某電廠汽輪機高負荷下軸向位移大原因分析及應對措施研究

李金峰

摘要：我廠汽輪機在機組帶高負荷時，軸向位移相較于低負荷時有較大的正常，對汽輪機安全運行造成很大安全隱患，本文根據我廠汽輪機的結構特點及運行方式進行分析，找到根本原因，并研究制定相應的措施。

關鍵詞： 軸向位移 ?SSS離合器

0、概述

某燃氣熱電廠配置2臺M70IF4型燃機組成的1套“二拖一”燃氣一蒸汽聯合循環發電供熱機組。每套“二拖一”機組包括2臺M70IF4型燃機組成的燃氣輪發電機組、2臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪發電機組。每臺蒸汽輪機為雙缸雙排汽汽輪機，高中壓缸和低壓缸之間通過SSS離合器連接，發電機位于高中壓缸側。自2018年6月份高低壓推力瓦溫持續升高，低壓電推側瓦溫最高至102℃，對應的回油溫度有相應趨勢，高低壓軸向位移最高分別至-0.77mm/-0.47mm。

1、設備簡介

我廠汽輪機實際布置圖如下：

我廠汽輪機有兩根轉子，高壓缸轉子和低壓缸轉子，通過3S離合器連接，兩個轉子分別安裝軸向位移監視測點，分別位于3瓦靠發電機側和7瓦靠盤車側，如下圖：

2、存在的問題

汽機有高低壓推力軸承，高中壓缸軸向推力大部分通過平衡活塞抵消，一部分由高中壓缸對稱分流抵消，剩余的由推力瓦承擔，低壓缸為對稱分流布置，軸向推力基本抵消。自2018年6月份高低壓推力瓦溫持續升高，低壓電推側瓦溫最高至102℃，對應的回油溫度有相應趨勢，高低壓軸向位移最高分別至-0.77mm/-0.47mm，并有以下主要特點：

1） 高低壓轉子同時向SSS離合器串動，或同時向SSS離合器兩側串動;軸向位移表現為同時向正或負變化;

2） 機組升負荷穩定后，高低軸向位移仍在一直緩慢向負向增大，相應側推力瓦溫逐漸升高;機組降負荷穩定后，高低壓軸向位移一直緩慢向正向增大，相應側推力瓦溫逐漸降低;

3） 高壓軸向位移升負荷時偏大，最高至-0.77mm;

3、原因分析

1）升負荷時高低壓轉子同時向SSS離合器串動，降負荷同時向SSS離合器兩側串動;軸向位移表現為同時向正或負變化。

分析：低壓缸為雙分流對稱布置，軸向推力基本平衡，正常情況下低壓轉子應處于微平衡點，在負荷升降時不應只往一個方向串動，出現此種情況有2方面可能：一是靠近發電機側的低壓缸分流量設計較大或運行期異常工況下導致發電機側低壓缸隔板汽封間隙變大，從而導致靠近發電機側低壓缸軸向推力大于另一側;二是SSS離合器內部嚙合部件異常，升負荷時SSS產生一個往其集中的扭力，導致高低轉子同時往SSS處串動，而降負荷時扭力瞬間減少，高低壓轉子又同時往SSS兩側串動;而高中壓轉子設計時升負荷串動方向即為低壓側;

2）機組升負荷穩定后，高低軸向位移仍在一直緩慢向負向增大，相應側推力瓦溫逐漸升高;機組降負荷穩定后，高低壓軸向位移一直緩慢向正向增大，相應側推力瓦溫逐漸降低。

分析：正常情況下機組的軸向推力在升降負荷完成后與抵消力會達到平衡，軸向位移會基本穩定在某個值，但我們的機組在升降負荷穩定后，軸向位移卻一直在惡化，可以理解為軸向推力也在不斷增加或者抵消力在不斷降低;影響機組軸向推力的主要因素為：蒸汽流量、真空、蒸汽參數、SSS扭合力，在升降負荷完成后，蒸汽流量基本穩定，即使有隔板汽封間隙變大、通流間隙變小等異常工況也不應是一個持續變化的過程，此因素可以排除，蒸汽參數也基本穩定可排除;分析運行參數，真空在升負荷后加之環境溫度影響確實在不斷惡化，會導致反動度不斷增大，會使機組的軸向推力也在不斷增加，但這不應是主因，去年同期及同類型機組有類似的真空變化趨勢;對于SSS扭合力，如果升負荷穩定后，SSS仍在其內部異常下導致有一個持續的扭合力，通俗來說是以SSS越扭越緊，而在降負荷后，由于SSS內部結構導致扭合力突減，越放越松，對高低壓轉子相當于有一個釋放作用，高低壓轉子向SSS兩側緩慢串動，會很好的解釋上述情況;對于軸向推力的抵消力，對稱分流布置及平衡活塞基本可排除，而對于推力瓦產生的抵消力，如果推力盤與推力瓦塊間的油壓、油量在負荷穩定后一直在變化，會影響抵消力。

3）高壓軸向位移升負荷時偏大

分析：經初步分析原因為3S離合器在傳遞大的力矩時，不能吸收軸向位移導致。

3S離合器在傳遞扭矩的同時，軸向存在著一定的摩擦或者卡澀的力，在一定力的范圍內使得SSS離合器軸向是互相鎖定的狀態，且汽輪機負荷越大SSS離合器傳遞的扭矩越大，這個軸向力越大，這種軸向互相鎖定程度越緊。又由于機組由中低負荷升到高負荷后，由于聯合循環機組的特性所致，汽溫在汽機負荷超過一定負荷時回逐漸減低，高壓轉子（輸出端轉子）的長度要逐漸變短。

以上原因造成了低壓側推力軸承持續往SSS離合器端移動，高壓側推力軸承持續往SSS離合器端移動，在移動值大于兩個推力瓦非工作面的間隙時，由于移動至均會超過兩個推力值之后，繼續造成推力瓦套產生彈性變形。當轉子繼續縮短到一定的程度，輸入端轉子和輸出端轉子在推力瓦上的力大到超過SSS離合器軸向摩擦或者卡澀的力，SSS離合器鎖定狀態發生了一個脫開，發生突變，由于脫開使輸入端轉子和輸出端轉子軸向的力得到了一定的釋放，轉子變短。

4、應對措施

1） 由于機組特性的原因，低負荷時汽溫能夠通過減溫水控制在額定的范圍內，高負荷時，由于燃機排氣溫度減低，導致及時減溫水關死，汽溫也會比額定低很多。

2） 機組漲負荷前，根據經驗值，應該將汽溫調整到目標負荷所對應的溫度，防止當汽機負荷超過240MW后，汽溫再發生較大的降低。

3） 機組升負荷過程中，保證主再熱汽溫穩定，嚴禁大量使用減溫水造成主再熱汽溫突降;

4） 機組高負荷穩定期間（汽機240MW以上），主再熱汽溫控制在額定值±2℃內，尤其避免出現汽溫持續降低甚至低負荷階段;

5） 機組降負荷過程保證汽溫平穩，如燃機要降負荷至150MW左右，降負荷前提前開啟減溫水，降負荷過程中逐漸控制減溫器后溫度在450℃以下，對投入IGV跟蹤的燃機，尤其注意降至目標負荷后的汽溫穩定。

6） 高負荷下汽機自密封期間，軸封母管定期疏水保證軸封母管端部不積水，低壓軸封溫度控制在150℃。

7） 當推力瓦溫度一個測點達到99℃，另一測點也明顯偏高（95℃），且仍有上升趨勢時，申請調度降低出力運行

8） 當汽機高中壓缸或低壓缸軸向位移任一測點超過0.75mm，其余測點有明顯相同變化趨勢時，須立即申請調度降負荷，直到軸向位移低至0.75mm以下。

5、結論

汽機在負荷升高的過程中，因汽溫變化等原因，造成高、低壓轉子有縮短趨勢;而同時，由于低壓轉子傳遞的負荷隨著機組負荷的升高而升高，造成SSS離合器處摩擦力增大，使得SSS離合器處高、低壓轉子不能相對自由軸向滑動，造成整根總長度有變短趨勢，產生拉應力，從而對推力瓦處形成推力，造成推力瓦座等產生變形。

參考文獻：

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