255 MW燃氣蒸汽聯合循環機組軸封間隙測量及故障處理

桑泉巍, 劉振祥, 田新啟, 任 偉

(1. 東南大學 火電機組振動國家工程研究中心， 南京 210096； 2. 華電句容電廠， 江蘇鎮江 212000)

某電廠2臺255 MW燃氣-蒸汽機組由2臺E級燃氣-蒸汽聯合循環機組組成，采用一拖一分軸布置，配2臺余熱鍋爐和2臺抽凝式汽輪機。2號汽輪機型號為LC50/N80-7.50/1.30/0.28，采用單缸單軸布置，汽輪機轉子和發電機剛性連接。工作人員對2號汽輪機初次開機檢查時發現，低壓缸和轉子上部的軸封間隙由原來預留的正常值減少到了50 μm，導致機組無法正常啟動。筆者分靜態無外界擾動、凝汽器灌水和抽真空三種試驗工況，對低壓缸相對于2號軸承座標高的相對變化進行了連續監測，通過對試驗結果的研究分析，得出了引起故障的具體原因，提出了相應的處理措施。

1 軸封間隙過小原因分析

暫不考慮運行中諸如蒸汽溫度變化、轉子振動等因素的影響，引起軸封間隙過小的原因主要有3個：(1)安裝人員在安裝過程中沒有達到相應的安裝標準，預留的間隙量不夠，從而導致間隙過小；(2)高低壓缸上外缸剛度不足，在抽真空時，由于大氣壓力對外缸作用力較大，導致外缸變形，使低壓缸上軸封間隙變得過小；(3)2號汽輪機機組存在一定的基礎沉降，且低壓缸存在橫向沉降不均的現象。

經排查，在整個安裝過程中，相關安裝部門嚴格按照規章和標準進行安裝，預留量設置合理，故排除人為因素的影響。由于高低壓缸剛度和基礎沉降不均都對間隙變小有影響，筆者通過渦流傳感器進行標高測試來測量軸封間隙，并對測試結果進行分析。

2 軸封間隙測量原理及測量方法

2.1 測量原理

標高專用測量裝置的分辨率可達2 μm，綜合測試精度達30 μm[1],其可靠性在故障的診斷和處理中也已經得到了證實。標高測量裝置見圖1，左右兩個測量鋼杯均由不銹鋼制成，鋼杯中置有適量的液體(一般為黏度較小的潔凈流體，例如變壓器油)，中間由導管連通，安裝在所要測試的測點位置上。渦流傳感器線圈中通以較高頻率的交流電,當線圈靠近被測的鋼制浮子時,在鋼制浮子內部將產生感應的電渦流,其大小與浮子的電導率σ、磁導率μ、厚度d、線圈外徑r、激勵電流I、角頻率ω及線圈到鋼制浮子之間的距離等參數有關，當電渦流傳感器中的σ、μ、d、r、I、ω恒定不變時,線圈阻抗Z與鋼制浮子之間距離呈單值函數關系[2]。鋼杯中流體液面發生變化時，即距離變化時，Z也隨著變化，將阻抗的變化信號經處理之后轉換為電壓信號，再經前置器、信號處理器和信號采集器，最終傳輸到計算機[3]。

1—液體；2—鋼制浮子；3—固定螺帽；4—電渦流傳感器。圖1 標高測試裝置示意圖

兩測點位置的標高相對變化量Δx由下式計算(公式中測點1和測點2對安裝的位置無要求)：

(1)

式中：U1、U2為任意一組兩測點初始時刻對應的渦流傳感器間隙電壓，V；U11、U22為某時刻兩測點分別對應的電壓，V；S為渦流傳感器靈敏度，V/μm，S取4×10-3V/μm。

2.2 測量方法

針對2號汽輪機采用的單缸單軸結構特點，試驗測點的布置方案俯視圖見圖2。

圖2 測點位置布置圖

測點安裝位置有6個，分別為2號軸承座東側、低壓缸東側臺板上部、2號軸承座頂部、低壓軸封端上部、2號軸承座西側、低壓缸西側臺板上部，對應測點編號測點1到測點6，對應渦流傳感器編號CH1到CH6。6個測量鋼杯分別安裝在圖2中編號1到6的各測點上，各組測點由導管相連，將3組傳感器的輸出信號即間隙電壓值調整到合適的值，由固定螺帽進行固定，待3組測量鋼杯液面平衡及傳感器進行零點調整后，開始進行正式測試。

3 數據處理及分析

3.1 數據處理

標高測試共分3部分進行，在無外界擾動的前提下機組靜態72 h進行的測試(見圖3)、在凝汽器灌水條件下24 h進行的測試(見圖4)及在凝汽器抽真空條件下24 h進行的測試(見圖5)。

圖3 在靜態無擾動條件下標高相對變化圖

圖4 在凝汽器灌水條件下標高相對變化圖

圖5 在抽真空條件下標高相對變化圖

第一組測點為CH1、CH2；第二組測點為CH3、CH4；第三組測點為CH5、CH6。

表1為整個測試過程中各個電渦流傳感器部分間隙電壓(因數據較多，故只列舉了關鍵點的數據)。

表1 各測點渦流傳感器間隙電壓 V

3.2 結果分析

由圖3可得：對于2號軸承座標高相對變化量都呈下降趨勢，總體變化不大，說明機組整體上存在著一定緩慢下沉的現象。

由圖4第一組和第三組曲線可以發現：在凝汽器循環水泵開啟時，低壓缸東西側測點相對于2號軸承座標高出現小范圍下沉和上升的突變現象，隨后在支撐彈簧的作用下趨于穩定。因此，在凝汽器灌水時，低壓缸相對于2號軸承座標高變化影響較小，但低壓缸東西側存在橫向沉降不均的現象。

由圖5標高變化的第二組曲線分析得：抽真空對低壓缸軸封端上部測點4相對于2號軸承座標高變化的影響相對較小，說明抽真空對低壓軸封端上部間隙的影響較小，即高低壓缸不存在剛度不足的問題。由圖5第三組曲線可以看出：測點6相對于2號軸承座標高變化影響較大，抽真空結束時數據(第七天09：01:00)和抽真空之前數據(第六天09：02:00)相比，變化最大，約190 μm。

綜上分析可得：高低壓缸不存在剛度不足的問題，機組基礎沉降在110 μm左右，在沉降過程中機組還存在著較大的波動，且低壓缸還存在著橫向沉降不均現象，不利于整個機組的順利開機和安全運行。

4 處理措施

調整2號軸承座標高，將低壓軸封預留的上部間隙在允許的范圍內盡量大一些，以減少整個機組因基礎下沉和沉降不均所帶來不利的影響，保證機組在順利開機之后的運行安全。經分析研究后決定，將低壓缸軸封上部間隙調整到600～650 μm，低壓缸軸封下部間隙調整到100～150 μm。調整2號軸承座標高的措施主要有2個：(1)揭缸，對整個機組的標高進行重新標定；(2)調整2號軸承座軸瓦墊片[4]。由于揭缸花費的時間較長，考慮到工期較緊，所以采用調整軸瓦墊片來調整2號軸承座標高的措施，并繼續監測低壓缸軸封端的間隙變化，若軸瓦墊片調整到最大限度后，低壓缸軸封端的上部間隙仍舊過小，則采取揭缸措施。

5 結語

該機組在安裝之后出現了低壓缸軸封上部間隙過小的現象，針對此問題，提出以下建議：

(1) 整個機組選址應建在硬質的持力層上，且較早完成大部件的安裝，盡可能加上對基礎下沉影響較大的荷載，例如凝汽器灌水、抽真空等荷載，使整個機組能夠較早地完成大幅度大波動的沉降，以保證機組在后續的正常開機和安全運行。

(2) 在安裝時，調整軸封間隙應考慮到基礎下沉對整個標高的影響，在調整前應詳細咨詢土建部門機組有可能出現的最大基礎沉降量，在允許范圍內，預留出一定的軸封間隙。

(3) 持續監測低壓軸封端的間隙變化，若低壓缸上部軸封間隙變得過小，則需要重新對間隙調整后，再確定是否開機。