汽輪機軸位移保護裝置的調整

摘要:介紹了C12-4.9/0.981型抽凝式汽輪機軸位移保護裝置運行中出現軸位移保護因異常被迫退出運行，經多次處理后保護正常投入的過程;

關鍵詞:汽輪機 軸位移 保護裝置

0 引言

天富東熱電廠由青島汽輪機廠生產的C12-4.9/0.981型抽凝式汽輪機，1994年投入運行。軸位移保護裝置采用了機械和電渦流式熱工保護等兩套保護裝置，自2005年后軸位移保護因異常被迫退出，給機組安全運行留下較大隱患。

1 軸位移保護裝置介紹

此機組設置了兩套軸位移保護:

1.1 軸位移機械保護:當軸位移增大時油壓噴嘴間隙值≥0.50mm，油壓降至0.245mpa時軸位移捏手在彈簧力作用下被頂出，泄去自動主汽門保安油使其關閉而保護停機。(如右圖)

1.2 軸位移熱工保護:該套保護有一個電接點壓力表和串軸指示表組成。當油壓降至0.245mpa、軸位移增大為+0.7mm時接點接通而保護停機。

如下圖顯示，兩套保護有兩個獨立測點，能單獨顯示轉子位置變化。當轉子位置發生變化時，軸位移油壓會因為油壓噴嘴與擋油盤距離發生變化而上升或下降，軸位移串軸指示會因為軸位移指示計探頭與推力盤距離發生變化而增大或減小。

1.2 修前狀況

1.2.1 機組啟動后按照廠家要求在空載時將軸位移油壓調整至0.46MPa，帶負荷至12MW(滿負荷)，此過程中軸位移油壓逐漸下降至0.245MPa達到保護值。

軸位移串軸指示由0變化至-0.20，變化微小。軸位移保護隨機組負荷增大，變化為負值，保護失去作用。

1.2.2 機組軸瓦油溫雖未見明顯異常，但機組變工況時主推力瓦塊3、5、6、7、8五個測點出現溫度偏高現象，其中第5點達到了79℃(允許上限85℃)

2 解體檢查及測量

2.1 揭缸后發現靜子轉向導葉環與轉子高壓復速級葉片背部(軸向)有深度為1.2mm的磨損均勻痕跡，明顯為軸位移過大所致。

2.2 軸承解體后對軸瓦的緊力測量發現，瓦枕對球面瓦枕緊力為-0.10，存在較大間隙。

轉子軸位移測量發現，轉子絕對串動量為0.49mm，球瓦枕軸向串動量0.24mm，推力間隙為0.25mm，軸位移油壓噴嘴間隙0.70mm，軸位移指示探頭間隙1.00mm。

如圖所示，在推力盤端面、球面瓦枕端、外瓦枕下端面分別置表A，B，C以軸承箱為基點，分別由前向后和向前推動轉子，數據如表所示， 測量結果表明，由于球面瓦枕移動量為:0.24mm，存在了0.24mm附加串動量，導致轉子實際串動量達到0.49mm超過了0.40mm的允許值。

3 原因分析

機組軸位移異常存在兩個問題，一是轉子軸向間隙變化過大使保護油壓異常。

第二是電渦流傳感器，因位移對應間隙電壓，探測基準不正確會引起軸位移指示異常。

具體原因如下:

3.1 轉子速度級摩擦應是轉子定位不良引起，由于靜子的轉向導葉環與第一列復速級葉片軸向尺寸偏小， 在啟動階段，隨著轉速升高，油膜產生及瓦塊擺動角起作用，轉子是負增長。但隨著負荷上升，軸向推力增加，軸承外殼起變化，轉子為正增長。啟動過程中當轉子受熱膨脹伸長出現過大正脹差時發生了摩擦，另外此階段上下缸溫差引起的汽缸貓弓背現象也會造成通流部分軸向及幅相間隙變化，引起動靜摩擦。

3.2 轉子串動量大:

球瓦枕由于裝配或運行磨損使配合松弛，在推力作用下產生的0.10 mm軸向間隙，另外，運行中軸承可能比瓦枕溫度低，由于溫差原因，在球面結合處形成楔力使球面破開而產生間隙，在軸向力作用下產生軸向位移，如圖。

這幾種原因使轉子在運行狀態下隨著轉速升高負荷增加后軸向力增大，產生了0.49 mm的由機頭指向排氣缸方向的位移此串動值與軸位移油壓噴嘴的調整值相近，當工況變化時由于轉子前串碰到噴嘴時期支撐變形后退軸位移油壓超出線性范圍而失效(從每次開機都需要調整判斷出)。

外瓦枕軸向間隙大、球瓦枕緊力不足導致轉子串動量大，使軸位移間隙達到保護值，廠家設計要求轉子位移量達到0.70mm時機組保護動作停機。

3.3 測量方法不正確

3.3.1 未組裝上瓦及瓦枕進行測量導致測量誤差大難以判斷正確的推力間隙。

3.3.2 汽輪機軸向位移保護傳感器進行調整時，須以推力瓦非工作面為基準，并注意相對膨脹差變化情況，才能使測量正確、精確。因停機時間差異，相對膨脹差指示不為零，在不具備條件下進行調整使軸位移間隙超出允許值。

4 處理效果

如表所示，在經過推力軸承的檢修和更換傳感器的處理后，軸位移油壓保護、數字指示在機組負載變化時有良好的印證關系，機組已連續運行3年，軸向位移指示對負荷的變化反應靈敏，保護得以正常投入。

軸位移保護對汽輪發電機組的安全運行關系重大，決不可掉以輕心。

檢修當中對軸位移的各項測量一定要方法正確、測量準確，方能保證其檢修質量。綜合軸承中的球瓦枕在接觸面積發生變化導致配合緊力不足時，要及時調整或更換不能盲目堅持，否則有可能導致轉子動靜部分發生嚴重摩擦，造成設備損壞。

不同機組軸向位移與熱膨脹隨機組暖機時間、工況變動而變化的規律有所區別，但調整原理和方法應基本是一致的。