某330MW汽輪機汽缸膨脹不暢分析及處理

張俊東

（山東魏橋鋁電有限公司，山東 濱州 256200）

汽輪機的脹差值直接反映轉子與汽缸的相對軸向位置變化及內部動靜間隙的變化，超限會引起高、低壓軸封、隔板軸封齒或葉片與隔板動靜摩擦，發生大軸彎曲等事故。為了滿足汽缸在幾個方向上的膨脹要求，應采用合理的滑銷系統布置，以保證汽輪機與發電機的轉子和定子部分與軸承座中心一致，使汽缸在加熱和冷卻時不發生大的應力和變形。下面對某330MW機組由于滑銷系統卡澀引起汽缸膨脹不暢問題進行分析處理。

1 設備狀況

汽機型式 C330/N350-17．75/0．981/540/540 亞臨界、單軸、雙缸、雙排汽、中間再熱可調抽汽凝汽式機組，其中高中壓缸通流部分采用反向布置，以減少軸向推力。高壓缸為雙層結構，設置有夾層加熱裝置，對汽缸和法蘭螺栓進行加熱和冷卻。高壓內缸的死點在高壓缸進汽側，其軸向膨脹方向與汽流方向一致。汽缸與軸承座之間設有立銷，每個軸承座下有2只縱銷，高中壓缸通過4對貓爪搭在軸承座上，并且由4對貓爪橫銷來保持前2個軸承座與高中壓缸的軸向距離。汽輪機靜子通過橫鍵相對于基礎絕對死點設置兩個絕對死點，1個在中壓軸承箱基架上#2軸承中心線前250mm處，另一個在低壓缸前段低壓進汽中心線前2445mm處。機組啟動時，高中壓缸、前軸承箱向前膨脹，低壓缸向后膨脹。為了減小軸承箱滑動時的摩擦阻力而使低壓缸順利膨脹，在前箱底部裝有自潤滑塊。轉子相對于靜子的相對死點在中低壓缸軸承箱內的推力軸承處，機組啟動時，轉子有此處向前后膨脹。

2 中壓缸啟動過程現象

中壓缸啟動軸振與瓦振共振及處理：在500r/min暖機時，汽輪機各軸振、瓦振均正常，但在升速至1100r/min暖機時，發現3Y：130μm，5Y：104μm，初步判斷可能為頂軸油泵運行對油膜形成干擾，造成軸振增大。于是升速至1200r/min暖機，并在投入頂軸油泵聯鎖的情況下，停運頂軸油泵，觀察各軸振均呈下降趨勢，最終3Y：121μm，5Y：68μm，并仍在緩慢下降中。暖機1．5小時后，缸脹分別由2．54/3．35mm降至2．49/3．35mm，高中壓缸溫分別上升至171/196℃，由于缸脹不增反降，于是升速至2300r/min進行暖機，此轉速下各軸振均較小，最高3Y：85μm。暖機1小時后，以100r/min的升速率定速3000r/min，但在升至2824r/min時，#3瓦振升高至47μm，同時1X、1Y 開始快速上升。于是降至2500r/min進行暖機，降速過程中1X由26μm升至100um、1Y由42μm升至180μm。此時，缸脹只有 2．50/3．36mm，在核對缸脹指示正常的情況下，決定實施人工干預，對前箱吊耳、滑銷系統的角銷等處進行敲打。缸脹極其緩慢的開始間斷性的膨脹，1X、1Y開始顯著下降，于是每次增加轉速50r暖機，待缸脹脹出一點后，1X、1Y下降至穩定數值后，再次增加轉速50r暖機，如此反復進行，直到提升轉速至2850r/min后，出現多次升速不成功的問題。后經分析發現：1X、1Y振動變化趨勢與#3瓦瓦振截然相反，每次升速時，#3瓦瓦振快速下降后，1X、1Y軸振都會快速升高，就地檢查發現，盤車電機手輪處振動較大，緩慢旋轉手輪1/4圈時，手輪振動急劇增大，同時1X、1Y軸振急劇增大，#3瓦瓦振快速下降。于是，將手輪恢復原位置，振動恢復正常。延長暖機后，將升速率改為50r/min，每次增加轉速10r,待#3瓦瓦振、1X、1Y軸振平穩后，重新增加轉速，直至定速3000r/min，定速后進行了長達15h的暖機。

3 合缸啟動過程運行優化及現場處理

經過長時間中壓缸啟動暖機后，高中壓缸溫度分別升至303/275℃，缸脹卻穩定在3．07/3．42mm。此時，有兩個選擇，要么鍋爐點火后切換冷再汽源然后切缸，要么中壓缸打閘后，進行高中壓缸合缸啟動。經過對比，為了增加高壓內缸向外缸和法蘭的傳熱量，同時保證機組不發生超速、進水等異常，最終決定進行高中壓缸聯合啟動。

3.1 運行調整

高中壓缸聯合啟動時，除保證蒸汽過熱度外，還比缸溫高100℃，以防止在500r/min暖機時發生缸溫下降過多的異常情況。但在沖轉過程中，轉速升至956r/min時，3Y軸振由81μm升至136μm，5Y軸振由18μm升至107um且上升較快，為保證安全，將轉速降至600r/min進行暖機，將高壓缸夾層加熱聯箱壓力提至3．5～4MPa之間（聯箱安全門動作壓力4．7MPa），并派專人進行高壓缸夾層加熱聯箱壓力調整，維持穩定。

3.2 現場處理

汽缸膨脹經過長時間暖機后無上升趨勢，聯系檢修人員對前箱吊耳、滑銷系統的角銷等處的敲打。高壓缸缸脹受檢修人員的敲打影響較為明顯，基本每次敲打，缸脹都可以脹出 0．1～0．2mm, 3Y、5Y 軸振隨之下降至 122μm、93μm，在缸脹至 3．45/3．77mm 時，以100r/min的升速率直接升至1200r/min停頂軸油泵，此時，3Y：142μm保持穩定，其余軸振瓦振均穩定。于是以400r/min的升速率過臨界，除在臨界轉速下#3瓦瓦振81um外，其余軸振瓦振均在報警數值以下。在2300r/min暖機結束后，在2500r/min、2800r/min均做短暫停留，在查看無異常后，以50r/min的升速率升至3000r/min。最終在缸溫340℃、高壓缸法蘭溫度294℃、缸脹4．24mm時，實現前箱的順利膨脹（膨脹量較其它機組仍然偏小）。

4 汽缸膨脹不暢原因分析及處理

4.1 膨脹不暢原因分析

本機組前軸承箱在高中壓缸的推力作用下，在臺板上前后滑動。軸承座底部采用潤滑塊進行潤滑，軸承做因銹蝕或灰塵等原因造成滑銷系統均存在一定程度上的卡澀現象，導致汽缸膨脹和收縮受阻，具體有兩方面原因。

（1）本機軸封系統采用自密封形式，高壓缸前汽封間隙過大，軸封漏汽大，造成軸承座處的工作環境惡劣，溫度高，軸承座與臺板滑動面常有積水。縱銷與軸承滑動面特別容易銹蝕，發生卡澀。現場雖加風機吹掃，但無法從根本上解決軸封漏汽積水對滑銷系統的影響。

（2）滑動面潤滑裝置需要在運行中定期加高溫潤滑脂，高溫潤滑脂在運行一段時間后干結引起油槽堵塞，加之運行中一些灰塵進入了油槽，最終導致了汽缸膨脹和收縮受阻。

4.2 處理措施

（1）機組啟動前，查看了以往啟動時的振動數據，掌握振動大的區域，合理調整了暖機轉速。

（2）根據機組特點，在脹差不超標的情況下，盡可能的提高法蘭溫度，增大汽缸法蘭的膨脹量；同時，在中壓缸啟動時，合理使用夾層加熱裝置進行倒暖，可以增大高壓缸夾層的蒸汽流通量，提高對流換熱量，盡快提高汽缸法蘭溫度，后續根據汽缸法蘭溫度上升情況，逐步調整夾層加熱裝置進汽門開度，在定速后，即使缸溫穩定，也應維持運行一段時間，依靠內缸對外缸的輻射傳熱進行升溫膨脹；在高中壓缸聯合啟動時，應盡可能早的投入夾層加熱裝置，并盡量增大進汽量，增大蒸汽與汽缸法蘭的對流換熱量，進一步提高汽缸法蘭溫度，在法蘭溫度及缸溫接近夾層進汽溫度且法蘭溫度上升速度變慢的情況下，方可考慮解列高壓缸夾層加熱。

（3）因盤車處存在共振現象，導致軸振與瓦振相互影響，應設法避開共振轉速區域，若共振轉速接近3000r/min時，應設法增加汽缸膨脹量，延長暖機時間，并采取小幅度提升轉速的方法進行提升轉速，防止出現大幅提升轉速后，對軸系擾動較大的情況發生。

（4）關于人工干預措施方面。原則上盡量不使用人工敲打前箱吊耳、滑銷系統的角銷等處的方法，汽輪機屬于精密設備，人工敲打的時候，有一定的破壞性，有時敲打力度過大，可能造成飛環動作。本次在機組啟動過程中，由于前箱膨脹存在卡澀情況，在長時間暖機效果不明顯的情況下，被迫使用人工敲打的方法，正常情況下，還是應該利用檢修機會，加強設備治理。

（5）在汽輪機轉子發生軸系彈性彎曲，需要進行盤車直軸或者長時間的暖機直軸，不宜強行升速，每次升速前，應在保證各軸振、瓦振均平穩的情況下，方可繼續升速，且升速率不應超過設備說明書中要求的升速率，在升速中發現軸振、瓦振異常升高時，應及時避開在軸振大的轉速區停留。

5 結語

機組并網帶入額定負荷后，汽缸膨脹值最大為8．98/9．31mm,與其他運行機組相對比仍偏差較多，正常運行機組汽缸膨脹值一般在20mm以上，說明本機組雖經過調整和處理并未使缸脹完全脹出。后經調停后，對汽輪機前箱進行抽檢發現，前箱臺板銹蝕非常嚴重，經過除銹及對前汽封間隙重新調整后，汽輪機再次啟動后，缸脹達到了22mm，各軸承振動均在設計范圍以內。汽輪機組的開機是一項非常嚴謹的操作，要求按照設備說明書、運行規程、二十五項重點要求的相關規定嚴格執行，切莫抱著僥幸的心理盲目操作，同時必須加強設備保養、治理力度，確保機組的正常啟停、安全經濟運行。