孟禮,朱君,趙超

(江蘇闞山發(fā)電有限公司,江蘇 徐州 221134)

某600 MW電廠給水泵汽輪機(jī)選用杭州汽輪機(jī)廠引進(jìn)西門(mén)子技術(shù)設(shè)計(jì)制造的NK63/71/0型汽輪機(jī),其型式為單缸、軸流、反動(dòng)式。當(dāng)給水泵汽輪機(jī)雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),能驅(qū)動(dòng)每臺(tái)鍋爐給水泵供給鍋爐50%BMCR(鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)的給水量。給水泵汽輪機(jī)汽源有三路：正常工作時(shí)汽源為汽輪機(jī)四抽蒸汽,備用汽源為冷段再熱蒸汽,啟動(dòng)調(diào)試汽源為輔助蒸汽,汽源切換是由自動(dòng)控制系統(tǒng)完成。汽輪機(jī)與給水泵連接形式為撓性連接。汽輪機(jī)前貓爪架在前軸承箱上,汽缸受熱膨脹時(shí)貓爪推動(dòng)前軸承箱一起向前移動(dòng)[1]。轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)行調(diào)速范圍為2 800～5 750 r/min,從前箱看轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉＝o水泵汽輪機(jī)有2個(gè)徑向軸承,采用軸振信號(hào)監(jiān)測(cè)機(jī)組振動(dòng),每個(gè)軸承上半部相互垂直的方向布置了X方向與Y方向振動(dòng)測(cè)點(diǎn),振動(dòng)值為60 μm時(shí)報(bào)警,85 μm時(shí)跳閘[2]。

1 給水泵汽輪機(jī)異常工況

2022年5月23日、5月31日和6月3日,2號(hào)機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行期間,負(fù)荷260 MW,2A給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 400～3 500 r/min時(shí),驅(qū)動(dòng)端2X軸振出現(xiàn)爬升,最大時(shí)振動(dòng)達(dá)80 μm。隨著深度調(diào)峰結(jié)束,軸振緩慢下降至正常值。

2A給水泵汽輪機(jī)在負(fù)荷250～310 MW、轉(zhuǎn)速3 400～4 000 r/min區(qū)間時(shí),相較于高負(fù)荷工況會(huì)出現(xiàn)1、2號(hào)軸承軸振增大的情況。結(jié)合電科院頻譜檢測(cè)分析主要振動(dòng)分量為一倍頻,初步判斷軸振增大是動(dòng)靜部分間隙發(fā)生碰磨引起。碰磨引起的振動(dòng)故障具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性,振動(dòng)可能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)波動(dòng),也有可能突發(fā),會(huì)引發(fā)軸振持續(xù)爬升超報(bào)警值的情況。待2A給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)該低速區(qū)間時(shí),軸振值將會(huì)降低并恢復(fù)到正常范圍內(nèi),不影響2A給水泵汽輪機(jī)帶高負(fù)荷運(yùn)行。

由于2A給水泵汽輪機(jī)6年未進(jìn)行過(guò)大修,因此利用2022年10月機(jī)組A修機(jī)會(huì)進(jìn)行解體檢修,轉(zhuǎn)子、前軸封體外送,修復(fù)汽封齒,調(diào)整汽封間隙合格,并做高速動(dòng)平衡試驗(yàn),消除轉(zhuǎn)子不平衡量。

2023年3月5日,2號(hào)機(jī)組深度調(diào)峰降負(fù)荷過(guò)程中,負(fù)荷降至300 MW,2A給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在3 825 r/min時(shí),2A給水泵汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)端2X振動(dòng)從13.8 μm緩慢上升,在轉(zhuǎn)速為3 411 r/min振動(dòng)最大達(dá)65.9 μm。2Y振動(dòng)也由8.37 μm緩慢上升至20.97 μm,1X、1Y軸振測(cè)點(diǎn)同樣上升至30 μm以上。就地檢查測(cè)量、傾聽(tīng)無(wú)明顯異常,通過(guò)開(kāi)大2A汽泵再循環(huán)調(diào)門(mén)提高汽泵出力后,振動(dòng)緩慢下降至正常。

2023年3月23日,2A給水泵汽輪機(jī)降負(fù)荷,轉(zhuǎn)速?gòu)? 019 r/min降至3 385 r/min,給水泵汽輪機(jī)前軸承1X、1Y振動(dòng)分別最大達(dá)70 μm、58 μm,開(kāi)啟汽泵再循環(huán)調(diào)門(mén)至60%后,振動(dòng)趨于平穩(wěn),機(jī)組增加負(fù)荷后振動(dòng)恢復(fù)正常。

2號(hào)機(jī)組2A給水泵汽輪機(jī)大修前后均在機(jī)組深度調(diào)峰低轉(zhuǎn)速期間出現(xiàn)軸振增大超報(bào)警值的情況,有別于以往給水泵汽輪機(jī)隨負(fù)荷升高情況下振動(dòng)增大的現(xiàn)象。給水泵汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速下振動(dòng)超報(bào)警值,嚴(yán)重影響機(jī)組深度調(diào)峰期間給水系統(tǒng)的穩(wěn)定出力,汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥非正常頻繁提前開(kāi)啟或開(kāi)度增加,極易造成閥門(mén)密封面、減壓閥籠及閥體的沖刷,增大閥門(mén)內(nèi)、外漏風(fēng)險(xiǎn)。如果為保證給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)值正常而提高機(jī)組負(fù)荷,將不滿足電網(wǎng)調(diào)度指令要求,會(huì)產(chǎn)生不必要的機(jī)組非正常出力考核。

因此,給水泵汽輪機(jī)在深度調(diào)峰期間的安全穩(wěn)定對(duì)汽輪機(jī)組可靠運(yùn)行及電廠調(diào)度指令考核效益尤為重要,故針對(duì)上述給水泵汽輪機(jī)深度調(diào)峰期間軸振大的情況,需進(jìn)行詳細(xì)的排查分析并及時(shí)處理。

2 給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)異常分析

2A給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和前軸封體在2022年A修時(shí)返回杭州汽輪機(jī)廠檢修,對(duì)轉(zhuǎn)子高速動(dòng)平衡試驗(yàn),修后間隙均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),機(jī)械超速試驗(yàn)振動(dòng)、瓦溫、機(jī)械跳閘值均正常,并且對(duì)給水泵汽輪機(jī)滑銷(xiāo)系統(tǒng)上所有的橫銷(xiāo)、縱銷(xiāo)、立銷(xiāo)進(jìn)行清理打磨,使其配合間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。修后再次出現(xiàn)低負(fù)荷軸振大的情況,可以排除給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、以及滑銷(xiāo)系統(tǒng)故障的因素。

對(duì)控制部分同樣進(jìn)行檢查,將軸承振動(dòng)探頭的元件及其螺栓緊固件、控制回路和卡件都詳細(xì)檢查,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常情況,說(shuō)明保護(hù)投入正常[3]。

2.1 給水泵汽輪機(jī)軸向位移異常

調(diào)閱歷史曲線,2A給水泵汽輪機(jī)在軸振增大時(shí),其進(jìn)汽壓力、溫度、閥門(mén)開(kāi)度、軸封進(jìn)汽無(wú)異常變化趨勢(shì),但是發(fā)現(xiàn)2A給水泵汽輪機(jī)軸向位移相較于負(fù)荷、轉(zhuǎn)速趨勢(shì)有明顯的滯后情況,對(duì)比檢查2B給水泵汽輪機(jī),其軸向位移與負(fù)荷、轉(zhuǎn)速變化趨于一致。當(dāng)2A汽泵再循環(huán)開(kāi)啟后,2A給水泵汽輪機(jī)軸向位移才能緩慢與轉(zhuǎn)速趨勢(shì)貼合,如圖1。

圖1 2A給水泵汽輪機(jī)軸向位移存在異常情況示意圖

給水泵汽輪機(jī)組運(yùn)行期間,給水泵汽輪機(jī)、汽泵軸向推力隨著負(fù)荷的變化如圖2箭頭所示。因給水泵汽輪機(jī)與汽泵聯(lián)軸器為撓性齒套式連接,兩側(cè)軸向推力及位移相互不受影響。而2A給水泵汽輪機(jī)降負(fù)荷時(shí),給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移并未及時(shí)跟隨軸向推力向非驅(qū)動(dòng)端移動(dòng),同時(shí)汽泵推力瓦的工作面溫度有明顯上升趨勢(shì),在轉(zhuǎn)速為3 800 r/min左右時(shí),2X振動(dòng)明顯增大。當(dāng)開(kāi)啟汽泵再循環(huán)閥時(shí),2X振動(dòng)明顯減小,汽泵推力瓦的工作面溫度也隨之趨于正常。

圖2 正常運(yùn)行時(shí)給水泵汽輪機(jī)、汽泵軸向推力示意圖

由此表明2A給水泵汽輪機(jī)降負(fù)荷時(shí),整個(gè)給水汽輪機(jī)組軸系存在限位點(diǎn),給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子向非驅(qū)動(dòng)端位移不暢造成振動(dòng)增大,并且給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向推力施加在汽泵泵軸上,導(dǎo)致汽泵推力瓦工作面溫度異常上升。而當(dāng)2A汽泵再循環(huán)調(diào)門(mén)開(kāi)啟后汽泵出力增加,汽泵軸向推力此時(shí)與給水泵汽輪機(jī)軸向推力方向相同,如圖3,從而減輕限位點(diǎn)推力對(duì)整個(gè)軸系影響,使得振動(dòng)逐漸降低,汽泵推力瓦溫度恢復(fù)正常。

圖3 2A給水泵汽輪機(jī)、汽泵降負(fù)荷推力情況

考慮到能夠同時(shí)影響到2A給水泵汽輪機(jī)和汽泵的限位點(diǎn)只有在聯(lián)軸器處,因此需對(duì)2A給水泵汽輪機(jī)聯(lián)軸器進(jìn)行檢查。

2.2 給水泵汽輪機(jī)貓爪膨脹位移異常

記錄對(duì)比兩臺(tái)機(jī)組4臺(tái)給水泵汽輪機(jī)缸脹情況,發(fā)現(xiàn)2A給水泵汽輪機(jī)汽缸貓爪在負(fù)荷250～600 MW、轉(zhuǎn)速3 400～5 300 r/min區(qū)間變動(dòng)時(shí),左、右側(cè)膨脹位移量分別為0.07 mm、0.56 mm,而1A、1B、2B給水泵汽輪機(jī)貓爪處兩側(cè)膨脹均有較明顯的位移量,見(jiàn)表1。2A給水泵汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)汽管道在缸體左側(cè),懷疑2A給水泵汽輪機(jī)汽缸受進(jìn)汽管道限制影響汽缸左側(cè)的膨脹及收縮,導(dǎo)致2A給水泵汽輪機(jī)在降負(fù)荷至固定區(qū)間時(shí)動(dòng)靜部位發(fā)生碰磨。

表1 4臺(tái)給水泵汽輪機(jī)貓爪兩側(cè)位移量對(duì)比 mm

檢查2A給水泵汽輪機(jī)的四抽蒸汽、冷段再熱蒸汽、輔助蒸汽進(jìn)汽管道支吊架情況,發(fā)現(xiàn)輔助蒸汽至2A給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道末端的垂直管段吊架為彈簧吊架,而根據(jù)2A給水泵汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)汽管道基建圖紙以及結(jié)合其他3臺(tái)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道的實(shí)際對(duì)比,該處吊架應(yīng)為剛性吊架。剛性吊架承受管道載荷并在垂直方向?qū)艿肋M(jìn)行剛性約束,剛性吊架作為管道的熱膨脹死點(diǎn),保證管道在該處固定且不發(fā)生位移。而彈簧吊架盡管同樣能夠承受載荷,但是無(wú)法對(duì)管道進(jìn)行必要的垂直方向約束,加上內(nèi)部彈簧長(zhǎng)期隨機(jī)組運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)老化、失效的情況,使管道的部分作用力集中在后段的水平管段底部的滑動(dòng)支架上,從而使得水平管段無(wú)法正常滑動(dòng)位移,影響其所搭接管道或設(shè)備的膨脹,更為嚴(yán)重的是對(duì)水平管段的焊縫產(chǎn)生切應(yīng)力,造成焊縫泄漏。2016年和2020年,輔助蒸汽至2A給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道在機(jī)組運(yùn)行期間曾發(fā)生末端水平管段焊縫出現(xiàn)泄漏的情況,而漏汽焊縫正是受到該處吊架錯(cuò)誤安裝的影響。

由此可以判斷輔助蒸汽至2A給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道因支吊架安裝錯(cuò)誤,影響進(jìn)汽管道及汽缸的正常膨脹滑動(dòng),從而引起低負(fù)荷振動(dòng)大的情況。

3 給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)異常處理

在調(diào)停期間對(duì)2A給水泵汽輪機(jī)聯(lián)軸器進(jìn)行檢查,解體時(shí)發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器套筒在軸向存在明顯的卡澀,機(jī)側(cè)傳動(dòng)外齒套的齒輪嚙合處均出現(xiàn)磨損凹槽,見(jiàn)圖4,泵側(cè)嚙合齒均正常。因此斷定該凹槽是影響給水泵汽輪機(jī)軸向位移的根本限制原因。

圖4 給水泵汽輪機(jī)側(cè)外齒套磨損情況

更換2A給水泵汽輪機(jī)磨損外齒套,并對(duì)其它齒輪件進(jìn)行滲透檢測(cè),確認(rèn)無(wú)異常后回裝,恢復(fù)外齒套在齒輪嚙合后軸向可以正常竄動(dòng)的狀態(tài),保證給水泵汽輪機(jī)與汽泵的軸向推力相互獨(dú)立。

同樣,對(duì)輔助蒸汽至2A給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道末端的彈簧吊架進(jìn)行更換,按照管道基建設(shè)計(jì)要求將該段管道重新進(jìn)行定位加固,測(cè)算安裝位置。為消除水平管段焊縫的切應(yīng)力,需將焊口割除,待垂直管段的剛性吊架完成安裝后,重新燒制水平管段焊縫,恢復(fù)管道支吊架原有設(shè)計(jì)形式,確保2A給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道與汽缸的正常收縮、膨脹。

2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后,2A給水泵汽輪機(jī)在深度調(diào)峰期間及升降負(fù)荷時(shí),前、后軸承振動(dòng)均在30 μm以下,振動(dòng)正常,軸向位移與負(fù)荷跟隨情況良好,汽泵推力瓦溫度正常,給水泵汽輪機(jī)貓爪左側(cè)位移量明顯增大,兩側(cè)膨脹量逐漸均勻并趨于正常。

4 結(jié)語(yǔ)

給水泵汽輪機(jī)深度調(diào)峰運(yùn)行期間出現(xiàn)軸振超標(biāo)的情況,主要是由于聯(lián)軸器齒套磨損以及進(jìn)汽側(cè)汽缸膨脹位移不暢引起,因此后續(xù)再次出現(xiàn)軸振超標(biāo)情況時(shí),要將軸向位移測(cè)點(diǎn)和汽缸膨脹位移量作為振動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)。利用等級(jí)檢修重點(diǎn)檢查聯(lián)軸器齒輪磨損情況,根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況及磨損嚴(yán)重程度選擇性更換。同時(shí),重點(diǎn)排查給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽管道支吊架情況,發(fā)現(xiàn)安裝異常時(shí),應(yīng)及時(shí)制定方案并處理。