汽機高中壓缸膨脹不暢的分析與處理

林健秋

（韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512132）

汽輪機在啟動、停機和運行時，汽缸將隨其溫度的變化沿橫向、縱向、垂直幾個方向膨脹或收縮，因此，為了保證汽缸定向自由膨脹，并能保持汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致，避免因膨脹不均勻造成不應(yīng)有的應(yīng)力引起的機組振動，機組設(shè)置了一套滑銷系統(tǒng)。即在汽缸與基礎(chǔ)臺板間和汽缸與軸承座之間裝有各種滑銷，并使固定汽缸的螺栓留出適當(dāng)?shù)拈g隙，以保證汽缸自由膨脹，保持機組中心不變。

1 設(shè)備概況

韶關(guān)電廠10號機組是東方汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界高中壓合缸的一次再熱雙缸雙排汽單軸凝汽式N300-16.7/537/537-4型汽輪機。其外缸通過縱銷與橫鍵相對于基礎(chǔ)保持2個固定點(絕對死點)，一個在中低壓軸承箱基架上2號軸承中心線后205 mm處(高中壓缸死點)，另一個在低壓缸左右兩側(cè)基架上低壓進汽中心線前360mm處(低壓缸死點)。高壓內(nèi)缸相對于高壓外缸的死點在高壓進汽中心線前475mm處，低壓內(nèi)缸相對于低壓外缸的死點在低壓進汽中心線處，分別由死點向前后2個方向膨脹。

在10號機組前軸承座下設(shè)有縱銷，該銷位于前軸承座及其臺板間的軸向中心線上，允許前軸承座作軸向自由膨脹，但限制其橫向移動。因此，整個機組以死點為中心，通過高、中壓缸帶動前軸承座向前膨脹。前軸承座的軸向位移就表示了高中壓缸向前膨脹值之和，這就是通常所說的缸脹。缸脹測點固定在前軸承箱兩側(cè)面。在軸承座與基礎(chǔ)臺板滑動面間有耐磨塊，并可定期向滑動面加潤滑油。

依靠這樣一套滑銷系統(tǒng)，使機組能夠沿著預(yù)先規(guī)定的方向膨脹，以保證機組的安全運行。本機組高中壓缸結(jié)構(gòu)和蒸汽流向合理，汽缸剛性大，通流間隙對脹差限制小，前軸承箱與基架間有潤滑脂，因此機組啟動和變負荷時脹差小，啟停靈活性和負荷適應(yīng)性較好。

2 存在問題

2005年機組小修后第1次啟動的數(shù)值：缸溫99℃，左/右總膨脹4.17/3.2mm，高中壓缸脹差0.3mm；送軸封后，缸溫、總膨脹不變，高中壓缸脹差增大為0.76mm。按規(guī)程設(shè)定參數(shù)，汽輪機沖轉(zhuǎn)至2000r/mIn暖機，缸溫緩慢增至270℃，左/右總膨脹只有6.5mm左右，增大極其緩慢，而高中壓缸脹差慢慢增大至5.0mm,且增大趨勢不減。通過調(diào)整主蒸汽溫度和軸封蒸汽壓力、溫度無明顯效果，高中壓缸脹差增大至5.5mm，為保證機組安全，下令汽輪機打閘(我廠規(guī)定高中壓缸脹差范圍是+6mm～-3mm)。后來機組的多次冷、溫態(tài)啟動過程中均出現(xiàn)這種高中壓缸膨脹不暢的問題，致使機組啟動時間(特別是冷態(tài)啟動)延長為原來的3～4倍，耗費了大量的鍋爐燃油，造成了巨大的經(jīng)濟損失，甚至在冷態(tài)啟動過程中經(jīng)常因為高中壓脹差超限而打閘停機，給機組的安全穩(wěn)定運行帶來了極大的不利影響。由于機組從啟動到帶額定負荷所耗時間數(shù)倍增加，大大降低了機組的機動性，對電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)產(chǎn)生一定影響，多次受到中調(diào)的詢問。

3 原因分析

高中壓缸缸溫從99℃上升到270℃，高中壓缸總脹才從4.17mm增大到6.5mm，且增長趨勢極其緩慢，不符合金屬膨脹的規(guī)律。機組投產(chǎn)初期，機組帶額定負荷時高中壓缸總膨脹值為27mm，現(xiàn)在只有23.5mm，相去甚遠。經(jīng)核實，排除了測量儀表的問題，因此，斷定問題在機組前軸承箱滑銷系統(tǒng)上。

高中壓缸前部座落在1號軸承箱(即前軸承箱)上，高中壓缸膨脹不暢最終是因前軸承箱在機架的滑塊上滑動受阻所至。分析汽輪機的結(jié)構(gòu)可知，為保證汽輪機高速運行時轉(zhuǎn)子中心和汽缸中心保持一致，在汽缸的軸承座與基礎(chǔ)臺板之間裝有滑銷系統(tǒng)(見圖1)。在機組啟動過程中，汽缸與軸承座在滑銷系統(tǒng)的引導(dǎo)下按一定的方向進行膨脹，使汽缸與軸承座在熱狀態(tài)下仍然保持中心一致。若滑銷系統(tǒng)工作失常，會引起汽缸熱膨脹不良，從而使機組不能正常運行。由此得出前軸承箱滑動受阻是由于底部滑銷系統(tǒng)工作失常所致。

前軸承箱與機架滑塊間的相對滑動以潤滑脂潤滑，潤滑脂被注到滑塊上的潤滑脂槽道內(nèi)。這種設(shè)計形式導(dǎo)致前軸承箱在運行中容易出現(xiàn)如下弊端。

(1) 前軸承箱與滑塊間潤滑不良。潤滑脂槽道面積相對于整個滑塊滑動面較小，還不到滑動面的1/5，不能有效地潤滑整個滑塊表面(見圖2)。

(2) 前軸承箱與滑塊間形成油泥。軸承箱與滑塊接觸處封閉不好，易使?jié)櫥纬捎湍啵绊戄S承箱滑動。

(3) 軸封漏汽進入軸承箱與滑塊的接觸面。在2005年機組小修改造前，低壓軸封漏真空。為保證機組真空，將此軸封壓力和軸封蒸汽流量調(diào)節(jié)得偏高，使得軸承箱滑動面所處的環(huán)境變得惡劣。軸封漏汽使得臺板滑動面常有積水，容易進入機架與軸承箱底部之間的間隙內(nèi)，加之灰塵沉積，造成機架、機架上滑塊及機架與軸承箱間縱向鍵銹蝕、卡澀，并加劇了油泥的形成，導(dǎo)致軸承箱滑動受阻，引起高中壓缸膨脹不暢。

(4) 潤滑脂高溫干涸。目前采用的定期置換滑塊油脂的辦法，因受結(jié)構(gòu)及油脂性能的限制難以奏效。在高溫環(huán)境下潤滑油脂干結(jié)較快，一旦局部干結(jié)，造成油槽堵塞，油脂置換將無法進行，而且增加了滑動阻力，也會引起機組膨脹不暢。此外，軸承箱在熱態(tài)下承受巨大推力，出現(xiàn)變形，因此軸承箱與臺板滑塊間局部會出現(xiàn)間隙，在進行油脂置換時，進入間隙的油很可能因不能得到徹底更換而影響潤滑效果。

(5) 由于軸承箱后部的進、排油口緊貼地面，造成滑塊注油維護非常不便，難以保證每次油脂置換能獲得滿意的效果。

因此，高中壓缸膨脹不暢問題可通過改造軸承箱下部機架上的滑塊得到解決。

4 處理方法

4.1 滑塊改為自潤滑滑塊

4.1.1 自潤滑材料性能介紹

鑲嵌型固體自潤滑滑塊是由金屬基材和在其中嵌入的固體潤滑材料組成，在摩擦過程中，由金屬基材支承負荷。嵌入的固體潤滑材料在摩擦力作用下，于摩擦面上形成一層固體潤滑膜，使金屬間不直接接觸，從而達到潤滑的效果。由于金屬基材的強度高，熱傳導(dǎo)性好，從而克服了其他自潤滑滑塊的脆性、導(dǎo)熱性差等缺點。鑲?cè)牍腆w潤滑材料后具有自潤滑性好、承載能力強和使用溫度范圍廣等特點，所以它特別適用于低速、高負荷和往復(fù)擺動等難以形成油膜潤滑的條件，以及那些不能(或無法)使用油脂潤滑的高溫、輻照及海水、藥物等介質(zhì)的場合。此技術(shù)已經(jīng)有許多成功應(yīng)用的案例，如鄭州熱電廠擴建安裝的東方汽輪機廠300MW機組，其高、中壓軸承箱及臺板采用鑲嵌型自潤滑材料；東方汽輪機廠還將鋼背復(fù)合聚四氟乙烯自潤滑材料用在凝汽器底部滑塊上。

鑲嵌型自潤滑滑塊的制造有多種工藝方法。以石墨為潤滑劑的滑塊制造大體上有2種方法。

(1) 固體嵌入法。將已成形的固體潤滑材料直接壓入或配以粘接劑填入孔中，靠熱處理產(chǎn)生的不可逆膨脹或粘接劑的固化作用使其與基材牢固結(jié)合。

(2) 鑄造法。將已成形的石墨塊按要求的排列方式預(yù)先固定在特制的鑄模芯上，再鑄入熔化的基體合金，以成為一整體。

以上2種方法的特點是：保證固體潤滑材料在摩擦過程中，形成復(fù)蓋整個摩擦表面的轉(zhuǎn)移膜，以達到潤滑的效果。鑲?cè)胧拿娣e一般以摩擦表面的20%～30%為宜，過小則達不到有效潤滑的目的；過大則機械強度降低。鐵基鑲嵌石墨自潤滑材料的性能見表1。

表1 鐵基鑲嵌石墨自潤滑材料性能

4.1.2 滑塊改造

改造前，先對滑塊與機架、滑塊與軸承箱底部進行對研，檢查確認接觸面積大于70%，再進行滑塊自潤滑改造。改造時在滑塊上按一定規(guī)則鉆上均勻排列的孔，在每個孔內(nèi)鑲石墨柱，再用石墨條將潤滑脂槽填滿，最后將石墨柱鏟平并在整個滑塊面刷上石墨層，增大潤滑面積，保證潤滑效果。同時，為了避免軸封漏汽和雜質(zhì)進入滑動面，在前軸承箱下部前端加裝遮擋板。

4.2 加裝滑槽吹掃裝置

由于造成滑塊卡澀在很大程度上是因為摩擦面鐵銹、灰塵等雜質(zhì)進入前軸承箱與機架滑塊之間的間隙，影響潤滑，故在滑槽兩側(cè)面隔一定距離鉆一排小通孔，如圖3，在每次機組停運后下一次啟動前，順著往機頭的方向分別向小孔中通入高壓的常溫壓縮空氣， 在壓縮空氣流的作用下，間隙內(nèi)的雜質(zhì)被吹起，從前端的間隙中排出滑槽，從而減少了滑塊移動的阻力，使機組膨脹順暢。平時則用螺塞將小孔堵住，防止灰塵等雜質(zhì)進入。

5 效果

滑塊改造后，10號機組啟動時汽缸膨脹良好，所耗時間大大縮短，高中壓缸脹差均可控制在3.0 mm以下，問題徹底解決，大大節(jié)約了啟動費用，保證了機組安全經(jīng)濟運行，為該廠存在類似問題的其他機組進行技術(shù)改造提供了有力的技術(shù)依據(jù)。

1 簡天聰. 汽輪機原理[M]. 北京: 水利電力出版社, 1985