推力瓦非工作面溫度異常升高的原因及處理方法

徐龍峰

摘要：汽輪發電機組推力瓦在機組中的位置非常重要，它承擔機組的殘余軸向推力，確定轉子膨脹的死點，從而保證動靜件之間的軸向間隙在設計范圍內。推力軸承非工作面瓦塊溫度異常升高將嚴重威脅機組的安全運行。影響推力軸承非工作瓦塊溫度異常升高的因素較多，除推力瓦本身因素外，還有其他因素導致的推力瓦溫度升高的原因。找出導致推力瓦非工作面瓦塊溫度異常升高的主要原因，并有針對性地提出了處理方案，消除這一缺陷，保證機組安全穩定運行。

關鍵詞：推力瓦 溫度 軸向推力

1 概述

某運營發電有限公司1號機組是2006年投入生產的600MW超臨界汽輪機，為上海汽輪機廠制造N600-24.2/566/566型超臨界壓力，一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、反動式汽輪機。為平衡軸向推力機組采用高中壓合缸，對稱布置，兩個低壓缸也采用對稱布置。本機組的推力瓦為活動可傾瓦型——米切爾式，單獨布置，位置在中壓轉子后部，推力瓦的推力間隙標準為0.25-0.38 mm。推力瓦瓦塊上澆有烏金，厚度為1.5mm。

在正常情況下，轉子的推力盤靠向工作瓦塊，推力盤的壓力由工作推力瓦來承受。軸向位移指示表是將推力盤靠向推力瓦的非工作瓦塊時定位零位的。一般來說，軸向推力隨汽輪機蒸汽流量的變化而變化。當蒸汽溫度降低時，要保持負荷不變，就要增加進汽量，使軸向推力增大。如果檢查發現推力瓦的工作瓦塊與非工作瓦塊的回油溫度差超過6～7℃，并且推力瓦塊的烏金溫度高達90℃以上時，雖然軸向位移指示不超過正常值，也必須減負荷，使油溫回復正常，保持推力瓦塊溫度不超過90℃。

本機組軸向位移的保護設置是：當軸向位移正向達到0.6mm或負向達到-1.05mm時，發出“軸向位移過大信號”；當軸向位移正負向分別到達1.2mm、-1.65mm時，軸向位移大保護動作，機組跳閘停機。

2 異常經過

2008年09月20日06：30分， 1號機負荷470MW，主機推力軸承非工作瓦塊上部烏金溫度上升至92℃，下部烏金溫度上升至100℃，DCS上轉子軸向位移逐漸增大到-0.42mm。被迫減負荷運行（機組正常推力瓦塊溫度不超過90℃）。2008年10月10日，1號機組停運，10月26日，開始解體檢查推力瓦，瓦塊沒有明顯磨損痕跡，瓦塊進油邊油楔間隙標準，個瓦塊厚差小于0.02mm，推力瓦進油口無堵塞，對推力瓦進行推力間隙復測0.55mm（設計值為0.25mm-0.38mm），推力間隙超標，更換推力瓦墊片，重新調整推力間隙在標準范圍內。2008年11月28日，1號機組啟動后推力軸承非工作面瓦塊烏金溫度依然偏高，且比上次更甚；負荷500MW時，推力瓦溫度高達103℃。無法達到滿負荷運行。

3 原因分析及運行對策

3.1 對比1號機組大修前、后相同負荷下的運行參數分析，1號機組大修后就出現推力軸承非工作面瓦塊溫度異常情況，但由于機組大修后負荷低于420MW，且經常停機備用，推力軸承非工作面瓦塊溫度不太高，在合格范圍內，所以運行人員沒有發現異常情況。

3.2 根據10月26日對推力軸承解體檢查的情況，可以排除推力軸承本身的問題。從運行記錄數據分析，推力軸承非工作瓦塊溫度與機組負荷有密切關系，負荷小于400MW時，瓦塊溫度比較正常，負荷大于400MW以上后，負荷越大，瓦塊溫度也就越高，說明推力瓦溫度的升高是軸向負推力增大所致。軸向負推力的增加，可能存在如下原因：

①對比1號機組大修前后相同負荷條件下1-8段抽氣壓力、溫度以及凝結水經過加熱的溫升，均沒有發現異常，故排除了抽氣系統存在異常導致推力增大的可能性。

②在大修中曾拆裝過高、中壓缸平衡管的流量孔板，更換過法蘭墊片，但從運行記錄上分析，大修前、后平衡管的壓力基本一致，沒有發現異常。

③由于1號機組停機備用時間較長，高、中壓側平衡活塞汽封（布萊登）生銹卡澀的幾率增大，而一旦布萊登汽封卡澀，將直接導致平衡活塞的平衡推力的作用減弱。

④轉子葉片存在問題，葉片可能結垢或其他原因發生變形，導致通流面積減少，蒸汽流動受阻，破壞軸向推力平衡。

鑒于當時機組在運行狀態，不能揭缸檢查，因此要求運行人員嚴格控制推力軸承瓦溫，不得超過上限100℃，在運行中密切關注軸向位移和軸系振動情況，并制定了汽輪機在推力軸承溫度超標狀況下的技術措施：

①為保證安全穩定運行，要求運行人員在運行調整上下功夫，在排查有無其他原因，優化運行方式，試探能否降低推力軸承非工作面瓦塊溫度。

②要求生技部將1號機推力軸承非工作面溫度出現異常升高的情況向上汽通報，并要求上汽公司協助進行原因分析，提出解決方案。

4 揭缸處理過程

2009年03月05日利用1號機組中修機會，決定對1號機組進行揭缸檢查。檢查中發現高壓轉子調速級葉片出汽側凹陷變形，被異物打傷痕跡明顯，整級調速級葉片出汽側凹陷變形，如圖1所示。圖2為完好的調節級葉片。

異物為調速級后側溫度套管管頭焊口裂開脫落，套管管頭為圓柱形，直徑？覫32mm，厚度30mm，頭部為圓形，中間空心。由于直徑較大，隔板擋住了溫度套管管頭的去路。套管管頭一旦通過隔板，將造成機組嚴重損壞。套管管頭開焊脫落后為自由狀態（如圖3所示）。隨著蒸汽流動自由撞擊，造成調節級葉片出汽側嚴重凹陷變形，轉子調節級葉輪背面、高壓內缸前側導汽表面被脫落的套管頭打的凹凸不平，第一級隔板表面也有輕微打傷，但不嚴重。

通過揭缸后一系列的檢查和分析，主機推力瓦非工作面過熱的原因就是高壓轉子調速級葉片出汽側凹陷變形，導致葉片通流部分減小，蒸汽通過時受阻而超壓，負推力增大。低負荷運行時蒸汽流量小、壓力低，蒸汽受阻情況不明顯，當高負荷運行時，蒸汽流量逐漸增大，由于出汽側葉片凹陷變形，使得通流部分減小而出現蒸汽受阻，負推力增大，負推力增大將直接導致主機推力瓦非工作面推力過載引起過熱，烏金溫度過熱的危害非常嚴重，瓦溫超過100℃時容易引起燒瓦，燒瓦后將破壞動靜間隙，引起動靜摩擦，只能迫使機組減負荷運行。

通過開裂件斷面的觀察和現場調查，發現斷裂套筒管頭與套筒的熔合區（坡口面），從斷面特征分析套管頭開焊脫落的主要原因為：焊口焊縫大面積未焊接，點焊面積又小，高壓調節級出汽側蒸汽沖刷壓力大，導致套管管頭斷裂脫落是造成主機推力瓦非工作面過熱的主要原因。

由于高壓轉子調速級葉片出汽側嚴重凹陷變形，現場無法修復，決定返回上海汽輪機廠更換高壓轉子調速級葉片。對轉子調節級葉輪背面、高壓內缸前側導汽表面凹凸不平的地方進行打磨，打磨后進行著色探傷檢查，檢查表面無裂紋等其他缺陷。檢測套管管頭材質為1Gr18Ni9Ti，與調速級后側溫度套管材質相同。將套管管頭與套管焊接部位重新進行打磨坡口，坡口角度為30°，用全氬弧焊接，焊絲選用不銹鋼焊絲NiGr-3，指定操作熟練的焊工，嚴格按照工藝要求進行焊接。焊接完成后外觀檢查無裂紋、氣孔等缺陷，金屬做超聲探傷合格。

5 結論

經過檢修人員的認真細致的工作，2009年05月05日，機組順利啟機，滿負荷運行時，推力瓦工作面瓦溫溫度為65℃，非工作面瓦溫60℃，完全符合運行規程規定的要求。徹底消除了推力瓦非工作面瓦塊溫度異常升高的重大設備缺陷。

這次故障引起了對汽缸內部測溫溫度套管等附件的高度重視，加強基本建設期間的金屬監督，設備監造、焊接工藝等方面的技術要求。尤其是在制造廠內進行的附件焊接時要進行嚴格的監督，明確附件安裝工藝以及檢驗方法，責任要落實到人，以確保機組投產后能夠安全穩定運行。

參考文獻：

[1]汽輪機及輔助設備[M].北京：中國電力出版社.

[2]汽輪機設備檢修技術.山西省電力工業局編.

[3]徐貴平.推力瓦非工作面溫度異常升高的原因及處理方法[J].黑龍江科技信息，2013（34）.