孫海榮

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

上汽1 000 MW汽輪機(jī)組缸漲問(wèn)題分析與解決措施

孫海榮

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

上電漕涇發(fā)電有限公司的超超臨界1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組在投運(yùn)后的幾年中發(fā)現(xiàn)缸漲值在慢慢變小，為了提高機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，切實(shí)排除安全隱患，通過(guò)對(duì)機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)、推拉裝置等檢修中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析。論證了影響汽缸膨脹的因素，解決了汽缸膨脹不暢的問(wèn)題。

滑銷(xiāo)系統(tǒng)；缸脹；推拉裝置

國(guó)電投上電漕涇發(fā)電有限公司的超超臨界1000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組是國(guó)內(nèi)目前最大容量的火電機(jī)組。其中1號(hào)機(jī)組自2010年12月投運(yùn)。至2015年8月在機(jī)組運(yùn)行的幾年中發(fā)現(xiàn)缸漲值在慢慢變小，由最初的向電機(jī)側(cè)15 mm變化至11 mm左右。為了更好的提高機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，切實(shí)排除安全隱患，本文在對(duì)機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)、推拉裝置等檢修中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析。論證了影響汽缸膨脹的因素，解決了汽缸膨脹不暢的問(wèn)題。

1 機(jī)組滑銷(xiāo)、推拉系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)的作用

汽輪機(jī)各部件在啟動(dòng)加熱和停機(jī)冷卻過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生膨脹或收縮，如果這些部件得不到自由膨脹或收縮，不僅在這些部件內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，而且還會(huì)改變動(dòng)、靜部件之間的對(duì)中狀態(tài)和軸向間隙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起動(dòng)靜部件碰磨，釀成更為嚴(yán)重的機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)。因此，汽輪機(jī)必須設(shè)置滑銷(xiāo)系統(tǒng)，合理地組織各部件的膨脹方向，避免破壞正常的動(dòng)、靜對(duì)中狀態(tài)和間隙?；N(xiāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：保證汽輪機(jī)在啟動(dòng)加熱和停機(jī)冷卻時(shí)，其動(dòng)、靜部件能沿著設(shè)定的方向順暢地膨脹與收縮?；N(xiāo)系統(tǒng)如圖1所示。

上汽1 000 MW機(jī)組的2號(hào)軸承座位于高壓缸和中壓缸之間，是整臺(tái)機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)的死點(diǎn)。在2號(hào)軸承座內(nèi)裝有徑向推力聯(lián)合軸承。因此，整個(gè)軸系是以此為死點(diǎn)向兩頭膨脹；而高壓缸和中壓缸的貓爪橫銷(xiāo)在2號(hào)軸承座處也是固定的。因此，高壓外缸受熱后也是以2號(hào)軸承座為死點(diǎn)向機(jī)頭方向膨脹。而中壓外缸與二只低壓內(nèi)缸向電端膨脹。因此，這樣的滑銷(xiāo)系統(tǒng)在運(yùn)行中通流部分動(dòng)靜之間的差脹比較小，有利于機(jī)組快速啟動(dòng)及變負(fù)荷適應(yīng)能力。

1.2 機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）汽輪機(jī)由汽缸導(dǎo)向裝置軸向和徑向固定

汽輪機(jī)的高壓、中壓缸汽缸徑向?qū)颍ㄖ行膶?dǎo)向）是由對(duì)中鍵來(lái)徑向定位的（立銷(xiāo)）。對(duì)中鍵裝于軸承座、底板或者汽缸貓爪中的導(dǎo)向螺栓中。如圖2所示。

圖1 1000MW汽輪機(jī)組滑銷(xiāo)系統(tǒng)示意

（2）高壓、中壓缸的軸向?qū)?/p>

高壓、中壓缸的軸向?qū)蛴啥鄠€(gè)零件組成的配合鍵，包含了滑塊、金屬板（適配件）和鍵本體。如圖3所示。

（3）低壓缸中心導(dǎo)向

位于低壓外缸與內(nèi)缸間通過(guò)低壓缸的幾個(gè)軸承座基礎(chǔ)與低壓內(nèi)缸相連，保證低壓內(nèi)缸與轉(zhuǎn)子中心一致。如圖4所示。

（4）汽缸貓爪滑銷(xiāo)

高壓、中壓缸貓爪與低壓內(nèi)缸貓爪都設(shè)有滑塊，如圖5所示。

1.3 推拉裝置的作用

上汽1 000 MW汽輪機(jī)組汽缸向電機(jī)側(cè)的熱膨脹主要由推拉裝置來(lái)進(jìn)行傳遞，中壓外缸通過(guò)推桿與1號(hào)低壓缸內(nèi)缸相連接（見(jiàn)圖6）。

圖2 高壓、中壓缸徑向?qū)蜓b配示意圖

圖3 高壓、中壓軸向?qū)蜓b配示意圖

圖4 低壓缸中心導(dǎo)向裝置

圖5 貓爪滑塊示意圖

低壓內(nèi)、外缸之間采用柔性連接，進(jìn)汽口處采用一組波形管，外缸與低壓軸封亦采用波形管連接，使外缸和內(nèi)缸的膨脹或收縮相互不產(chǎn)生影響。整個(gè)低壓內(nèi)缸通過(guò)貓爪（見(jiàn)圖7）擱在從軸承座兩側(cè)伸出的貓爪座上，并通過(guò)推拉桿與前、后中壓缸或低壓內(nèi)缸相連。推垃桿傳遞中壓外缸和低壓內(nèi)缸的軸向膨脹或收縮。

根據(jù)以上滑銷(xiāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，檢查分析的主攻方向應(yīng)為汽缸的貓爪滑銷(xiāo)，汽缸立銷(xiāo)、推拉裝置等的檢查。

圖6 中壓-低壓1號(hào)缸推拉裝置

2 缸漲問(wèn)題的原因分析查找

由于1號(hào)機(jī)組的差脹指示器在低壓2號(hào)缸的后端，也就是汽缸向電機(jī)側(cè)的膨脹變小，所以本次檢查主要是從中壓缸、低壓1、2號(hào)缸向電機(jī)側(cè)的膨脹找問(wèn)題。

（1）滑銷(xiāo)有毛刺，銹蝕、變形造成汽缸滑動(dòng)受阻

中壓缸的立銷(xiāo)與中壓外缸相連，承受溫度較高，且由于立銷(xiāo)與銷(xiāo)槽的配合間隙要求在0.02 mm以下，在長(zhǎng)期負(fù)荷大變化運(yùn)行狀態(tài)下及開(kāi)停機(jī)時(shí)很容易發(fā)生拉毛卡澀現(xiàn)象。

由于中壓缸立銷(xiāo)配合間隙過(guò)小，且所在位置開(kāi)檔較小，對(duì)拔出立銷(xiāo)增加了很大難度。檢修前期在立銷(xiāo)處噴大量松銹劑，待溫度慢慢至常溫后。利用碰缸時(shí)頂汽缸的位置一端裝了50 t的液壓千斤頂，另一端架百分表監(jiān)視，水平方向進(jìn)行慢慢頂壓。汽缸朝爐側(cè)頂足后，窗側(cè)立銷(xiāo)松動(dòng)，然后就可以拔出。爐側(cè)立銷(xiāo)可以將汽缸頂回窗側(cè)后拔出。

拔出立銷(xiāo)檢查后中壓調(diào)端爐側(cè)立銷(xiāo)一側(cè)有一張0.15 mm的不銹鋼片，估計(jì)是安裝或檢修時(shí)間隙偏大后加墊的。雖然本次檢查中未發(fā)現(xiàn)立銷(xiāo)有拉毛卡澀現(xiàn)象，但是夾墊不銹鋼片的不規(guī)范工藝在以后的檢修中應(yīng)該引起重視。

圖7 低壓內(nèi)缸貓爪

（2）貓爪滑銷(xiāo)卡澀

高中壓缸的貓爪滑銷(xiāo)設(shè)計(jì)為滑動(dòng)面是帶有石墨粒的自潤(rùn)滑滑塊，低壓缸則沒(méi)有自潤(rùn)滑作用的銅質(zhì)滑塊。檢修中將各汽缸貓爪用千斤頂抬高逐一取出滑塊檢查，其中中壓缸貓爪滑塊一側(cè)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)面裝反的，應(yīng)該是向上為有石墨粒的，但是拆出來(lái)時(shí)石墨粒向下。另一側(cè)滑動(dòng)面接觸痕跡不均勻。原因可能是汽缸負(fù)荷分配不是很均勻，貓爪承力不好。在碰缸結(jié)束后重新做負(fù)荷分配。兩個(gè)低壓缸的貓爪滑塊檢查沒(méi)有機(jī)械損傷，無(wú)變形。但是部分滑塊有修磨痕跡，應(yīng)該是前幾次檢修中對(duì)接觸面進(jìn)行過(guò)修拂。本次檢修低壓內(nèi)缸碰缸結(jié)束后也重新做負(fù)荷分配。

（3）汽缸軸向移動(dòng)試驗(yàn)

機(jī)組軸系在各聯(lián)軸器拆開(kāi)后，將兩低壓轉(zhuǎn)子調(diào)出，做汽缸的軸向移動(dòng)試驗(yàn)，主要是驗(yàn)證兩個(gè)低壓內(nèi)缸在向電機(jī)側(cè)移動(dòng)時(shí)是否有管道牽扯住。低壓內(nèi)缸下半分別設(shè)有5抽到8抽抽汽口到低壓加熱器，這些抽汽口設(shè)計(jì)上都有膨脹節(jié)，但是如果安裝時(shí)對(duì)口不好造成管道憋勁也有可能。因此決定做移動(dòng)試驗(yàn)。在低壓缸中心導(dǎo)向處分別用100t的液壓千斤頂向電機(jī)側(cè)頂壓，在內(nèi)缸兩側(cè)架百分表監(jiān)視。兩個(gè)低壓內(nèi)缸都能向電機(jī)側(cè)移動(dòng)20mm。液壓千斤頂在受力過(guò)程中并無(wú)受阻卡澀，管道也無(wú)異聲發(fā)出。因此可以判定兩個(gè)低壓內(nèi)缸可以正常向電機(jī)側(cè)熱脹。

（4）對(duì)推拉裝置進(jìn)行試驗(yàn)

由于中壓缸的向電機(jī)側(cè)膨脹通過(guò)推拉桿向1號(hào)低壓內(nèi)缸傳遞，然后加上低壓1號(hào)內(nèi)缸本身的熱脹量再通過(guò)兩個(gè)低壓缸之間的推拉桿向低壓2號(hào)缸傳遞，最后缸脹指示器接受的是一個(gè)中壓缸加兩個(gè)低壓內(nèi)缸的累計(jì)熱脹量。如果上述低壓內(nèi)缸單獨(dú)位移沒(méi)有問(wèn)題，那么3個(gè)汽缸通過(guò)推拉裝置傳遞熱脹的過(guò)程中是否有問(wèn)題，因此必須在碰缸結(jié)束連接好推拉桿后進(jìn)行試驗(yàn)。

1）向電機(jī)側(cè)的試驗(yàn)

具體過(guò)程為在低壓缸碰缸結(jié)束后，連接好推拉裝置。在貓爪軸向定位的位置用內(nèi)徑千分尺或內(nèi)徑量表測(cè)出原始間距，以便在試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)時(shí)作為汽缸K值的參考值。分別在1號(hào)內(nèi)缸的中心導(dǎo)向桿處（調(diào)端、電端）、低壓缸間的推拉桿、低壓2號(hào)缸的中心導(dǎo)向桿架八個(gè)百分表，分別監(jiān)視各自的位移量變化。然后在低壓1號(hào)缸的調(diào)端中心導(dǎo)向處用200 t的液壓千斤頂向電機(jī)側(cè)頂1號(hào)內(nèi)缸，試驗(yàn)的位移量為5 mm，最后記錄數(shù)據(jù)可以看到低壓1號(hào)傳遞到低壓2號(hào)內(nèi)缸，5 mm的位移量到2號(hào)內(nèi)缸實(shí)際有0.60 mm的差值。見(jiàn)圖8。

2）向調(diào)閥端的試驗(yàn)

試驗(yàn)前提條件同上，百分表位置一樣，將液壓千斤頂移到低壓2號(hào)缸的電機(jī)側(cè)中心導(dǎo)向處，將二號(hào)內(nèi)缸向調(diào)閥端頂，移動(dòng)量也為5 mm，觀(guān)察記錄數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)缸的位移差為0.33 mm。見(jiàn)圖9。

3）推拉桿試驗(yàn)位移差值的原因分析

圖8 推拉桿向電機(jī)側(cè)試驗(yàn)百分表位置及記錄數(shù)據(jù)

圖9 推拉桿向調(diào)閥側(cè)試驗(yàn)百分表位置及記錄數(shù)據(jù)

原因1 由于試驗(yàn)中用的是液壓千斤頂，而且兩個(gè)低壓內(nèi)缸的自重超過(guò)百?lài)崳虼朔徘Ы镯斠粋?cè)的百分表測(cè)量數(shù)值可能有一小部分的變形量；原因2 推拉桿的并帽螺栓的墊片可能中間有間隙，可參見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙中件號(hào)208的螺帽墊片。墊片在緊固后未能完全靠在平面上，而是外圈與凸肩碰死，實(shí)際平面大部分與凹臺(tái)有間隙。此種墊片可能在安裝時(shí)未用制造廠(chǎng)提供的墊片。見(jiàn)圖10。根據(jù)設(shè)計(jì)圖號(hào)更換墊片重新緊固。

圖10 推拉桿設(shè)計(jì)圖

3 效果與建議

（1）效果

機(jī)組啟動(dòng)后，汽缸向電機(jī)側(cè)最大膨脹量為16.10 mm。已經(jīng)達(dá)到機(jī)組安裝后的起始值。而且在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，缸脹在機(jī)組汽溫汽壓變化時(shí)變化均勻，沒(méi)有突變值發(fā)生。說(shuō)明滑銷(xiāo)系統(tǒng)工作是正常的，此次檢查基本達(dá)到了預(yù)想效果。

（2）建議

因?yàn)橹圃鞆S(chǎng)的設(shè)計(jì)缸脹值在20 mm左右，雖然未有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，每臺(tái)機(jī)組會(huì)有差別，但在本次檢修結(jié)束后還是要注意觀(guān)察缸脹值得變化。根據(jù)兩臺(tái)機(jī)組幾次檢修在兩個(gè)低壓缸解體后測(cè)量通流間隙時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)側(cè)K值較設(shè)計(jì)值都有3～4 mm的縮減量，是汽缸部件變形還是低壓缸未能冷縮回原位需要以后繼續(xù)分析。

Problem Analysis and Countermeasures of SAIC 1 000 MW Steam Turbine Cylinder Expansion

Sun Hairong
Shanghai Caohejing Power Generation Co.,Ltd

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10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.009