200MW機組高壓缸相對脹差大原因分析及處理

1、200mw機組高壓缸相對脹差大原因分析及處理熱電技術2006年第3期(總第9l期)200mw機組高壓缸相對脹差大原因分析及處理王偉(國電吉林熱電廠,吉林吉林132027)攮要針對吉林熱電廠ll號機組(200mw)啟動過程中高壓段相對賬差指示偏大,導致投入的汽缸法蘭加熱系統(tǒng)不能按時解列,高壓加熱器不能隨機組啟動而投入.延長了暖機時間的問題,進行了綜合分析,并提出了解決處理方案.關鍵詞相對賬差絕對膨脹推拉螺栓滑銷1前言國電吉林熱電廠11號汽輪機是哈爾濱汽輪機廠制造的70型c145/n20012.75/5351535型三缸二排汽超高壓一次中間再熱凝汽式汽輪機組,額定出力200mw,該機于1989年7

2、月份正式移交生產,從投產至今共經(jīng)歷4次大修,機組存在主要問題一是機組啟動過程中高壓缸相對脹差指示偏大,二是高壓外缸內壁上下缸溫差經(jīng)常出現(xiàn)偏大現(xiàn)象,最大時達42左右,結果導致投入的汽缸法蘭加熱系統(tǒng)不能按時解列,高壓加熱器不能隨機組啟動而投入運行,延長了暖機時間,直接影響了機組啟動初期負荷的調整和不能加滿負荷穩(wěn)定運行.汽輪機在啟停過程中,轉子和汽缸分別以各自的死點為基準膨脹或收縮,由于轉子與汽缸的熱交換條件不同,使得它們在膨脹或收縮時出現(xiàn)差別.這些差別稱為汽輪機轉子與汽缸的相對膨脹差,簡稱脹差.轉子與汽缸相比,轉子的質量小,參加熱交換的面積大,即質量比小(質量與熱交換面積之比),而汽缸的質量大,熱

3、交換的面積小,質量比大;在加熱時轉子的膨脹值大于汽缸,稱為正脹差;在冷卻時轉子的收縮值大于汽缸,稱為負脹差.汽輪機各級動葉片的出汽側軸向間隙大于進汽側軸向間隙,故允許的正脹差大于負脹差.在機組啟動過程中,由于汽缸和轉子的溫度不同,產生相對脹差,這就意味著機組冷態(tài)安裝時動靜部分的軸向間隙發(fā)生了變化,如果其相對膨脹差值超過了規(guī)定值,就會使動靜間的軸向間隙消失,發(fā)生轉子動靜間的摩擦,輕者增加啟動時間,降低經(jīng)濟性;重者引起機組振動,大軸彎曲以及掉葉片等惡性事故,甚至毀壞整臺機組.因此,監(jiān)視轉子與汽缸的相對膨脹差值是否符合運行工況要求,是實現(xiàn)機組安全啟停機,防止出現(xiàn)轉動部件與靜止部件相互摩擦的關鍵.尤其

4、是200mw機組承擔電網(wǎng)負荷的調峰任務后,該機的高壓相對脹差大直接影響了機組啟動初期階段負荷不能按調度指令調整滿負荷運行,因此,控制好該機脹差在啟動過程中在安全范圍之內是一項重要的任務.2原因分析及方案的確定2.1修前原因分析在機組啟動即受熱初期,轉子的平均溫升要高于汽缸的平均溫升,此時轉子與汽缸會產生相對的正脹差;但相對正脹差若過大,超過規(guī)定的允許值(高壓脹差范圍:+6.0一一2.8mri1),會造成動靜摩擦及惡性事故的發(fā)生.此時機組在啟動初期在未投入高加負荷在175mw左右時,其高壓缸相對脹差最大時為+5.8+5.9mm,已接近規(guī)定的上限值,見表1,若此時機組按正常啟動運行后投入高加加負荷

5、,因6號高壓加熱器的熱汽源從高壓缸的第9級動葉后引出,事必增加高壓進汽量加快轉子平均溫升,導致高壓缸相對脹差值將會繼續(xù)增加,而此時的高壓外缸內壁上下缸溫差也經(jīng)常地出現(xiàn)偏大現(xiàn)象,最大時38左右,為此機組啟動初期在投入汽缸法蘭,絲對以加快汽缸膨脹以及監(jiān)控軸封供汽溫度,凝汽器真空的同時,只能根據(jù)高壓脹差的變化,來調整機組運行工況.圖1為汽缸與轉子膨脹示意圖,此臺機組為兩排汽室結構,汽缸縱向膨脹絕對死點位于低壓缸前排汽口處橫銷中心線與縱銷中心線交點處;轉子縱向熱膨脹相對死點則位于高,中壓缸之間的推力軸承處.高壓脹差表的發(fā)訊器裝在1號前軸承箱上,從圖1可以看出,高壓外缸與高壓轉子均是向機頭方向膨脹的.當

6、高壓外缸膨脹或收縮時,帶動前軸承箱一起移動,所以高壓脹差表的指示值是指高壓轉子與高壓外缸相對膨脹的差值,分析和解決此問題應從兩方面著手,即高壓轉子的熱膨脹和高壓缸的熱膨脹.一27熱電技術2006年第3期(總第91期)l/二l/;脹方向向甲壓趾膨腳高壓內缸死點脹方向r,1甌正丁轉子死點低壓缸死點向1一高壓缸相對脹差測點2一高壓內缸3一高壓外缸4一中壓缸5一中壓缸相對脹差測點6一低壓缸7一聯(lián)軸器8一軸承9一低壓缸相對脹差測點1o一推力軸承圖1汽缸與轉子膨脹示意圖a.控制蒸汽的溫升(溫降)速度,因為產生脹差的根本原因是汽缸與轉子存在溫差,蒸汽的溫升速度大,轉子與汽缸的溫差也大,引起的脹差也大;從冷態(tài)

7、啟動過程中,高壓脹差的變化分成以下幾個階段:從汽封供汽至沖轉前,脹差值往正方向變化,高壓脹差一般增加0.40.5mm,汽封供汽后,汽封洼窩的汽封套和相應處的主軸段首先被加熱,與汽封相應的主軸段受熱后則會使轉子伸長,但汽封供熱不會使汽缸產生明顯的膨脹.汽封供汽對轉子伸長值的影響是由供汽溫度和時間長短決定的,因此縮短汽封的時間,對減少脹差的正值有一定的作用.從暖機升速,高壓脹差一般增加0.81.2mm,在高壓缸中蒸汽主要在調節(jié)級內作功整個高壓轉子平均溫升是有限的,相對高壓外缸,轉子溫度的變化是超前的,但只要汽溫無劇烈的波動,單位時間內高壓脹差的變化是比較均勻的.從機組定速和并列帶負荷,定速后高壓脹

8、差增加的幅度較大,并網(wǎng)后,隨著高壓調速汽門的開大,進汽量的增加,高壓脹差明顯增加,而此時高壓外缸受熱膨脹情況是受內缸夾層蒸汽溫度決定的,假若主汽溫升速過快,高壓脹差的增加就比較難控制.因此,啟機過程中,應控制好蒸汽的溫升速度,設法提高高壓外缸金屬溫度,使其提王偉:200mw機組高壓缸相對脹差大原因分析及處理前膨脹出來,是控制高壓脹差的有效途徑.b.汽缸法蘭,絲對加熱裝置的影響,汽輪機在啟停機過程中使用汽缸法蘭和絲對加熱裝置,可以提高或降低汽缸法蘭和螺栓的溫度,有效地減少汽缸內外壁,法蘭內外,汽缸與法蘭,法蘭及螺栓的溫度差,加快汽缸膨脹或收縮,起到控制膨脹的作用.如果厚重的外缸法蘭膨脹不出去,必

9、然限制整個汽缸的膨脹.因此在機組啟動的開始階段合理地使用汽缸法蘭,絲對加熱裝置加熱汽缸法蘭和絲對,有助于加快外缸膨脹,減少正脹差.c.機組的高壓外缸上下汽缸溫差偏大,是造成機組的高壓脹差大原因之一.由于汽缸存在溫差導致高壓下外缸膨脹較慢,制約和影響了高壓缸的整體膨脹,為了緩解高壓下外缸膨脹較慢問題,機組不得不延長高壓缸的法蘭和夾層加熱時間并不投高加,以解決因為下汽缸平均溫升慢,影響汽缸的絕對熱膨脹問題.這說明內外缸夾層和法蘭供汽量存在不足問題,應設法解決.d.為提高高壓下缸夾層溫度以減少上下外缸內壁溫差,該機原設計上將高壓缸前軸封1套第9汽封環(huán)后部分汽源,通過2根284mm的遺漏管引入下夾層.

10、作用是為了加大夾層供汽量,經(jīng)與哈汽廠家了解,前軸封1套前9環(huán)的汽封徑向間隙值可做適當?shù)姆糯?目的是為了提高高壓下汽缸的溫度,減少上下汽缸的溫度偏差,便于汽缸的膨脹.e.凝汽器真空的影響,汽輪機在啟動過程中,當機組維持一定轉速或負荷時采用改變凝汽器真空的試驗方法也可調整脹差.但不同機組,它的影響也不相同;當真空降低時,欲保持機組轉速不變或負荷不變,必須增加進汽量,使高壓轉子受熱加快,其高壓缸正脹差隨之增大;此時由于汽輪機進汽量的增加,中低壓轉子摩擦鼓風的熱量容易被增加的進汽量帶走,因而中低壓轉子被加熱的程度減小,中低壓缸正脹差小;此外真空降低,排汽缸溫度上升,也會減小中低壓缸的正脹差.當真空提高

11、時,通過汽輪機的蒸汽量減小,高壓轉子受熱減小,高壓缸正脹差減小;對低壓缸,卻因此時蒸汽量減小,缸內摩擦鼓風損失加大,其熱量加熱轉子,使低壓轉子伸長,低壓正脹差增大.f.汽缸絕對熱膨脹還與機組滑銷系統(tǒng)有直接關系.當汽缸受熱膨脹時,高壓外缸是通過下缸下部的槽形板用推拉螺栓連接與1號前軸承箱而共同移動的,中壓缸通過下缸貓爪下的橫銷推拉2號中軸承座移動;高壓下外缸的下部與1前軸承箱,2號中軸承箱間及中壓缸(前部)的下部均設有垂直的立銷,另外前軸承箱和中軸承箱底部與基礎臺板上配合各有一組縱銷,當汽缸的滑銷系統(tǒng)出現(xiàn)卡澀時,將嚴重影響汽缸的自由膨脹,使脹差發(fā)生異常的變化;為防止出現(xiàn)滑銷因銹蝕發(fā)生卡澀,影響汽

12、缸膨脹而導致的高壓缸相對脹差大,為此對滑銷系統(tǒng)應做重點檢查.滑銷系統(tǒng)俯視圖見圖2.2.2具體施工方案a.機組啟停運行過程中的監(jiān)視,具體是在啟停機階段在1號前軸承箱前角兩側,高壓外缸后貓爪兩側,2號中軸承箱前角兩側的分別各架一塊030mm量程的百分表(總計6塊百分表),監(jiān)視機組啟停過程中前軸承箱,高壓外缸,中軸承箱的絕對膨脹值,每隔半小時記錄一次,目的是檢查滑銷系統(tǒng)是否在啟停機及低負荷暖機過程中導致汽缸膨脹不正常,汽缸的絕對膨脹是否有突跳現(xiàn)象.b.做分解高中低壓汽缸,分別吊出和抽出高壓下汽缸,1號前軸承箱,2號中軸承箱的前期技術準備工作;首先將1號前軸承箱和2號中軸承箱上的高壓絕對總膨脹值指示表

13、,中壓絕對總膨脹值指示表作好原始標記,并劃好位置,再進行高中低壓汽缸的解體工作.揭缸后作好修前高中低壓缸通流部分間隙,各段轉子軸頸揚度,汽缸結合面的水平,汽缸洼窩中心的復查以及高中低壓轉子中心的修前測量工作,并認真記錄下來以作為修后對比的標準.前箱和中箱處的角銷按原位置做好原始編號和記錄,測量角銷各部分間隙后,拆開角銷并檢查是否有卡澀痕跡,并按要求用紅丹點檢查點接觸應達75%以上否則應修研好,做好間隙記錄.c.依次吊出高壓上外缸,高壓上下內缸,中低壓上汽缸,上隔板,轉子,下隔板后,分解并檢查1號前軸承箱與高壓缸聯(lián)結的推拉螺栓,貓爪橫銷,將與高壓下外缸相連接的所有管路支吊點固定好后全部汽割解列和

14、法蘭進行分解.采用32mm鋼絲繩索4根吊出高壓下外缸,敞口的管路和法蘭用臨時蓋板堵好并貼上封條,防止落入雜物.d.將與1號前軸承箱連接油管路做好標記后全部解列,用臨時蓋板封堵好,并吊出1號前軸承箱放到指定地點,同時檢查1號前軸承箱底部臺板上的縱銷間隙及前箱基礎臺板的油槽情況并作好記錄,用白布將油孔堵好.e.分解并檢查2號中軸承箱與中壓缸聯(lián)結的熱電技術2006年第3期(總第91期)貓爪橫銷,將與2號中軸承箱連接油管路做好標記后全部解列,用臨時蓋板封堵好,采用32mm鋼絲繩索2根吊起中壓下汽缸前部(此時中壓下汽缸不吊起太高應以能剛好抽出2號中軸承箱為準)左右分別墊入事先準備好的2支50t的千斤頂,

15、用手拉葫蘆吊出2號中軸承箱,同時檢查2號中軸承箱底部臺板上的縱銷間隙及中箱基礎臺板的油槽情況并作好記錄,用白布將油孔堵好.曠-(2)圈因+蓓指高壓內外缸側立銷立銷汽缸膨脹表縱銷貓爪銷低壓缸地腳螺栓圖2機組滑銷系統(tǒng)俯視圖f.檢查高壓汽缸法蘭,絲對,夾層加熱裝置,重點檢查高壓內外缸夾層和汽缸法蘭供汽系統(tǒng).g.檢查與汽輪機本體連接主管道及缸體疏放水管路的布置情況,是否有對缸體膨脹不暢的影響;同時檢查前箱和中箱進,回油管道可能有較大的單側阻力造成的影響.3發(fā)現(xiàn)的問題a.在機組啟停運行監(jiān)視過程中,發(fā)現(xiàn)在1號前軸承箱前角兩側架的2塊百分表與高壓外缸后貓爪兩側架的2塊的百分表,記錄監(jiān)視的前軸承箱與高壓外缸的

16、絕對膨脹移動值不正常,之間差值最大時達1.84mm,這說明1號前軸承箱與高壓缸在膨脹過程中有相對移動的空行程,解體檢查前軸承箱與高壓缸聯(lián)結的推拉螺栓間隙也證明了這一點,如圖3所示,左側推拉螺栓存在間隙為1.7mm,右側推拉螺栓存在間隙為1.8mm,這說明1號前軸承箱與高壓缸在膨脹過程中有相對移動的空行程,也就是說高壓缸開始在受熱膨脹向前移動過程中,未能真實,及時地將移動的數(shù)值傳遞給前軸承箱體,從而導致安裝在1號前軸承箱體上的高壓脹差表發(fā)訊器膨脹指示與實際值存有誤差.其結果是高壓缸絕對膨脹數(shù)值未能真實地反映在高壓脹差表發(fā)訊器上,是導致機組啟動過程中,高壓段相對脹差指示偏大的直接原因,分析其根本原

17、因為推拉螺栓在高壓后軸封高溫區(qū)域下,承受前軸承箱與高壓缸在膨脹收縮過程中推拉作用力時,發(fā)生了塑性變形而導致推拉螺栓伸長和螺帽松動所致.b.在解體檢查滑銷系統(tǒng)的縱銷,立銷,角銷,貓爪橫銷各部分間隙值時,發(fā)現(xiàn)銹蝕比較嚴重,尤其是中壓缸前部2個貓爪橫銷卡澀嚴重,縱銷,貓爪橫銷間隙值偏小.這也是導致1號前軸承箱,2號中軸承箱與高壓缸在推拉過程中使螺栓被拉長以及汽缸膨脹不暢的主要原因.c.對于在機組啟動過程中受熱初期,高壓上下外缸內壁溫差較大,檢查分析結果認為,是因為內外缸夾層和法蘭供汽量不足,導致了下汽缸平均溫升慢,直接影響了汽缸的絕對熱膨脹.d.解體檢查中壓缸端部前軸封時,發(fā)現(xiàn)前軸封1,2套上的汽封

18、齒磨損嚴重,部分汽封齒高度已磨損近2/3,導致該處汽封間隙增大,這也是造成中王偉:200mw機組高壓缸相對脹差大原因分析及處理壓缸前部滑銷部件銹蝕,卡澀嚴重的原因之一.4主要技術措施圖31號前軸軸承箱與高壓下外缸下部立銷連接示意圖a.將1號前軸承箱與高壓下外缸連接的推拉螺栓更換為耐高溫的合金材質.推拉螺栓為m40208mm,材質采用25cr2mova,定位套筒材質為35.crmoa,鎖緊螺母為m42mm,材質為35crmoa,均經(jīng)調質熱處理.重新安裝消除推拉螺栓間隙,防止出現(xiàn)前軸承箱與高壓缸在膨脹過程中有相對移動的空行程,從而影響高壓脹差表發(fā)訊器膨脹指示與實際值存有誤差問題,為防止螺母在機組運

19、行中松動,在鎖緊螺母后,采用冷焊方法用a507電焊條將螺母與推拉螺栓點焊成一體.b.對滑銷系統(tǒng)的縱銷,立銷,角銷,貓爪橫銷進行清理修研,尤其是對1號前軸承箱和2號中軸承箱底部與基礎臺板上配合各有二組縱銷,高中壓汽缸前后部位的貓爪橫銷做重點檢查處理,并將高壓缸前后及中壓缸前立銷,貓爪橫銷間隙放大至0.10mm.角銷和縱銷配合間隙則仍按哈汽廠規(guī)程規(guī)定執(zhí)行.c.為提高高壓下汽缸夾層的溫度,以減少高壓上下外汽缸內壁的溫差,將高壓前軸封1套上原哈汽廠加裝的2根q)284mm的遺漏管上,再鉆出直徑為8mm的l5個均勻分布的孑l,引入高壓下汽缸夾層內,并將遺漏管前端加堵板封死,目的是為了均勻分布遺漏管噴出的

20、汽流,提高高壓下汽缸夾層內的溫度,減少高壓上下汽缸的溫度偏差,以緩解高壓下外缸膨脹較慢問題,便于汽缸的膨脹.d.經(jīng)與哈爾濱汽輪機機制造廠家咨詢了解,決定將高壓缸前軸封1套前9環(huán)的汽封徑向間隙值存在間隙(即空行程處)高壓下外缸側放大至1.21.3mm之間,以加大遺漏管對高壓下汽缸夾層供汽量,使高壓下汽缸的溫度值提高加快以利于汽缸的膨脹.e.本機組汽缸加熱裝置的汽源來自主蒸汽系統(tǒng),原設計安裝的蒸汽汽源由單根q)76mm母管引入夾層供汽聯(lián)箱和絲對供汽聯(lián)箱,然后再分別進入高壓上下缸夾層,法蘭,絲對進行加熱;為解決法蘭,絲對加熱裝置系統(tǒng)在機組啟動過程中投入時間過長的問題,將高壓汽缸法蘭,絲對供汽母管進行

21、改造,即母管由原來的單根q)76mm管段改為雙根q)76mm管路分別向高壓汽缸的夾層和絲對供汽聯(lián)箱供汽,以解決法蘭溫升慢影響汽缸整體膨脹的問題.同時也加大了上下夾層供汽量,利于提高了夾層內的溫度,減少高壓上下外汽缸內壁的溫度偏差,以緩解高壓下外缸膨脹較慢問題便于汽缸的膨脹.另外高壓外缸兩側的法蘭加熱汽柜此次也做了更新改造,汽柜由原來易漏泄的碳鋼材料改為奧氏體不銹鋼材質,內部汽流走向更趨于合理;此項改造由哈汽廠家來人進行處理.法蘭絲對供汽管改造前后對照示意圖見圖4.f.回裝前將前箱及中箱基礎臺板的油槽清掃:f凈(由于其與哈汽早期產200mw34型汽輪機相比,油槽設計比較合理,回油路暢通,故未作調整).按分解相反順序進行依次回裝并向臺板油槽內注入二甲基硅油,以利于汽缸整體膨脹的問題.g.回裝高中低壓汽缸體,分別復查和調整高,中,低壓缸通流部分間隙,轉子中心,轉子對汽缸洼窩中心,軸頸的揚度及汽缸結合面的水平;重新調整好高中壓缸端部軸封間隙值,防止端部軸封漏汽量