核電汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦頂軸油壓差大的原因分析

李永權(quán)，姜海濤

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

核電汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦頂軸油壓差大的原因分析

李永權(quán)，姜海濤

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116000)

介紹了某核電廠4號(hào)機(jī)組調(diào)試期間汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦頂軸壓差超標(biāo)問(wèn)題，根據(jù)大修工藝采取了應(yīng)急措施并分析了超標(biāo)原因。同時(shí)，針對(duì)機(jī)組季節(jié)性停機(jī)的特點(diǎn)，總結(jié)了汽輪發(fā)電機(jī)組關(guān)于潤(rùn)滑油、盤(pán)車(chē)、頂軸油啟停控制方案，對(duì)同類(lèi)型機(jī)組檢修、運(yùn)行操作具有指導(dǎo)作用。

發(fā)電機(jī)軸瓦；頂軸油壓差；溫差

1 事件背景

2016-05-26，某核電廠在4號(hào)機(jī)小修期間處理主、輔盤(pán)車(chē)故障后，啟動(dòng)頂軸油泵驗(yàn)證主、輔盤(pán)車(chē)功能，發(fā)現(xiàn)10號(hào)瓦頂軸油壓差達(dá)到7 MPa(廠家建議值≤5 MPa)，具體數(shù)值如表1所示。

為了確保機(jī)組按照計(jì)劃節(jié)點(diǎn)開(kāi)展168 h試運(yùn)行，采取“當(dāng)機(jī)組沖轉(zhuǎn)達(dá)到1 350 r/min時(shí)，不停運(yùn)頂軸油泵；當(dāng)機(jī)組達(dá)到1 500 r/min時(shí)，穩(wěn)定30 min后手動(dòng)停運(yùn)頂軸油泵”方案，機(jī)組滿(mǎn)功率時(shí)10號(hào)瓦溫差為11.4 ℃(汽端溫度103.6 ℃、勵(lì)端溫度92.2 ℃)，直至168 h試運(yùn)行完成。根據(jù)以往處理經(jīng)驗(yàn)，造成10號(hào)瓦頂軸油壓差及瓦溫差大的原因是軸瓦平行度超差。為了解決此問(wèn)題，在168 h試運(yùn)完成后，檢修人員重新進(jìn)行平行度調(diào)整。

2 軸瓦結(jié)構(gòu)介紹

2.1 軸瓦技術(shù)

該核電廠汽輪發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)有限公司引進(jìn)法國(guó)ALSTOM公司的大型四極半速同步發(fā)電機(jī)(P4/N4技術(shù))，軸承由3塊能在支點(diǎn)上自由傾斜的弧形巴氏合金可傾瓦塊組成。

眾所周知，汽輪發(fā)電機(jī)軸承的安裝及檢修質(zhì)量、軸瓦的運(yùn)行參數(shù)對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行，有著至關(guān)重要的作用。

2.2 軸瓦參數(shù)

發(fā)電機(jī)軸瓦為3塊可傾瓦結(jié)構(gòu)，直徑800 mm，寬度510 mm，正常工作時(shí)油量為880 L/min，比壓為2.85 MPa，摩擦損失288 kW。軸瓦背面支撐方式是球面形式，與汽輪機(jī)軸瓦支撐方式不同。

2.3 軸瓦設(shè)計(jì)原理

發(fā)電機(jī)軸瓦通過(guò)瓦室固定在發(fā)電機(jī)端蓋上，與發(fā)電機(jī)定子形成一個(gè)整體。這種結(jié)構(gòu)決定了軸瓦會(huì)隨著發(fā)電機(jī)端蓋變化而產(chǎn)生位移(如發(fā)電機(jī)充排氫過(guò)程，發(fā)電機(jī)兩側(cè)端蓋會(huì)受內(nèi)部氫壓變化而產(chǎn)生變形)，軸瓦受發(fā)電機(jī)端蓋影響比較大。

為了克服這個(gè)結(jié)構(gòu)缺陷，滿(mǎn)足核電機(jī)組各種運(yùn)行狀況的要求，廠家將軸瓦背部設(shè)計(jì)為球面形式，如圖1所示。

表1 發(fā)電機(jī)軸瓦頂軸油壓差 MPa

圖1 發(fā)電機(jī)軸瓦球面結(jié)構(gòu)

2.4 頂軸油設(shè)計(jì)

發(fā)電機(jī)頂軸油的具體設(shè)計(jì)如下：

(1) 可傾瓦支持軸承的主支撐瓦塊和側(cè)瓦塊設(shè)有頂軸油囊，其主支撐瓦塊在支點(diǎn)軸向方向設(shè)有4個(gè)頂軸油囊，側(cè)瓦塊在支點(diǎn)軸向方向設(shè)有2個(gè)頂軸油囊，上瓦塊沒(méi)有頂軸油囊；

(2) 主支撐瓦塊的4個(gè)頂軸油囊的頂軸油中間為單獨(dú)油管供油，兩側(cè)頂軸油囊共用1根頂軸油管，側(cè)瓦的2個(gè)頂軸油囊共用1根頂軸油管；

(3) 頂軸油系統(tǒng)通過(guò)軸承箱里的分油器分成多路頂軸油管路，其中3路頂軸油管路接到主支撐瓦塊，1路接到側(cè)瓦塊；

(4) 升速時(shí)，機(jī)組沖轉(zhuǎn)到1 350 r/min后，停頂軸油泵；降速時(shí)，轉(zhuǎn)速降至1 350 r/min后，自動(dòng)啟頂軸油泵；

(5) 頂起高度：下瓦為0.08—0.13 mm，側(cè)瓦為0.05—0.10 mm。

2.5 軸瓦頂軸壓力測(cè)量

按照發(fā)電機(jī)EOMM手冊(cè)要求，在發(fā)電機(jī)外置頂軸油分配器內(nèi)臨時(shí)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量機(jī)組啟動(dòng)前的頂軸油壓。根據(jù)廠家建議的標(biāo)準(zhǔn)，即9號(hào)瓦611YP(前)/631YP(后）壓差、10號(hào)瓦602YP(前)/622YP(后)壓差不大于5 MPa，當(dāng)9號(hào)瓦611YP(前)/631YP(后)壓差、10號(hào)瓦602YP(前)/622YP(后)壓差大于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，建議采取干預(yù)措施，防止啟機(jī)后軸瓦溫差偏大。

2.6 報(bào)警與打閘標(biāo)準(zhǔn)

(1) 瓦溫溫差達(dá)到20 ℃，報(bào)警。

(2) 瓦溫達(dá)到130 ℃，立即打閘。

(3) 瓦溫大于115 ℃，當(dāng)溫差達(dá)到20 ℃時(shí)，立即打閘。

(4) 瓦溫小于115 ℃，當(dāng)溫差達(dá)到25 ℃時(shí)，立即打閘。

3 工程調(diào)試期間軸瓦頂軸油壓差及瓦溫狀態(tài)

3.1 3號(hào)機(jī)組調(diào)試期間狀態(tài)

3號(hào)機(jī)組安裝后進(jìn)入調(diào)試期間，10號(hào)瓦發(fā)生頂軸壓差超標(biāo)，運(yùn)行后引起10號(hào)瓦溫差過(guò)大(見(jiàn)表2)。

表2 3號(hào)機(jī)組調(diào)試期間頂軸油壓差與溫差

3.2 4號(hào)機(jī)組調(diào)試期間狀態(tài)

4號(hào)機(jī)組在首次沖轉(zhuǎn)前發(fā)生頂軸油壓差過(guò)大現(xiàn)象 (見(jiàn)表 3)。

表3 4號(hào)機(jī)組首次轉(zhuǎn)頂軸油壓差及溫差

由表2,3數(shù)據(jù)可知，在3,4號(hào)機(jī)組工程安裝后的調(diào)試期間，多次出現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸瓦頂軸油壓差過(guò)大、啟機(jī)后軸瓦溫差偏大的問(wèn)題。

4 大修后軸瓦頂軸油壓差及瓦溫狀態(tài)

在機(jī)組大修期間，發(fā)電機(jī)軸瓦平行度調(diào)整合格后，頂軸油壓差都處于合格范圍；啟機(jī)后，軸瓦溫差比較小。為了便于分析原因，現(xiàn)采取某大修后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

如表4所示，大修后的9，10號(hào)瓦頂軸油壓差分為1.6 MPa，2.3 MPa，機(jī)組啟動(dòng)至滿(mǎn)功率，溫差分別為0.9 ℃，3.3 ℃。

在大修后，2號(hào)機(jī)組經(jīng)過(guò)3次啟停，在11月份冬季進(jìn)行了發(fā)電機(jī)充排氫工作，并在機(jī)組各個(gè)狀態(tài)下持續(xù)對(duì)發(fā)電機(jī)軸瓦頂軸油壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頂軸油壓差均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，直至2016年7月機(jī)組滿(mǎn)功率期間，發(fā)電機(jī)軸瓦溫差一直保持比較小的范圍，分別為1 ℃，0.8 ℃。

表4 2號(hào)機(jī)組9，10號(hào)瓦頂軸油壓差與溫差

5 大修后機(jī)組啟動(dòng)時(shí)瓦溫變化規(guī)律

機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)軸瓦溫度變化趨勢(shì)為：溫度逐漸升高，隨著機(jī)組功率的提高及運(yùn)行時(shí)間的增加，溫度及溫差逐漸減少并趨于穩(wěn)定。

從溫度曲線變化過(guò)程可知，隨著汽輪發(fā)電機(jī)組軸系的膨脹變化，發(fā)電機(jī)軸瓦也隨著產(chǎn)生緩慢的位移，但變化速度小于轉(zhuǎn)子膨脹速度。隨著功率及運(yùn)行時(shí)間增加，軸瓦位移調(diào)整滿(mǎn)足了設(shè)備狀態(tài)變化，平行度趨于前后平行，溫差也呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，最終穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi)。

6 故障原因分析及處理措施

通過(guò)分析軸瓦結(jié)構(gòu)原理以及工程安裝調(diào)試期間和商運(yùn)機(jī)組大修后數(shù)據(jù)比對(duì)分析，找出了產(chǎn)生頂軸油壓差超出標(biāo)準(zhǔn)的原因，并采取了相應(yīng)的處理措施。

6.1 安裝工藝控制不佳

由發(fā)電機(jī)軸瓦結(jié)構(gòu)可知，發(fā)電機(jī)采用端蓋式軸承。當(dāng)充排氣體時(shí)，端蓋會(huì)產(chǎn)生微小的變化，這時(shí)球面會(huì)隨著端蓋變化進(jìn)行微小的位移，以滿(mǎn)足這個(gè)變化;當(dāng)軸瓦緊力不足時(shí)，球面位移量變化大，超出調(diào)整范圍，引起平行度超出標(biāo)準(zhǔn)而無(wú)法恢復(fù)。

針對(duì)4號(hào)機(jī)組168 h試運(yùn)前10瓦頂軸油壓差達(dá)到7 MPa的問(wèn)題，在168 h試運(yùn)結(jié)束后，檢修人員進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦端蓋螺栓緊力存在不足，這也是10號(hào)瓦在工程2次調(diào)整后壓差出現(xiàn)2次嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)的原因。目前，已經(jīng)完成10號(hào)瓦平行度及軸瓦緊力調(diào)整工作，啟機(jī)后驗(yàn)證結(jié)果良好。

6.2 發(fā)電機(jī)充排氫速率控制不當(dāng)

發(fā)電機(jī)在充排氫過(guò)程中，如果速率因控制不好而過(guò)快時(shí)，會(huì)造成發(fā)電機(jī)端蓋發(fā)生較大變形，導(dǎo)致球面軸承位移不能及時(shí)補(bǔ)償端蓋變形；當(dāng)超出軸瓦壓蓋緊力時(shí)，就會(huì)使軸瓦平行度惡化。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋，發(fā)電機(jī)充排氫時(shí)速率控制在2 h以上，可避免軸瓦平行度變差現(xiàn)象。目前，運(yùn)行部門(mén)已將該程序升版，控制發(fā)電機(jī)充排氫速率，通過(guò)各機(jī)組多次充排氫驗(yàn)證，已經(jīng)滿(mǎn)足要求。

6.3 過(guò)早停運(yùn)行頂軸油泵

在機(jī)組停機(jī)后，當(dāng)軸系統(tǒng)溫度高于室溫時(shí)，如果此時(shí)停止頂軸油泵，軸系還在持續(xù)冷卻收縮中，軸與軸瓦金因沒(méi)有潤(rùn)滑油而產(chǎn)生干摩擦，就會(huì)拉動(dòng)軸瓦產(chǎn)生位移變化，使軸瓦變化超出球面補(bǔ)償范圍，導(dǎo)致平行度惡化。

為了避免以上問(wèn)題，采取了如下操作：(1) 在機(jī)組臨停期間，當(dāng)軸系溫度接近室溫時(shí)，停止頂軸油泵運(yùn)行；(2) 在2015年冬季停機(jī)期間，2，3號(hào)機(jī)組控制缸溫在50 ℃以下，停止頂軸油泵運(yùn)行，未出現(xiàn)頂軸油壓力差超出標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。

綜上所述，按照程序要求控制好檢修工藝、充排氫速率、頂軸油泵停運(yùn)時(shí)間，完全可以避免頂軸油壓差超出標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的軸瓦溫差過(guò)大的問(wèn)題。運(yùn)行機(jī)組按照規(guī)定執(zhí)行后，再未出現(xiàn)頂軸油壓差超標(biāo)現(xiàn)象，運(yùn)行中發(fā)電機(jī)軸瓦溫度及溫差都控制在很小的范圍內(nèi)，從而徹底解決了這個(gè)問(wèn)題。

1 中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)．火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)(第2卷：汽輪機(jī))[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

2 魏海峰．汽輪機(jī)可傾瓦軸承頂部間隙測(cè)量方法探討[J]．湖南電力，2016，36(6)：82-83.

3 史衛(wèi)剛．汽輪機(jī)可傾瓦的特點(diǎn)與檢修工藝[J]．河北電力技術(shù)，2003，22(12)：35-37.

2017-04-06。

李永權(quán)(1968—)，男，工程師，主要從事核電站維修領(lǐng)域的統(tǒng)一管理工作，email:liyongquan@cgnpc.com.cn。

姜海濤(1989—)，男，助理工程師，主要從事核電汽輪機(jī)設(shè)備的檢修工作。