1、 2019 年中国电机工程学会年会论文集 135MW 轴 向 排 汽 式 汽 轮 机 大 轴 抱 死 原 因 及 处理 对 策 分 析 唐滔 中 电（四 会）热 电 有 限 责 任 公 司 肇庆 邮编；526200 CASE ANALYSIS AND TREATMENT MEASURES FOR SHAFT LOCKING FAULTS OF A 135MW AXIAL EXHAUST TURBINE Tao tang CHINA POWER(SI HUI)THERMAL POWER COMPANY LTD,ZHAO QING 摘要：目前 9F 燃气轮机联合循环机组配置 135MW 等级汽轮机
2、是很常见的设计。本文根据上海电气 135MW 轴向排汽 汽 轮 机 在 调 试 过 程 中 盘 车 状 态 下 发 生 的 大 轴 抱 死 实 例，结 合 轴 向 排 汽 特 点，轴 封 结 构 和 供 汽、漏 汽 系 统 的 控 制 方式，分析此类汽轮机大轴抱死原因及处理对策，保证机组在运行过程中安全、稳定。关键字：汽轮机 轴向排汽 大轴抱死 处理对策 Abstract:At present,it is a common design that the 9F gas turbine combined cycle unit is configured with 135MW grade stea
3、m turbine.According to the shaft locking example Shanghai electric 135MW axial exhaust turbine gear in the debugging process under barring state,an analysis is made to the characteristics of axial exhaust,shaft seal structure and control of steam supply and leakage system,and corresponding treatment
4、 measures are put forward and taken,which have guaranteed the safety and stability of the unit during operation.Keywords:steam turbine;axial exhaust;Shaft Locking;treatment measure 1 前言 某一拖一分轴布置的 9F 燃气轮机联合循环机组采用上海电气生产的双缸、三压再热、可调整 抽 凝、轴 向 排 汽 式 汽 轮 机，型 号：LZC136-12.69/1.9/0.403/561.7/547。配 套 盘 车 装置 为
5、液 压 油 马 达 式，正 常 运 行 时 机 组 转 速 高 于180rpm 盘车 自动脱开，转速低于 120rpm 盘车自动投入，本汽轮机设计盘车转速 54rpm，调试期间发生两次盘车状态金属摩擦事件，造成大轴抱死。为避免因大轴抱死造成汽轮机大轴振动、轴瓦磨损的严重影响，需要在了解此类汽轮机轴向排汽特点，轴封系统结构及其供汽、漏气系统控制方式的基 础上，分析大轴抱死的原因，以采取相应的处理对策。2 轴 向 排 汽 式 汽 轮 机 的 特 点 2.1 轴 向 排 汽 汽 轮 机 的 特 点 大功率火力发电站凝汽器尺寸很大，凝汽器和汽轮机大多采用上下分层方式，径向布置。然而，联合循环的汽轮机容
6、量比较小，凝汽器能够与汽轮机布置在同一水平面，轴向布置，排汽沿轴向直接进入凝汽器。轴向排汽汽缸流动结构简单，损失小，更重要的是免去机组的分层布置大大节省了电站的建设成本和建 设周期。因此联合循环汽轮机轴向排汽的设计运用越来越多。但是水平方向热位移比垂直方向大得多，凝汽器中的水容易进到汽机，并且低压缸排汽端轴 承处于封闭状态，无法直接观察到工作情况。2.2 轴 封 结 构 汽轮机采用双缸、中低压合缸布置。高压缸两端、径向和隔板均采用迷宫式轴封结构，在蒸汽 通 过 轴 封 腔 室 时，压 降 转 换 为 汽 流 速 度（动能），在 经 过 多 级 轴 封 腔 室 后，由 于 紊 流 的 作 用汽流
7、速度逐渐降低，从而有效地减少轴封漏汽。此外高压缸进汽端还设有平衡活塞轴封，平衡活塞 轴 封 直 径 需 与 转 子 轴 向 推 力 的 平 衡 要 求 相 匹配。2019 年中国电机工程学会年会论文集 中低压缸径向和隔板轴封为镶齿式轴封，每个 轴 封 齿 通 过 嵌 条 固 定 在 转 子 或 者 内 缸、持 环上。两端采用轴向排布的非接触密封件密封，在靠近高压缸侧，差胀较小，迷宫轴封是用交替排列的轴封条实现的，轴封齿分别嵌塞到转子和汽缸中，轴封体悬挂在汽缸中，可自由膨胀；在排汽端，差胀较大，轴封体作为直接密封件与彼此直接相对放置的轴封齿一起实现轴封，轴 封齿嵌塞到转子和轴封体中。中低压缸还设
8、计了一个过桥轴封，把中压蒸汽进汽腔室与低压蒸汽分开。2.3 轴 封 供 汽 的 汽 源 轴封系统设有轴封压力自动调整装置、溢流泄压装置和轴封抽汽装置。供汽系统设有两路汽源：在 启 动 和 停 机 过 程 中 轴 封 蒸 汽 来 自 辅 汽 联箱，辅汽经过减温、减压后进入轴封供汽母管，其 中 辅 汽 联 箱 的 汽 源 又 来 自 于 再 热 蒸 汽 冷 端 和启动锅炉；随着机组负荷的增加，轴封 系统将进入自密封阶段，供汽调节阀逐渐关闭，通过溢流阀调节轴封压力。2.4 高 压 轴 封 漏 汽 控 制 高 压 轴 封 漏 至 中 压 缸 蝶 阀 及 高 压 轴 封 漏 至低压后缸蝶阀阀门动作逻辑如
9、表 1：表 1 高 压 轴 封 漏 汽 控 制 逻 辑 阀 门 名 称 动 作 情 况 动 作 条 件 高 压 轴 封 漏至 中 压 缸 蝶阀 开 中 压 调 门 后 压 力 0.7MPa 且 转 速2580rpm 汽 机 跳 闸 关 中 压 调 门 后 压 力 0.65MPa 高 压 轴 封 漏至 低 压 后 缸蝶阀 开 中 压 调 门 后 压 力 0.65MPa 汽 机 跳 闸 关 中 压 调 门 后 压 力 0.7MPa 为了提高机组效率，在机组正常运行 中，当中压进汽压力达到 0.7MPa 且转速大于 2580rpm时，联开高压轴封漏至中压缸蝶阀，联关高压轴封漏至低压后缸蝶阀，增加低压
10、缸进汽量；考虑到机组启动暖机及低负荷阶段，中压缸上下缸温度均较低，为了防止此时高压轴封漏气高温蒸汽进入中压缸底部，加热中压缸下壁，所以当中压进汽压力低于 0.65MPa 时，联关高压轴封漏至中压缸蝶阀，联开高压轴封漏至低压后缸蝶阀。2.5 轴 封 供 汽 控 制 特 点 轴 封 供 汽 系 统 设 有 轴 封 压 力 控 制 和 温 度 控制。轴封压力维持轴封母管压力 3.5 kPa。轴封温度控制回路根据高压转子 50%处 温 度 来 控 制轴封供汽温度，其对应 关系如图 1 所示。汽轮机启动、停机和运行阶段，允许的进汽温度为图 1中 2 条折线 之间的部分。图 1 轴 封 蒸 汽 温 度 与
11、 高 压 转 子 50%处 的 匹 配 关 系 3 大 轴 抱 死 原 因 分 析 3.1 轴 封 供 汽 温 度 低 机组正常运行时，辅助蒸汽系统的汽源来自再热蒸汽冷段。如果高旁减温水调节阀调节不好或者其关闭后存在内漏，会造成辅汽温度较低，进而造成轴封温度较低。机组启停时，轴封的供汽来自于启动锅炉，考虑到启动锅炉至辅汽联箱的距离较远，启、停机时，如果管路疏水不当，将会造成辅汽联箱的蒸汽温度较低。该厂启动炉过热蒸汽设计温度 320，经过管道流至辅汽联箱时温度降为 260，造 成轴封温度与转子温度不匹配引起热应力1，是 造成大轴抱死的原因之一。3.2 汽 轮 机 上 下 缸 温 差 过 大 大
12、汽轮机上下缸温差较过大，导致汽缸上下缸壁的热胀冷缩程度不同，缸体产生变形，动静间隙减小，造成动静摩擦2。造成汽轮机上下缸温差大的原因有很多，如汽轮机保温不合格，主汽门、调门不严，高压汽封漏至中压缸蝶阀、高压汽封漏至低压缸蝶阀误开关，停机后冷空气进入缸内，凝汽器液位高低压缸进水，汽机本体疏水阀不严等。3.3 轴 封 系 统 疏 水 不 合 格 在投用轴封时，如果 疏水不当或者疏水时间太短，将造成冷水、冷汽进入轴封系统，尤其对于低压缸排汽端轴封，由于低压缸排汽端轴封供 2019 年中国电机工程学会年会论文集 汽管道需经过凝汽器内部方可到达低压轴封处，轴封蒸汽很容 易被冷却。3.4 轴 封 减 温
13、水 内 漏 正 常 运 行 时 以 轴 封 母 管 温 度 设 定 值 作 为 调节的依据。若运行时减温水调节阀存在内漏，则会导致去轴封的蒸汽温度降低3。严 重时，轴封发生进水，产生热应力，导致轴封的畸变。4 防 止 大 轴 抱 死 处 理 对 策 4.1 保 证 轴 封 蒸 汽 温 度 在 规 定 范 围 轴封供气温度低无法正常升高，为快速将轴封 温 度 提 升 至 要 求 温 度 及 事 故 状 态 轴 封 迅 速 投入，该厂进行了技术改 造，在轴封供汽系统加装轴 封 电 加 热 器，保 证 轴 封 温 度 在 厂 家 设 计 范 围内。将“轴封温度低”和“辅汽联箱温度低”加入声光报警。4
14、.2 对 轴 封 和 辅 汽 联 箱 疏 水 系 统 进 行 优 化 在辅汽联箱至轴封管道增加疏水点，保证进入轴封蒸汽不带水。机组启、停时，当辅汽切至启动炉时，加强沿途管道的疏水。严格控制辅汽联箱温度，将辅汽联箱疏水旁路门改为电动门，并将辅汽温度引入其 DCS 系统的逻辑中去，温度低时及时开启疏水旁路，以提高辅汽温度。4.3 防 止 减 温 水 内 漏 对 高 旁 减 温 水 和 轴 封 减 温 水 调 门 进 行 严 密性试验，防止减温水窜入轴封系统。减温水调门零位应校正好，防止减温水调门关闭后，仍有减温水进入轴封系统。4.4 防 止 汽 轮 机 上 下 缸 温 度 温 差 过 大 监测好汽
15、轮机运行中上下缸的温差，如果发现 异 常 状 况，要 果 断 的 采 取 相 应 的 措 施 加 以 解决，最终保证温差始终在合理的范围内。汽机在启动前需要仔细检查疏水系统有无故障，观察测温设备是否完好，无异常后方可启机。4.5 安 装 调 试 过 程 控 制 汽轮机整装到厂后，要求厂家技术人员对设备安装和维护人员进行培训，保证安装工艺达到标准，定位数据应经厂 家代表、监理人员、施工单位、建设单位现场确认签字后，方可进行下一步转子的连接工作。整套启动前，对阀 门安装正确性、测点位置和控制系统逻辑进行验证，结果应经调试单位，监理单位，安装单位和建设单位现场签字确认。5 结 束 语 在 电 厂 安
16、 装 调 试 过 程 中，汽 轮 机 首 次 冲 转前，必须对汽轮机相关辅助系统进行确认，特别是轴封系统，确认轴封系统的相关参数一定要满足汽轮机的设计值。因为轴封系统的运行情况将直接影响汽轮机的安全、可靠运行。因此必须分析大轴抱死原因和应对策略，运行过程中才能加强监控，及时发现异常情况并采取针对性对策。如果发生了金属碰摩，造成大轴抱死，必须查找出原因，消除缺陷，才允许启机，避免此类情况再次发生。参 考 文 献：1 石少清汽轮机轴封抱死原因分析及对策研究J.工程技 术，2017.2 广 东 电 网 公 司 电 力 科 学 研 究 院 汽 轮 机 设 备 及 系 统 M 北京：中 国 电 力 出 版 社，2011 3 姚 昌 模，王 国 琦，屈 紫 懿 1000MW 汽 轮 机 轴 封 抱 死 的 原 因及 预 防 措 施 J，发 电 设 备，2013 作者简介：唐滔（1990-），男，四 川 广 安 人，本 科，助 理 工 程 师，从 事 燃 汽 轮机电厂运行管理和研究方面的工作。
