機組使用的是東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的CC350/270.3-24.2/1.25/0.4/566/566型汽輪機，正負(fù)向各有6塊鎢鋼推力瓦塊，分布為上半部分3塊、下半部分3塊，固定在各自支架上。汽輪機組正常運行的情況下，在汽輪機的推力瓦中，工作瓦塊受力，保證汽輪機的轉(zhuǎn)子不至于向發(fā)電機側(cè)偏移。如果位移偏大，則會造成推力瓦溫度升高，當(dāng)推力瓦溫度達(dá)到100℃時，觸發(fā)推力瓦溫度報警信號（見圖1）；當(dāng)推力瓦溫度達(dá)到115℃時，觸發(fā)汽輪機跳閘指令。因此，汽輪機推力瓦溫度的可靠性將直接影響發(fā)電機組的安全性與穩(wěn)定性。

圖1 推力瓦溫度報警值與停機值

自投產(chǎn)運行以來，汽輪機經(jīng)過一段時間的運行，狀態(tài)基本穩(wěn)定，但汽輪機推力瓦溫度測點自2019年7月1日負(fù)向推力瓦溫度1出現(xiàn)突升，直到7月13日負(fù)向推力瓦溫度2變壞點，不到半個月的時間，有3支負(fù)向推力瓦溫度出現(xiàn)了異常，是發(fā)電機組安全運行的重大隱患。如果不是設(shè)備部熱工人員及時發(fā)現(xiàn)并處理，則會在短期內(nèi)造成連續(xù)的汽輪機跳閘事故。1號發(fā)電機組的小修過程中，對1號汽輪機推力瓦溫度系統(tǒng)進行優(yōu)化。在1號汽輪機汽缸打開后，發(fā)現(xiàn)汽缸內(nèi)推力瓦溫度引線的固定點很少，無法將推力瓦溫度引線固定在汽缸內(nèi)，那么，機組在運行過程中推力瓦測溫電阻線在下導(dǎo)、推力油槽內(nèi)部將自由擺動，造成3支汽輪機推力瓦溫度引線存在不同程度的損傷，導(dǎo)致反向推力瓦溫度測點變壞點。為了提高機組穩(wěn)定性，熱工專業(yè)對汽輪機推力瓦溫度引線走線進行分析，對下導(dǎo)推力瓦溫度走線進行了優(yōu)化，新的推力瓦溫度引線走線大大減少了磨損的可能，并提高了發(fā)電機組的穩(wěn)定性。

原推力瓦溫度引線走線狀況及磨損原因分析：隨著發(fā)電機組的運行，汽輪機汽缸內(nèi)部潤滑油也跟著高速循環(huán)，由于推力瓦溫度測點引線并沒有在汽缸內(nèi)部進行加固，所以在油循環(huán)作用下，汽輪機推力瓦測點引線在汽缸內(nèi)部將來回擺動，并與汽缸內(nèi)壁的棱角進行摩擦，最終導(dǎo)致3支反向推力瓦溫度測點引線出現(xiàn)不同程度的損傷。

2.問題解決措施

此次的汽輪機推力瓦溫度系統(tǒng)優(yōu)化在軟件上和硬件上同時進行。在硬件上，原有的汽輪機推力瓦溫度引線[3]自推力瓦塊引出，直至所有溫度引線匯總前，只有一個固定螺栓用于捆扎推力瓦溫度測點引線，引線中間缺少固定點，在潤滑油的持續(xù)沖刷下，汽輪機推力瓦溫度引線與汽缸內(nèi)壁的棱角持續(xù)摩擦，造成溫度引線損傷，溫度測點出現(xiàn)異常。此次汽輪機推力瓦溫度系統(tǒng)優(yōu)化加入了固定支架，使溫度測點的引線在汽缸內(nèi)有了更多固定點，溫度引線可以在平滑匯總后，引出到汽缸外；同時在推力瓦溫度引線外套上不銹鋼波紋管，繼而避免異物或者潤滑油沖刷造成引線的破損，以及對汽缸外溫度接線端子進行優(yōu)化，確保汽輪機推力瓦溫度測點穩(wěn)定。

（1）加裝引線固定支點。原汽輪機推力瓦上瓦溫度引線自線槽引出后，到汽輪機下缸間只在汽缸的螺栓處設(shè)有一個固定支點，螺栓與線槽之間的溫度引線缺少固定。當(dāng)綁扎在螺栓固定點的引線松動后，其間的溫度引線就會出現(xiàn)晃動，此間雖然沒有鋒利的棱角，但是會帶動推力瓦線槽內(nèi)的引線一起晃動（推力瓦內(nèi)溫度引線沒有固定的地方），繼而造成用于測量推力瓦溫度用的熱電阻體與引線脫離，溫度測點損壞。于是，在推力瓦支架上，添加多處引線固定支點（見圖2），用于將溫度引線沿著固定支點綁扎，繼而確保牢靠固定溫度引線，避免引線晃動帶來的溫度測點損壞。

圖2 優(yōu)化后的支點

（2）加裝溫度引線走線支架。在汽輪機下汽缸內(nèi)部，推力瓦溫度引線都是單獨下垂到汽缸低，在溫度引線匯總成把前沒有綁扎固定。隨著潤滑油的沖刷，使溫度引線與下汽缸內(nèi)壁下沿摩擦，是造成3支汽輪機推力瓦溫度損壞的主要原因。推力瓦溫度引線從上瓦到下汽缸，經(jīng)過潤滑油的長期沖刷，原固定點綁扎松動，導(dǎo)致溫度引線加劇晃動，熱電阻體與引線脫離，是推力瓦溫度引線損壞的次要原因。為了解決汽輪機推力瓦溫度引線在下汽缸內(nèi)晃動的問題，從推力瓦下瓦頂部至汽缸底、從下缸底至溫度引線穿出口，均添加了用于溫度引線導(dǎo)向的支架。在汽輪機運行期間，汽缸的內(nèi)部充滿潤滑油，而且沖刷力很大，在此環(huán)境下一般材質(zhì)的引線支架很難經(jīng)得住沖刷，造成支架損壞，支架碎片進入到潤滑油系統(tǒng)，會釀成事故。在引線支架的選材上，選擇了性能穩(wěn)定且且耐腐蝕的不銹鋼管作為推力瓦溫度引線支架。支架添加完成之后，必須確保汽缸內(nèi)的清潔，在對焊點進行受力檢查的同時對汽缸內(nèi)的焊渣進行清理。汽輪機推力瓦溫度引線順著支架進行綁扎固定，引線由原來的單點受力變成了多點受力，避免了引線晃動。

（3）加裝溫度引線保護套管。汽輪機推力瓦溫度引線使用的是10000mm長的2×3×0.3 耐高溫電纜，電纜的外層采用玻璃纖維和云母混合編織而成，耐高溫引線的外面沒有設(shè)置保護措施。一旦溫度引線在油循環(huán)的沖刷下與汽缸內(nèi)其他設(shè)備有接觸，就會造成溫度引線出現(xiàn)磨損。推力瓦溫度引線的損傷，將會造成引線電阻發(fā)生變化，繼而所測熱電阻的阻值與實際組織出現(xiàn)偏差，不能準(zhǔn)確反映推力瓦的實際溫度，導(dǎo)致控制系統(tǒng)內(nèi)推力瓦溫度失準(zhǔn)。當(dāng)推力瓦溫度引線損傷嚴(yán)重時，溫度引線就會斷裂，推力瓦測溫元件無法工作，在系統(tǒng)內(nèi)推力瓦溫度變成壞點，使溫度測點失去監(jiān)控的意義。為確保推力瓦溫度引線免遭磨損，在溫度引線的外部加裝不銹鋼波紋管，一方面可以避免溫度引線在汽缸內(nèi)油循環(huán)的沖刷；另一方面，即使溫度測點的固定點出現(xiàn)松動，但有了不銹鋼波紋管的保護，溫度引線也能避免磨損，同時，在不銹鋼波紋管兩端使用熱縮管進行包裹，防止不銹鋼波紋管的毛刺損傷溫度引線，確保溫度引線正常工作。

（4）優(yōu)化接線端子。汽輪機推力瓦溫度引線自汽缸引出至接線端子箱，通過接線端子轉(zhuǎn)接將推力瓦溫度信號傳輸?shù)紻CS。當(dāng)接線端子出現(xiàn)松動會造成推力瓦溫度引線接觸不良，推力瓦溫度就會跳變。一旦推力瓦溫度值跳變超過115℃，在DCS系統(tǒng)內(nèi)就會觸發(fā)汽輪機組跳閘保護是發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的重大隱患。經(jīng)檢查，原推力瓦溫度引線采用的是0.3多股銅線，端子內(nèi)的螺絲很難將其緊固，容易造成接觸不良，溫度跳變。為了徹底解決溫度跳變問題，在溫度引線上加裝冷壓端子，增加緊固螺絲與溫度引線的接觸面，確保推力瓦溫度引線緊固牢靠。

（5）在軟件上，DCS系統(tǒng)原采用推力瓦溫度高觸發(fā)汽輪機跳閘模塊，當(dāng)推力瓦溫度超過設(shè)定值時，就會造成汽輪機跳閘保護動作。為了避免誤發(fā)推力瓦溫度高保護，在DCS邏輯中引入了升速率邏輯模塊（見圖3）。升速率邏輯模塊由高低值比較、質(zhì)量判斷、延時判斷以及RS觸發(fā)器等一系列邏輯構(gòu)成。根據(jù)汽輪機安全運行需要，推力瓦溫度到達(dá)115℃會觸發(fā)汽輪機跳閘信號，經(jīng)過論證將溫度高低值比較模塊設(shè)置為高值115觸發(fā)且每秒變化不大于3℃，一旦溫度值每秒變化超過3℃，也不會觸發(fā)汽輪機跳閘信號輸出，此項設(shè)計同時也能避免汽輪機保護的拒動，符合電力系統(tǒng)二十五項反措的要求；在溫度高低值比較模塊后引入一個3s的延時模塊，既能防止參數(shù)突升，觸發(fā)汽輪機跳閘信號信號，同時引入了與或門中的與門，在與門的另一路添加推力瓦溫度的壞質(zhì)量判斷，一旦瞬間出現(xiàn)壞質(zhì)量，也會通過RS觸發(fā)器進行復(fù)位（見圖4），避免汽輪機跳閘信號誤發(fā)。

圖3 添加升速率模塊后的推力瓦溫度邏輯圖

圖4 升速率邏輯塊內(nèi)部組成

3.結(jié)論

通過本次1號汽輪機推力瓦溫度的優(yōu)化，自推力瓦溫度優(yōu)化以來，一直到現(xiàn)在，經(jīng)過一年半時間的運行，所有8支正負(fù)向推力瓦溫度[4]均運行正常，沒有出現(xiàn)推力瓦溫度跳變或變壞質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期的效果。面對2號汽輪機組存在的類似問題，從1號汽輪機組取得的效果可以看出，本次推力瓦溫度的優(yōu)化方案完全可以在2號汽輪機組應(yīng)用。推力瓦溫度的優(yōu)化將使熱電廠兩臺機組運行更加穩(wěn)定，保障了汽輪機組的安全運行和發(fā)電的連續(xù)性，有效地預(yù)防了推力瓦溫度隱患的發(fā)生，為熱電廠安全高效發(fā)電提供了堅實有力的技術(shù)支持。