汽輪機(jī)通流面積下降的原因分析

汽輪機(jī)通流面積下降的原因分析

1和諧的促進(jìn)回路—過程蕪湖#11驅(qū)動輪是上海汽輪廠生產(chǎn)的25噸超高壓、中間蒸汽、雙發(fā)動機(jī)、雙向汽車和滑動滑動電機(jī)。型號為a125-13.24。535.535。軸向推力推向發(fā)電機(jī)側(cè),約105牛頓,推力軸承是具有自位功能的密切爾式,工作面和非工作面各有瓦塊12塊,機(jī)組正常運行時工作瓦溫度高于非工作瓦溫度。高壓缸采用噴嘴配汽法,共有四只調(diào)速汽門,分別控制#1-#4噴嘴弧段,#1-#4噴嘴弧段噴嘴數(shù)分別為6、6、5、5;中壓缸采用全周進(jìn)汽、節(jié)流調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)控制系統(tǒng)采用上海新華公司的數(shù)字式電液控制系統(tǒng)DEH-Ⅲ。2006年2月以來,該機(jī)組在啟動過程和運行中發(fā)現(xiàn)#2調(diào)速汽門的流量特性異常:50%開度以下無蒸汽流量,且在閥門方式切換時(單閥←→多閥),機(jī)組功率擾動達(dá)10MW,大大超過DEH-Ⅲ控制系統(tǒng)規(guī)定的5MW。2006年8月12日#11機(jī)組啟動后發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)級后壓力比正常值高出1MPa,且正推力瓦下部瓦塊瓦溫明顯升高,其中#3瓦塊瓦溫在#4調(diào)速汽門從26%關(guān)小至14%過程中由80℃快速上升至92℃。為了防止推力瓦溫超限,將4只調(diào)速汽門保持全開并將機(jī)組限制在100MW負(fù)荷以下運行。針對以上現(xiàn)象,我們分析認(rèn)為#11汽輪機(jī)出現(xiàn)的異常現(xiàn)象之間是有聯(lián)系的:調(diào)節(jié)級后壓力升高是推力瓦溫度升高的誘因;而調(diào)節(jié)級后壓力突然升高,是由于汽輪機(jī)通流面積突然減小而造成的;聯(lián)系到#2調(diào)速汽門開啟時有50%空行程的異?，F(xiàn)象,通流面積突然減小的原因極有可能是#2調(diào)速汽門部套脫落,其脫落部件穿過#2噴嘴組進(jìn)入了汽輪機(jī)的通流部分,使通流部分變形或堵塞。8月26日#11汽輪機(jī)經(jīng)申請停機(jī)處理上述異常缺陷,揭缸后檢查發(fā)現(xiàn)#2調(diào)速汽門閥碟和碟套之間兩片止退墊片脫落,其碎片進(jìn)入通流部分,造成調(diào)節(jié)級和第一壓力級的噴嘴及動葉產(chǎn)生部分變形,結(jié)果導(dǎo)致汽輪機(jī)通流面積縮小。檢查結(jié)果符合之前的分析。檢修中工作人員將損壞的噴嘴和動葉進(jìn)行了修復(fù)和整形并更換了#2調(diào)速汽門閥芯。檢修后,#2調(diào)速汽門的流量特性恢復(fù)正常,調(diào)節(jié)級后壓力及推力瓦溫也下降到正常水平,#11機(jī)組恢復(fù)了帶滿負(fù)荷運行能力。2原因分析2.1預(yù)啟閥開啟閥正常情況下,#11汽輪機(jī)#1-#4調(diào)速汽門閥芯的總行程是40mm,其中預(yù)啟閥行程4mm。當(dāng)調(diào)速汽門開啟時,閥桿被油動機(jī)提升,先打開預(yù)啟閥,使主閥前后的壓力近似相等以降低油動機(jī)的提升力,同時也對導(dǎo)汽管和噴嘴室起到預(yù)暖管的作用,預(yù)啟閥開啟后主閥開啟。當(dāng)調(diào)速汽門開啟至全行程的40%,通流能力應(yīng)達(dá)97%,而#2調(diào)速汽門50%開度以下無蒸汽流量,這說明#2調(diào)速汽門的預(yù)啟行程已增至20mm左右(詳見圖1、圖2)。從圖1可見#2調(diào)速汽門開度在50%以下時,#2噴嘴組前后差壓接近0,從圖2可見此時#2調(diào)速汽門的節(jié)流差壓也是最大的。這說明而#2調(diào)速汽門50%開度以下,基本無蒸汽通過。消缺檢修中對#2調(diào)速汽門解體后發(fā)現(xiàn):1)#2調(diào)速汽門閥碟的兩片止退墊片損壞脫落,碎片進(jìn)入汽缸;2)閥碟松動,導(dǎo)致預(yù)啟閥行程增至21mm,占總行程的52.5%,完全符合圖1、圖2曲線反映的情況。3)門桿、碟套、閥碟均有不同程度損壞。止退墊片脫落原因為:兩片止退墊片焊接處開裂,閥碟松動,止退墊片在汽流的沖擊下受損斷裂后脫落。2.2調(diào)節(jié)級過濾片斷裂我廠125MW汽輪機(jī)額定負(fù)荷下調(diào)節(jié)級后壓力的額定值為9.4MPa,而2006年8月12日#11機(jī)組啟動帶負(fù)荷至117MW時,調(diào)節(jié)級后壓力就已升至10.4MPa。可見額定負(fù)荷下#11汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級后壓力至少上升了1MPa,這說明汽輪機(jī)的通流面積發(fā)生了變化。檢修中對高中壓缸揭缸檢查后發(fā)現(xiàn):1)一段斷裂的1/2止退墊片卡在調(diào)節(jié)級#2噴嘴組葉片間,造成三只調(diào)節(jié)級噴嘴葉片變形;2)另一段斷裂的1/2止退墊片從#2噴嘴室內(nèi)取出;3)調(diào)節(jié)級動葉進(jìn)汽側(cè)有卷邊變形現(xiàn)象,出汽側(cè)受損輕微,調(diào)節(jié)級動葉葉頂阻汽片部分倒伏;4)高壓缸第一級噴嘴葉片出汽側(cè)變形嚴(yán)重,通流面積明顯縮小,第一級動葉片的進(jìn)汽側(cè)也出現(xiàn)變形;5)在第一級噴嘴和動葉之間的汽缸底部發(fā)現(xiàn)6片止退墊片碎塊。調(diào)節(jié)級后壓力升高的原因為:#2調(diào)速汽門止退墊片碎塊穿過調(diào)節(jié)級噴嘴及動葉進(jìn)入第一級噴嘴和動葉之間,造成第一級噴嘴葉片出汽側(cè)和第一級動葉片進(jìn)汽側(cè)相互擠壓而變形損傷,其中第一級噴嘴葉片出汽側(cè)變形嚴(yán)重,造成汽輪機(jī)第一級通流面積減小、汽流受阻,導(dǎo)致調(diào)節(jié)級后壓力升高。2.3機(jī)組運行時的變化2006年8月12日#11機(jī)組啟動后汽輪機(jī)推力瓦溫一直偏高,正推力瓦#3瓦塊溫度平均保持在80℃左右,明顯比以前機(jī)組運行時的65℃高。且當(dāng)#4調(diào)速汽門開度由26%關(guān)小至14%(機(jī)組負(fù)荷由115MW降至108MW)的過程中,正推力瓦#3瓦塊溫度由80℃快速上升至92℃(詳見圖3、圖4),說明推力瓦溫受調(diào)速汽門開度的影響很明顯。為了控制推力瓦溫不超標(biāo),將高調(diào)速汽門保持全開、限負(fù)荷100MW運行,正推力瓦#3瓦塊瓦溫又下降至80℃左右。2.3.1發(fā)電機(jī)側(cè)軸向推力隨發(fā)電機(jī)高壓轉(zhuǎn)子范圍的變化推力瓦溫的升高與調(diào)節(jié)級后壓力升高直接相關(guān)。調(diào)節(jié)級后壓力升高意味調(diào)節(jié)級葉輪前后差壓變小,導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子受到的向機(jī)頭的軸向推力減小,而中壓轉(zhuǎn)子受到的向發(fā)電機(jī)側(cè)的軸向推力變化不大,因為高中壓缸通流部分為反向布置,所以綜合作用的結(jié)果就是汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子受到向發(fā)電機(jī)側(cè)的軸向推力明顯變大,導(dǎo)致正推力瓦受力增大、瓦溫上升,且調(diào)節(jié)級后壓力越高,向發(fā)電機(jī)側(cè)的軸向推力越大,正推力瓦溫度越高。2.3.2化學(xué)機(jī)械作用從圖4可以明顯看出#11汽輪機(jī)正推力瓦下瓦溫度明顯比上瓦溫度高,其原因與汽輪機(jī)高中壓缸缸脹不暢相關(guān)。高中壓缸的死點在#2軸承箱,缸體受熱后向#1軸承箱方向膨脹,若#1軸承箱底部縱銷卡澀,使高中壓缸不能向#1軸承箱方向自由膨脹,則缸體必然會對#2軸承箱施加巨大的推力,使#2軸承箱受力向發(fā)電機(jī)方向傾斜,#2軸承箱內(nèi)的推力瓦也向發(fā)電機(jī)方向傾斜,而高中壓轉(zhuǎn)子的推力盤依然保持豎直,這就導(dǎo)致推力盤與推力瓦的接觸不均勻,下部瓦塊受力增大、油膜減薄,表現(xiàn)為正推力瓦下部瓦塊明顯比上部瓦塊溫度高。在2004年2月的#11機(jī)組大修中,檢修人員將#11汽輪機(jī)#1軸承箱滑銷全部取出,徹底清理后加潤滑脂復(fù)裝,汽輪機(jī)額定負(fù)荷運行時高中壓缸缸脹為17.5mm;經(jīng)過2年半的運行,高中壓缸缸脹逐漸減小為15.3mm,減小了2.2mm。說明#11汽輪機(jī)#1軸承箱的滑銷又出現(xiàn)卡澀,導(dǎo)致了正推力瓦下瓦溫度升高。2.3.3u3000圖2正推力瓦下局部附加轉(zhuǎn)距圖48月12日#11機(jī)組運行中#4調(diào)速汽門開度由26%關(guān)小至14%引起了推力瓦溫的驟升,原因如下:#4噴嘴組位于高中壓缸的上半部分,當(dāng)#4調(diào)速汽門關(guān)小時,#4噴嘴組的進(jìn)汽量減小,高中壓轉(zhuǎn)子上半部承受的蒸汽載荷減小,下半部承受的蒸汽載荷基本不變,綜合作用的結(jié)果對高中壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)距,而此附加轉(zhuǎn)距依靠推力軸承平衡,導(dǎo)致正推力瓦下部受力增加,所以其下部瓦塊溫度進(jìn)一步上升。為了控制推力瓦溫的突升,將#11汽輪機(jī)4只高調(diào)速汽門全開,由鍋爐手動調(diào)整負(fù)荷,隨著附加轉(zhuǎn)距的消失,推力瓦溫突升的現(xiàn)象消除。3處理的主要措施3.1#2汽油芯的調(diào)解消缺檢修中更換了#2調(diào)速汽門閥芯,并對止退墊片焊接處著色檢查,以防再次出現(xiàn)斷裂脫落。3.2高壓缸下腔內(nèi)疏采用高壓缸疏采用密閉式調(diào)靜系統(tǒng)調(diào)設(shè)計圖2使用內(nèi)窺鏡查找#1-#4調(diào)速汽門汽室、導(dǎo)汽管和導(dǎo)汽管底部疏水管彎頭、#1-#4調(diào)節(jié)級噴嘴組及其進(jìn)汽室、高壓缸各級隔板噴嘴及轉(zhuǎn)子動葉、高壓缸夾層等處,將止退墊片碎塊徹底清除。3.3調(diào)節(jié)級及第一階段臨檢中對#2調(diào)節(jié)級噴嘴組三片變形葉片、調(diào)節(jié)級及第一級動葉變形部分使用專用工具校正,校正后著色檢查,對殘存裂紋打磨去除;并對調(diào)節(jié)級徑向阻汽片的倒伏部分校正打磨。3.4高壓設(shè)備第一次隔離的修復(fù)因為高壓缸第一級隔板的噴嘴損壞較嚴(yán)重,本廠檢修部門難以處理,所以送上海汽輪機(jī)廠進(jìn)行修復(fù)。3.5檢查汽油瓦塊，并拆除局部高度點臨檢中對推力瓦塊和推力盤的接觸面積進(jìn)行檢查,修鏟推力瓦塊局部高點以保證推力瓦塊與推力盤的接觸面積大于80%。4增壓擾動經(jīng)停機(jī)檢修消缺后,#11機(jī)組2006年9月9日投入運行。#2調(diào)速汽門的流量特性恢復(fù)正常,單一多閥切換時機(jī)組功率擾動小于2MW;額定負(fù)荷下調(diào)節(jié)級后壓力9.5MPa;推力瓦溫明顯下降,額定負(fù)荷下正推力瓦#3瓦溫度57℃。具體數(shù)據(jù)詳見圖5和表1。5風(fēng)力瓦溫分布不暢蕪湖發(fā)電廠#11汽輪機(jī)出現(xiàn)的#2調(diào)速汽門流量特性異常、調(diào)節(jié)級后壓力高、推力瓦溫高三個異常