联合循环汽轮机抱轴案例分析.pdf

1、 2019 年中国电机工程学会年会论文集 联 合 循 环 汽 轮 机 抱 轴 案 例 分 析 陈长利，尹金亮，张景辉，冯坤，李勇 国家电投集团河南 电 力 有限 公 司 技 术 信 息中 心,河南 郑州 45000 Case analysis of combined cycle steam turbine seizing-shaft Chen Changli,Yin Jinliang,Zhang Jinghui,Feng Kun,Li Yong SPIC Henan electric power co.，LTD Technology Information Center,Zhengzhou H

2、enan 450001 摘 要：通过对联合循环汽轮机缸温差大抱轴后导致揭缸问题分析，结合运行数据及汽轮机的结构特点，总结汽轮机大轴抱轴的原因并采取对应措施，为以后同类型汽轮机安装、调试、运行提供借鉴作用。关 键词：联合循环;汽轮机;抱轴;缸温差大 Abstract:Through the analysis of the cylinder uncovering problem caused by the large shaft holding of the cylinder temperature difference of the combined cycle steam turbine,co

3、mbined with the operation data and the structural characteristics of the steam turbine,the causes of the shaft holding of the steam turbine are summarized and corresponding measures are taken to provide reference for the installation,commissioning and operation of the same type steam turbine in the

4、future.Key words:combined cycle;steam-turbine;seizing-shaft;the cylinder temperature difference 0 序 言 抱轴是由于汽轮机在运行时受到突然的冷、热 冲 击 而 导 致 机 组 转 子 和 汽 缸 热 膨 胀 不 协调，造 成 动 静 部 分 发 生 摩 擦。近 年 常 见 汽 轮 机抱 轴 后 在 闷 缸 处 理 一 段 时 间 以 后，这 种 现 象 会自 动 消 失，机 组 又 可 以 正 常 起 动 和 运 行，而 汽轮 机 轴 系 也 没 有 发 生 明 显 异 常 的 振 动。某 型 联

5、 合 循 环 汽 轮 机 采 用 双 缸 结 构，其 中低 压 模 块 采 用 合 缸 形 式，整 体 为 分 轴 布 置。该机 型 个 别 机 组 非 正 常 停 机 时，发 生 了 汽 轮 机 抱轴 并 揭 缸。而 与 超 超 临 界 机 组 抱 轴 不 同 的 是 此抱 轴 导 致 揭 缸，这 种 现 象 的 发 生 表 明 在 此 种 非正 常 停 机 工 况 中，导 致 动 静 部 分 一 定 程 度 的 碰磨 损 坏。抱 轴 揭 缸 的 发 生 给 业 主 带 来 了 一 定的经济 损 失 并 使 得 机 组 存 在 一 定 的 安 全 运 行 隐患，为 此 对 这 一 问 题 进

6、 行 了 深 入 研 究，从 设 计、制 造、安 装、调 试 采 用 有 效 的 措 施，防 范 类 似问 题 在 同 类 机 组 上 再 次 发 生。1 汽 轮 机 简 介：本 汽 轮 机 为 引 进 联 合 循 环 再 热 汽 轮 机，燃机-汽机采用一拖一、汽机与发电机采用 SSS离 合 器 联 接、总 功 率 为 400MW 等 级。燃 气 电厂 配 备 的 汽 轮 机 包 括 一 个 圆 筒 形 的 高 压 缸 和 一个 中 低 压 反 流 布 置 的 合 并 式 汽 缸，低 压 排 汽 沿轴 向 流 至 冷 凝 器。发 电 机 位 于 燃 机 和 汽 轮 机 之间。汽 轮 机 的 前

7、 端 同 步 离 合 器 将 扭 距 传 递 给 发电 机 的 转 子。汽 轮 机 是 单 轴 串 联 设 计。各 汽 缸转 子 刚 性 地 连 接 在 一 起。高压进 气 中压进 气 径向推 力 联合轴 承 中/低压缸轴向排 气 高压缸 蒸汽参 数：图 1.联 合 循 环 汽 轮 机 纵 剖 图 Figure 1.Longitudinal profile of a combined cycle turbine 2 机 组 运 行 中 出 现 抱 轴 过 程 及 初 步 分 析 2.1 某次抱轴过程 XX 月 XX 日 17:30 燃 机 负荷最大负 荷200MW 与 汽 机 负 荷 最 大

8、80M。20:21 手 动 按 操 2019 年中国电机工程学会年会论文集 作 台 上 停 机 按 钮，汽 机 惰 走。20:57 汽 机 转 速降至 299rpm 时，开 始 对 凝 汽 器 进 行 破 坏 真 空、停 轴 封，此 时 中 压 缸 上 下 壁 温 差 9。22:45 开始 上 下 缸 温 差 开 始 逐 步 增 大。第二日 02:59，运 行 人 员 现 场 发 现#1 汽机中 低压缸轴 封 处 有 金 属 摩 擦 声，盘 车 转 速 出 现波 动 下 滑 情 况，此 时 中 压 缸 上 下 缸 温 温 差51。03:50 中 压 缸 上 下 缸 温 温 差 最 大 达100

9、，盘 车 转 速 降 至 0rpm。后 来 由 安 装 加 力情 况 下 重 新 投 入 盘 车，之 后 再 次 开 机。运 行 一天 再 次 停 机 后 盘 车 半 小 时，#1 径 向 轴 承 X 向轴振及#2 径 向 轴 承 X 向 轴 振 突 变 至 37m 和 28m 转 速 迅 速 降 至 0rpm，立 即 开 大 盘 车 进 油 手动 门 盘 车 无 法 投 入，就 地 手 动 盘 车 同 样 无 法 盘动 转 子 随 即 退 轴 封 及 真 空。2.2 现场初步分析 在 调 取 运 行 数 据 后，认 定 抱 轴 主 要 原 因：中 低 压 缸 上 下 半 温 差 过 大，温

10、差 达 到 100以上，且 下 缸 温 度 大于上缸。初 步 分 析：产 生 原 因 是 下 半 缸 被 非 正 常 加热 或 上 半 缸 被 非 正 常 冷 却。进 入 中 压 外 缸 的 汽源 有 四 路：A、中 压 排 汽；B、中 压 轴 封 供 汽；C、高 压 轴 封 漏 汽 进 入 中 压 缸 下 半（中 排）。D、由 于 再 热 调 门 与 中 压 内 缸 之 间 的 L-ring 密 封 不好，导 致 中 压 进 汽 直 接 漏 入 外 缸 下 半。结 合 缸温 及 下 缸 温 度 高，判 断 高 压 轴 封 漏 汽 不 正 常 进入 中 压 缸 下 半。图 2.轴 封 系 统

11、图 Figure 2.Shaft seal system diagram 对于 C 路 蒸 汽（见 图 2），该 路 蒸 汽 来 自 高压 缸 轴 封 漏 汽，并 由 一 蝶 阀 控 制。根 据 控 制 逻辑，该 阀 门 开 启 的 条 件 是 中压调阀 后 压 力 大 于0.7MPa，从 附 件 运 行 曲 线 分 析。由 于 中 压 调 阀后 压 力 大 于 0.7MPa（，造 成 上 述 蝶 阀 打 开，在整 个 暖 机 过 程 中，该 路 蒸 汽 的 温 度 由 279上升至 315。从 温 度 上 看 是 符 合“下 半 外 缸 在跳 机 时，被 加 热 至 约 210”。部 位 也

12、 是 在 汽 缸下 半。对于 C 路 蒸 汽 的 关 键 点：中 压 调 阀 后 压 力大于 0.7MPa，实 际 达 到 约 1.7MPa，是 否 是 由于 存 在 中 压 调 阀 漏 气 造 成 的，存 在 疑 问。1、再热门前压力基本在 1.8MPa，调 阀 开 度 约00.78%，由 于节 流作 用，调阀 后压 力正 常情况 下 不 可 能 有 1.7MPa 这 么 大。2、中 压 内 壁 温度 在 暖 机 时，从 99上升至 145。该 测 点 位于 中 压 蒸 汽 室 处，如 果 中 压 调 门 存 在 严 重 漏 汽，大 量 蒸 汽 进 入 中 压 蒸 汽 室，该 测 点 测 得

13、 的 温 度应 该 接 近 中 压 主 蒸 汽 温 度。在 检 查 阀 后 压 力 测 点，发 现 该 压 力 测 点 取样 管 安 装 有 误。该 测 点 应 该 接 在 再 热 调 阀（D59）出 口，但 实 际 上 被 误 接 在 D204 口，导致 2#机 测 点 测 得 的 数 据 实 际 上 为 再 热 主 门 后、调 阀 前 的 压 力，与 运 行 数 据 吻 合，并 最 终 导 致蝶 阀 的 误 打 开。因 此，下 半 缸 被 上 述 蒸 汽 加 热，导 致 以 上 现 象 的 发 生。综 合 以 上 分 析，中 压 调 阀 后 压 力 测 点 被 误接 至 再 热 主 汽 门

14、 后（D204），而 正 确 的 应 该 接在再热调阀（D59）出 口，在 启 机 过 程 中，使该 测 点 测 到 的 压 力 大 于 1.7MPa，造 成 控 制 来 自高 压 缸 轴 封 蒸 汽 的 蝶 阀 打 开，使 高 温 蒸 汽 进 入中压 缸 下 半，使 汽 缸 上 下 半 温 差 过 大，导 致 汽缸 变 形，汽 封 间 隙 变 小，汽 封 齿 产 生 严 重 碰 磨，最 终 导 致 转 子 抱 死。（2）中 压 外 缸 上 下 半 温 差 在 暖 机 时 存 在 报警 点：30 小 报 警，55 大 报 警。从 运 行 数 据上 分 析，870rpm 暖 机，高 压 轴 封

15、漏 汽 至 中 排 的蝶 阀 都 由 于 测 点 安 装 错 误 而 被 误 打 开。导 致 中压 外 缸 下 半 缸 温 度 大 于 上 半 缸 超 限，自 动 报 警。2.3 针对抱轴原因的改 进 措施 1)压 力 测 点 重 新 正 确 安 装。2)首 先 将 高 压 缸 与 中 低 压 缸 解 列，检 查高 压 缸 及 中 低 压 缸 各 自 情 况，并 决 定 是 否 返 厂处 理。3)修 改 逻 辑，要 求 蝶 阀 在 满 足 中 压 进 汽 2019 年中国电机工程学会年会论文集 压力0.7MPa 且 汽 轮 机 转 速2900rpm 时 才 能开 启。否 则 打 开 蝶 阀 将

16、 轴 封 漏 气 旁 路 至 凝 汽 器。4)增 加 上 下 半 缸 温 差 的 跳 机 点：温 差 大于 55 时 应 强 制 停 机。2.4 揭缸情况 中 低 压 缸 现 场 开 缸 情 况：中 压 内 缸 及 中低压 过 桥 汽 封 上 半 顶 部，由 于 动 静 碰 磨 发 热 而 出现 了 明 显 的 变 色，而 汽 缸 下 半 部 分 基 本 保 持 完好。证 明 中 压 缸 下 半 温 度 高 于 上半 107，从而 引 起 汽 缸 严 重 变 形，最 终 导 致 动 静 碰 磨 而 产生 抱 轴。图 3.低 压 隔 板 上 半 第 4 级 阻 汽 片 有 一 段 脱 落，卡 在

17、动 静 之 间 Figure 3.A section of the upper half of the low pressure partition,level 4,has fallen off and is stuck between movements 3 抱 轴 原 因 分 析 3.1 开缸及 现 场 情 况 简介 从 现 场 对 部 件 的 开 缸 检 查 情 况 来 看，静 子上 半 磨 损 情 况 普 遍 严 重 于 下 半，并 且 在 冲 转 过程 中，汽 机 多 次 同 时 出 现 中 压 缸 上 下 壁 温 温 差过 大 以 及 轴 振 动 过 大 的 情 况（运 行 画 面

18、 有 报 警提 示），因 此 我 们 认 为 静 子 部 件 上 下 半 温 差 大 导致 汽 缸 变 形 是 造 成 此 次 动 静 碰 磨 的 根 本 原 因。3.2 阀门错装，开关相 反 图 4.高 压 轴 封 漏 汽 至 中 低 压 缸 图 Figure 4.Map of high pressure shaft seal leak to medium low pressure cylinder 为 提 高 机 组 运 行 效 率，如 图 3 该 机 型 设 有从 高 压 端 部 汽 封 漏 至 中 压 缸 的 漏 汽 管 道（设 蝶阀 控 制 开 闭，下 文 称阀 1），回 收 漏 汽

19、 做 功，该管 道 有 一 旁 路 至 凝 汽 器（设 蝶 阀 控 制 开 闭，下文称阀 2），此 二 阀 为 连 锁 控 制。在 机 组 正 常 运行 中，考 虑 到 机 组 启 动 暖 机 阶 段，中 压 缸 上 下缸 温 度 均 较 低，为 防 止 此 时 高 压 轴 封 漏 汽 高 温蒸 汽 进 入 中 压 缸 加 热 下 半，当 中 压 调 门 后 压 力达到 0.7MPa，才 允 许 联 开 阀 1，联 关 阀 2。出于 安 全 设 计，阀 1 为 气 开 式 阀 门（初 始 状 态 关闭），阀 2 为 气 关 式 阀 门（初 始 状 态 开 启）。实 际 运 行 中 高 压 轴

20、封 漏 汽 至 中 压 缸 管 道 上的 阀 门 安 装 成阀 2，这 意 味 着 高 压 轴 封 漏 汽 至中 压 缸 的 管 路 初 始 状 态 即 为 开 启 状 态，同 样 导致 高 压 轴 封 漏 汽 过 早 进 入 中 压 缸。3.3 中 压 调 阀 后 的 压 力测点 接 错 高 压 端 部 汽 封 漏 汽 至 中 压 缸 的 蝶 阀 受 中 调阀 后 压 力 测 点 控 制，然 而 经 过 对 现 场 的 测 点 检查 发 现，中 压 调 阀 后 的 压 力 测 点 被 错 接 在 调 阀之 前，这 意 味 着 只 要 再 热 主 蒸 汽 阀 前 压 力 达 到0.7MPa 便

21、 会 打开 高 压端 部 汽封 漏汽 管 道上 的蝶 阀，高 压 轴 封 漏 汽 过 早 进 入 中 压 缸。阀1 阀2 高 压 轴 封 漏 汽 2019 年中国电机工程学会年会论文集 图 5.中 调 门 压 力 测 点 位 置 Fig5.Location of the gate pressure point 3.4 抱轴过程：4 结论 及 建 议 启 动 停 机 过 程 中，上 下 缸 温 差 大，造 成 缸体 弯 曲 变 形 是 碰 磨 抱 轴 的 原 因。轴 封 漏 汽 温 度较 高 的 蒸 汽 异 常 进 入 中 低 压缸 导 致 缸 体 变 形，中 低 压 缸 轴 封、汽 封 径 向

22、 未 设 置 退 让 弹 簧，轴封 体 和 转 子 间 隙 小 引 起 的 动 静 碰 磨 轴 封 径 向 出现 碰 磨 后 无 法 退 让，强 行 盘 车 及 严 重 碰 摩 都 会导 致 轴 封 损 坏，最 终 导 致 揭 缸 处 理。建 议 如 下：加 强 对 机 组 启 停 参 数 监 视，停 机 后 仍应 监 视 并 记 录 有 关 参 数 在 正 常 范 围内，保 证 符 合 规 范 及 规 程 要 求，发 现异 常 及 时 按 要 求 处 理，避 免 问 题 扩大。现 场 安 装 调 试 须 严 格 仔 细，如 轴 封 系统 阀 门 的 安 装、尤 其 是 涉 及 控 制、保护

23、压 力、温 度 仪 表 安 装 等 的 工 作，不得 有 强 制 拖 拽 转 子 等 不 当 措 施，否 则已 碰 磨 的 汽 封 齿 会 发 生 更 严 重 的 损坏。参 考 文 献 1 黄威,刘伟,忻建华.超 超 临 界 机 组 轴 封 供 汽 系 统 参 数 研 究和抱轴问题分析J.汽 轮机 技 术,2014,56(05):361-363.2 郭 千 文.汽 轮 机 轴 封 供 汽 参 数 研 究 及 抱 轴 问 题 分 析D.上海交通大学,2013.3张鹏.西 门 子技 术 1000MW 超 超 临界 汽 轮 机 防 止 汽封 抱 轴 的分析与处理J.应 用 能 源技 术,2010(10):9-11.作 者 简 介：陈 长 利(1973-)，男，河 南 焦 作 人，汉 族，毕 业 于 西 安 交 通 大学 电 厂热能与动力工程专业，本科学历，高级工程师，国家电投集 团 河 南 电 力 有 限 公 司 技 术 信 息 中 心 汽 机 主 任，主 要 从 事 电 厂 节能 优 化 工 作，E-mail:.电 话：18538163869，0371-86688025。地 址：河 南 省 郑 州 市 高 新 区 梧 桐 街 100 号 技 术 信 息 中 心。