1、1.5MW 抽背式汽轮机组启动后缸体顶缸及单向移位现象的解决舟山市小马集中供热站汽机启动 QC 小组小组名称: 舟山市小马集中供热站汽机启动 QC 小组课题名称: 1.5MW 抽背式汽轮机组启动后缸体顶缸及单向移位现象的解决课题类型:现场型QC 小组成立时间:2006 年 10 月目 录一、前言二、机组简介三、小组概况四、选题理由五、现状调查六、原因分析七、对策实施八、总结及下一步计划一、前 言舟山市电力安装公司小马集中供热站汽轮机启动 QC 小组共有成员 4 人，担负着汽轮发电机组及附属、辅助设备的安装和正常启动运行中的故障分析任务。不断追求卓越，夯实安全基础，提高工作效率是本工作组永远追求
2、的目标！二、机 组 简 介小马集中供热站采用的汽轮机是由杭州汽轮机厂所提供的型号为EHNG40/32/40 的多级抽汽背压式汽轮机组，机组额定工况汽轮机进汽参数为：蒸汽压力 96bar，温度 535，流量 150.012t/h，排汽11.8bar（a） ，机组转速 6182r/min，机组通过变速齿轮箱连接发电机，汽轮机输出功率 15800KW，用于拖动 QF-W15-2 型发电机。三、小 组 概 况QC 小组成员简介序 号 姓 名 性 别 文化程度 职 务 组内分工1 卢海军 男 大 专 项目经理 组长/技术决策2 王骁军 男 本 科 技术总负责 副组长/技术决策3 王 洁 男 本 科 汽机
3、技术员 组员/技术整理4 刘伟刚 男 职 高 汽机班长 组员/技术落实小组名称 舟山市电力安装公司和邦热电项目部汽机启动 QC 小组成立时间 2006.10 成 员 4 人 注册时间 2006.10课题类型 技术攻关 出勤率 100%活动课题 1.5MW 抽背式汽轮机组启动后缸体顶缸及单向移位现象的解决 活动时间 2008.032008.05 活动次数 4 次四、选 题 理 由我公司所安装的杭汽 EHNG40/32/40 抽汽背压式汽轮机，在设备运行过程中发生了振动及顶缸现象，并且单纯的从汽轮机本体安装工艺这一块无法解决问题，严重的影响了和邦热能的正常生产，所以本 QC小组从汽轮机的附属管路系
4、统进行着分析，通过运用物理力学的计算分析，分析得出排汽管道走向及支吊架的设计不合理是引起汽轮机顶缸的主要原因，通过对排汽管道走向及支吊架的重新布置改进，并且和汽轮机厂联系，改进了猫爪蝶形弹簧的安装工艺，彻底解决了汽轮机振动、顶缸现象，从而保证了和邦热能的正常生产，使和邦热能取得了良好的经济效益。此次改进使我公司对抽背式汽轮机组及附属管道安装的认识更进一步，在以后相类似的安装工程中可以及时发现问题少走弯路。选 题 理 由五、现 状 调 查2008 年 3 月 21 日上午 9：40 小马集中供热站 1.5MW 抽背式汽轮机组（产品型号为 ENG40/32/40）开始启动调试。当汽轮机转速达到影响
5、施工进度影响工程效益影响企业效益影响机组正常运行汽缸顶缸及振动现象选定课题分析问题，解决问题，便于下次碰到类似问题少走弯路额定转速 6182r/min 时，检测汽轮机组各轴承振动，轴承、轴瓦温度皆符合制造厂正常运行要求。下午 15：20，汽轮机组带负荷，当负荷值加载到 2000KW 左右时，集控室 DCS 屏上发现 #2 轴承轴振值过大，现场听到汽机右侧（从车头向发电机端看）摩擦声较大，用手感触振动大。检查前后猫爪处两侧及上方所打的百分表，发现在带负荷过程中，汽缸向左侧发生单向膨胀位移，表盘显示为偏移 50 丝。且后汽缸右侧猫爪顶起。在 现场观察期间负荷已加载到 2500KW 左右，后汽缸猫爪
6、竟有所回落且缸体单向膨胀反向略有回收。但此时前汽缸左右两侧猫爪发现有顶起现象。降低负荷至停机后，单向位移部分回复，前、后汽缸猫爪回落。以上现象基本确定存在汽缸单向偏移。 汽轮机组故障分析现 状 调 查机组带负荷运行中现象调查序 号 启 动 要 求 实 际 情 况 超 标 量 目 标1 轴承振动50um 2000KW 负荷时#2 轴承水平振动达到 210um 420% 50um2 汽缸猫爪垫片应松动后汽缸右侧及前汽缸左右两侧猫爪都顶起（发生顶缸现象） 垫片敲击应松动3 汽缸缸体两侧应正常热膨胀 100um 左右汽缸向左侧发生单向膨胀位移，表盘显示为偏移 520um520% 100um目 标 设
7、定六、 原 因 分 析首先有人提出是否汽轮机暖机时间不够，加负荷太快，引起受热膨胀不均匀，使汽缸与转子中心发生相对偏移，机组产生不正常的动静碰擦和振动。在参考运行记录及查询杭汽厂家提供的汽轮机启动加载升速表后排除了这方面的疑问。经过现场核实后也排除了对 8m 运行层地面基础不均匀沉降和汽轮机地脚螺栓松动的可能性。假设是因滑销系统装配、调整不当，汽轮机运行时热膨胀受阻，致使转子与汽缸、轴承座的对中被破坏而引起振动，振动应与汽轮机热状态有关，振动频率与转速合拍。从现场监视情况看来，汽缸缸体的膨胀良好，在轴振动振幅增大的同时，后汽封片与转子摩擦发出尖锐的摩擦声，振感紊乱。且后汽缸右侧猫爪抬起，与上述
8、假设应产生现象有较大区别，所以汽轮机组膨胀受阻的可能性被排除。同理汽轮机组靠背轮对中安装不正确等原因也被排除。由于此抽背式汽轮机汽缸缸体较小，重量较轻，与此联接的所有管道的膨胀死点都设置在汽缸上，而排汽管道与主蒸汽管道口径较大（通径分别为 DN400 和 DN150）管壁较厚且走向单一，排汽管道至分汽缸的路径较短。在汽轮机组低负荷运行下，排汽温度上升造成排汽管道受热膨胀，而管线路径较短，无法补偿膨胀量，加上弹簧支架的作用力，造成排汽管道对汽轮机产生力矩作用，从而使汽轮机后缸发生顶缸。另外排汽管道走向偏向汽轮机左侧，所以在顶缸的同时反力矩也带动汽轮机向左侧偏移。回过头来再看故障经过就不难分析出：
9、后汽缸猫爪被顶起后，到负荷加载至 2500KW 时又回落，且机组出现偏移回复现象，这是因为此时抽汽管道投运，排气量增加，根据机组的热力特性曲线排汽温度下降，排汽管道膨胀收缩，原先作用于汽轮机的力矩减小。由此大家分析此次故障主因是：一、排汽管道设计不合理。二、排汽管道上弹簧支吊架设计不合理。这两方面都有可能使排汽管道受热膨胀后对汽轮机死点位置产生力矩，造成汽缸振动和顶缸偏移现象。在运行过程中，当汽轮机组带负荷至 2500KW 时，前汽缸左右两侧猫爪被顶起，说明主蒸汽管道此时对汽缸产生力矩作用。因加载负荷过程中汽轮机的进汽温度及压力上升，主蒸汽管道受热膨胀，同样因为主蒸汽管道的走向错误设计或者弹簧
10、支吊架的错误选型布置，使得主蒸汽管道对汽轮机产生了力的作用，使前汽缸猫爪上抬。在主蒸汽管道安装中，已严格按照设计要求做到主蒸汽管道上的冷拉值，并设计了相应的门型补偿管。那么对弹簧支架的选型和布置更改是最直接和有效的改进方式。经过分析，主蒸汽管道弹簧支吊架设计不合理是汽轮机故障的次要因素。原 因 分 析要 因 确 认序 号 末端因素 分析确认 负责人 结果1 暖机时间不充分机组启动前，技术人员根据杭汽厂提供的说明书，编写一套汽轮机调试启动方案 ，运行人员严格遵照执行。 王 洁 非要因2 汽轮机组靠背轮对中存在偏差在轴振动振幅增大的同时，后汽封片与转子摩擦发出尖锐的摩擦声，振感紊乱，且后汽缸右侧猫
11、爪抬起，与靠背轮对中存在偏差所产生现象不相符。刘伟刚 非要因33排汽管道管径大，管壁厚，路径短，无法膨胀补偿。弹簧支架选型错误排汽温度上升造成排汽管道受热膨胀，而管线路径较短，无法补偿膨胀量，加上弹簧支架的作用力，造成排汽管道对汽轮机产生力矩作用，从而使汽王 洁 要因轮机后缸发生顶缸。44汽轮机组地面基础发生沉降经过 8m 层地面基础与土建墨线标高比对后，未发现地面基础沉降。 刘伟刚非非要因55主蒸汽支吊架选型错误主蒸汽管道上的冷拉值，及相应的门型补偿管已设计。那么导致前汽缸猫爪上抬的原因与弹簧支架的选型及布置是相关的。王 洁 要因制定对策序号 要 因 对 策 目 标 措 施 地 点完 成时
12、间 负 责 人1排汽管道管径大，管壁厚，路径短，无法膨胀补偿。弹簧支架选型错误更改排汽管道路径及走向，并重新对弹簧支吊架选型使排汽管道对汽缸无产生力矩，运行后汽缸无顶缸及移位现象。采用“回”形管线走向重新设计排汽管道，以平衡管线各分段力矩方式来减少排汽管道受热膨胀后对汽机的力矩作用。并相应更改弹簧支吊架型号。同时对汽缸的后立销也进行了调整，使汽缸与转子的中心产生一定的制造厂允许范围的预偏移。和邦主厂房 004.03 刘伟刚2主蒸汽支吊架选型错误重新对弹簧支吊架选型使主蒸汽管道对汽缸无力矩产生，前猫爪无顶起汽轮机牛角处进汽管段的两只弹簧支架型号更改，增加弹簧的载荷量，增加弹簧伸长量，给予主蒸汽管
13、道一定的热膨胀补偿空间。并把汽轮机前后汽缸两侧猫爪部位的蝶型弹簧反装，使前后汽缸得到一定的向下预紧力。和邦主厂房 004.03 刘伟刚七、对策实施排汽管道的走向和弹簧支吊架的选型及布置是本次小组事故分析出的主要因素，排汽管道过短且走向单一，使得排汽管道受热膨胀后无法补偿而对汽轮机产生力矩作用，最后大家讨论采用“回” 形管线走向重新设计排汽管道，以平衡管线各分段力矩方式来减少排汽管道受热膨胀后对汽机的力矩作用。并请设计院核审后重新设计弹簧支吊架。其次主蒸汽管道的热膨胀对汽轮机产生的力矩作用是此次故障的次要因素，经过探讨决定将汽轮机牛角处进汽管段的 2 只弹簧支架型号更改，减少弹簧的载荷量，增加弹
14、簧伸长量，给予主蒸汽管道一定的热膨胀补偿空间。并把汽轮机前后汽缸两侧猫爪部位的蝶型弹簧反装，使前后汽缸得到一定的向下预紧力。同时对汽缸的后立销也进行了调整，使汽缸与转子的中心产生一定的制造厂允许范围的预偏移。原排汽管道走向及弹簧吊架布置图更改后排汽管道及弹簧吊架布置图排汽管道初始设计与实际运行受应力参数比较表应力计算结果：单位（KG）/（KG-M）原先设计 热态应力 冷态应力 热态扭力 冷态扭力X 236.9 13.9 1392.6 -139.7Y -237.0 -427.2 1144.7 61.9Z -458.0 -30.0 908.7 -155.6汽轮机排汽参数：1.18Mpa 375（实
15、际参数）应力计算结果：单位（KG）/（KG-M）实际运行 热态应力 冷态应力 热态扭力 冷态扭力X 320.7 17.3 1919.2 -165.7Y -212.9 -471.7 1506.5 74.0Z -616.3 -33.9 1211.6 -236.6从排气管道设计参数表与实际运行参数表比较中不难看出，管道在运行中三维轴向所受的热态扭力皆大于设计参数，从而造成了管道对缸体顶缸及缸体偏移现象的发生。因 X 轴向与汽缸轴向平行，经过汽缸死点故无力矩产生，所以可以不予考虑。Y 轴扭力是造成汽缸顶缸现象的主因，由于原设计中#18、#17 支吊架为固定支吊架，管道受热膨胀后无膨胀补偿，故而对缸体产
16、生顶缸力矩。针对这一现象，更改设计为#20、#17 弹簧吊架补偿管道受热膨胀。 Z 轴热态扭力是管道对汽缸造成偏移现象的主因，由于原设计管道走线与汽缸轴向有角度偏离，管道受热后，对汽轮机产生偏轴向力矩，造成缸体单向偏移。在设计更改后，排气管道受热膨胀所对汽缸产生合力矩最小，使汽缸单向偏移在规定范围内。计算汽轮机排汽管道调整后计算参数：1.18Mpa 375 应力单位：（KG ）/（KG-M）效果检验在重新更改了排汽管道的走向及相应弹簧支吊架型号，并对主蒸汽进汽管道弹簧支架更改及机组相应部件调整后。于 4 月 4 日上午重新启动汽轮机组，机组带负荷后，轴承振动良好，缸体热膨胀符合制造厂要求，无缸
17、体单向位移情况发生，机组运行情况良好。热态应力 冷态应力 热态扭力 冷态扭力X 79.3 -8.4 1929.6 450.4Y -209.4 -496.5 190.7 -50.0Z -367.3 -9.0 717.9 449.2本次汽机 QC 小组课题任务圆满完成。巩固措施巩固措施效果检验1、 QC小组将本次技改的设计图纸存档，并将此次技改内容小组将本次技改的设计图纸存档，并将此次技改内容装订入竣工资料并以保存，以便碰到类似问题可以借鉴。装订入竣工资料并以保存，以便碰到类似问题可以借鉴。2、在带负荷过程中、在带负荷过程中 加大对汽轮机的巡查力度，确保设备健加大对汽轮机的巡查力度，确保设备健康运行康运行。QC小组活动前后成员自我评价 八、总结和下一步计划本次QC活动，我们选择了一个技改型课题，活动过程遇到了一些困难，但最终依靠集体的智慧和力量，以求真务实的理念分析并解决了抽背式汽轮机组启动时缸体发生顶缸并单向偏移的问题。同时，活动更层次加深了小组成员对于此类型汽轮机组安装工艺及运行特性的了解、加强了团队精神，通过活动的成功开展，也激发了其它员工参与QC活动的积极性。今后，我们将会继续深入地开展QC活动，研讨QC新课题，力求更多、更有效地解决实际工作中存在的难题，为企业再作贡献。
