胡松如，應(yīng)光耀

（1.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208；2.浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

鎮(zhèn)海電廠11號(hào)蒸汽－燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組選用美國(guó)GE公司PG9315FA型燃?xì)廨啓C(jī)、D10型帶再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機(jī)、390H型氫冷發(fā)電機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛性地串聯(lián)在一根長(zhǎng)軸上，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣端輸出功率，軸配置為燃機(jī)-汽機(jī)-發(fā)電機(jī)，工作轉(zhuǎn)速3000 r/min。燃?xì)鈾C(jī)組主軸分為4段：燃機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，均為整鍛實(shí)心轉(zhuǎn)子，每段轉(zhuǎn)子均由兩個(gè)徑向軸瓦支撐，軸系布置如圖1所示。1，3，4，5為可傾瓦軸承；2，6，7，8為橢圓瓦軸承，推力瓦在1號(hào)軸承處。

機(jī)組在調(diào)試期間曾多次出現(xiàn)碰摩事件，高中缸效率明顯低于同類型機(jī)組，盡管11號(hào)機(jī)組平時(shí)能正常開(kāi)機(jī)運(yùn)行，但根據(jù)鎮(zhèn)海12號(hào)機(jī)組的開(kāi)缸經(jīng)驗(yàn)[1]及11號(hào)機(jī)組的高壓缸試驗(yàn)效率狀況，判斷早期的碰摩已使高壓缸汽封出現(xiàn)磨損，并由機(jī)組檢修情況得到證實(shí)。

圖1 軸系布置示意圖

1 燃機(jī)初期碰摩現(xiàn)象

11號(hào)燃機(jī)于2006年12月 30日 0∶05∶30首次冷拖至699 r/min，此時(shí)3Y，3X，4Y，4X振動(dòng)分別為 16，25，21，25 μm。 之后在定轉(zhuǎn)速情況下，3Y，3X，4Y，4X振動(dòng)隨著時(shí)間持續(xù)上升，0∶20∶30拍機(jī)時(shí)，3Y，3X，4Y，4X 分別達(dá)到 95，112，71，74 μm。3號(hào)和4號(hào)瓦軸振的振幅隨時(shí)間逐步增大，相位也逐步增大，而且振幅增幅越來(lái)越大，增大的振動(dòng)以1X倍頻分量為主，見(jiàn)圖2。圖3的升、降速曲線Bode圖也顯示降速過(guò)程的振動(dòng)明顯大于升速過(guò)程，且振動(dòng)回落比較慢。在700 r/min就產(chǎn)生這么大的振動(dòng)，表現(xiàn)為較明顯的碰摩振動(dòng)特征[2]，高中壓轉(zhuǎn)子局部受熱不均勻而使轉(zhuǎn)子彎曲，振動(dòng)逐步惡化。對(duì)汽機(jī)檢查后發(fā)現(xiàn)，高中壓汽缸下半部并沒(méi)有加保溫層。9F汽機(jī)在冷拖期間僅靠軸封輔汽來(lái)加熱汽缸和保持汽缸溫度均勻，如果汽缸下半部未保溫，則會(huì)導(dǎo)致下缸冷卻太快而無(wú)法脹出、上下缸溫差偏大，容易導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩的產(chǎn)生。

圖2 首次冷拖3Y趨勢(shì)圖

圖3 首次冷拖3Y Bode圖

基于以上分析，采取以下措施：高中壓汽缸加保溫層；嚴(yán)格控制輔助蒸汽溫度和輔助蒸汽投用的時(shí)間。之后，于12月30日12∶00開(kāi)始冷拖、點(diǎn)火、沖轉(zhuǎn)，13∶33順利到3000 r/min，整個(gè)軸系振動(dòng)除4Y超出優(yōu)良范圍外，其他瓦軸振都在優(yōu)良范圍。高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速在1930～1950 r/min，低壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速為1250 r/min，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速在1120～1140 r/min。

11號(hào)燃機(jī)于2007年1月 4日9∶00開(kāi)始重新啟動(dòng)，到700 r/min后3號(hào)和4號(hào)瓦軸振動(dòng)振幅又隨著時(shí)間持續(xù)上升，基本以工頻分量為主，相位也持續(xù)增加，振動(dòng)現(xiàn)象跟首次冷拖基本相同，判斷為碰摩，遂嘗試沖轉(zhuǎn)，因870 r/min時(shí)3X超過(guò)220 μm而停機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)高中壓轉(zhuǎn)子軸封有刺耳異聲，檢查判斷高中壓軸封已有冷空氣進(jìn)入。查看軸封汽壓力和溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)軸封汽溫度偏低，可能導(dǎo)致軸封失效。調(diào)整軸封汽壓力和溫度，待軸封能向外冒汽后，于4日14∶00再次開(kāi)機(jī)，冷拖至700 r/min后3號(hào)和4號(hào)瓦軸振仍然持續(xù)上升，見(jiàn)圖4，試沖至1300 r/min時(shí)因3X振動(dòng)大而跳機(jī)。冷拖定轉(zhuǎn)速清吹時(shí)，3號(hào)和4號(hào)軸振仍然爬升，相位也劇烈變化，振動(dòng)與前幾次振動(dòng)爬升情況類似。有可能引起汽機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子碰摩的有軸封汽和保溫層兩個(gè)因素，之前已對(duì)軸封汽進(jìn)行仔細(xì)調(diào)整，但未檢查保溫層，因此對(duì)高中壓缸保溫層進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)高中壓缸下半部保溫層有空隙，保溫效果欠佳。對(duì)高中壓缸保溫層加厚補(bǔ)漏后，于1月5日再次開(kāi)機(jī)，機(jī)組順利沖轉(zhuǎn)至3000 r/min。從1月5日開(kāi)始，在沖管期間多次開(kāi)機(jī)，機(jī)組都能順利沖至3000 r/min，并網(wǎng)帶負(fù)荷時(shí)的機(jī)組振動(dòng)也都在合格范圍之內(nèi)。

圖4 1月4日14∶00沖轉(zhuǎn)3X Bode圖

通過(guò)試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，3號(hào)瓦振動(dòng)對(duì)軸封汽溫度的變化較為敏感，曾經(jīng)因汽封溫度高（210℃）導(dǎo)致3號(hào)瓦振動(dòng)大而跳機(jī)。在某次啟動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)前上下缸溫差偏大，約為40℃，降低汽封溫度至170℃，盤車4 h后機(jī)組啟動(dòng)，振動(dòng)正常。因此在機(jī)組啟動(dòng)前應(yīng)根據(jù)缸溫對(duì)軸封汽溫度進(jìn)行調(diào)整，避免蒸汽溫度與金屬溫度相差過(guò)大，并保持高中壓缸的上下缸溫差不超過(guò)28℃。

2 汽輪機(jī)效率試驗(yàn)

為了判別汽輪機(jī)高、中壓缸的實(shí)際通流效率狀況，于2007年7-8月進(jìn)行了汽輪機(jī)焓降效率試驗(yàn)，試驗(yàn)得出11號(hào)機(jī)組的汽輪機(jī)高壓缸實(shí)際效率僅為79.7%，該數(shù)值與美國(guó)GE公司的高壓缸效率設(shè)計(jì)值（86.1%）以及其他電廠同類型機(jī)組的汽輪機(jī)實(shí)際測(cè)試效率（85%～86%）相比差距較大（見(jiàn)表2），結(jié)合機(jī)組在早期曾發(fā)生多次啟動(dòng)過(guò)程中的碰摩事件，機(jī)組在運(yùn)行中對(duì)軸封汽溫度、上下缸溫差參數(shù)非常敏感，因碰摩而重新啟動(dòng)的次數(shù)多于同類型機(jī)組，因此懷疑汽輪機(jī)高壓缸通流內(nèi)部汽封已損壞。盡管11號(hào)機(jī)組能正常開(kāi)機(jī)運(yùn)行，但根據(jù)12號(hào)機(jī)組的開(kāi)缸經(jīng)驗(yàn)以及11號(hào)機(jī)組的高壓缸試驗(yàn)效率狀況，決定對(duì)11號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)作開(kāi)缸檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)高壓缸也發(fā)生了嚴(yán)重碰摩。

表2 幾臺(tái)9F機(jī)組D10型高壓缸效率試驗(yàn)結(jié)果

3 機(jī)組檢修情況

2007年11月打開(kāi)11號(hào)機(jī)高中缸，發(fā)現(xiàn)高壓外軸封齒斷裂，高壓隔板汽封齒破損嚴(yán)重，高中壓轉(zhuǎn)子往燃機(jī)方向移動(dòng)，高壓部分轉(zhuǎn)子與汽封齒發(fā)生軸向碰摩，1-6級(jí)汽封齒的高齒都已經(jīng)被磨平，7-12級(jí)汽封齒未見(jiàn)異常。對(duì)高壓轉(zhuǎn)子的中心、推拉桿間隙、高壓外缸外引、高壓轉(zhuǎn)子圍帶與隔板汽封軸向間隙進(jìn)行了全面測(cè)量，數(shù)據(jù)表明高壓轉(zhuǎn)子的中心、推拉桿間隙都在合格范圍內(nèi)，而高壓轉(zhuǎn)子軸向定位尺寸（高中壓轉(zhuǎn)子的K值，即高中壓第2級(jí)隔板汽封軸向間隙）安裝數(shù)據(jù)比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)往燃機(jī)方向偏離0.8 mm，高中壓轉(zhuǎn)子往燃機(jī)方向竄動(dòng)1 mm，即高中壓轉(zhuǎn)子往燃機(jī)方向偏離設(shè)計(jì)值共1.8 mm。

在早期的碰摩故障中，由于汽缸下缸未加保溫和保溫里層有間隙，保溫效果很差，使汽機(jī)轉(zhuǎn)子在軸封汽作用下受熱膨脹速度較快，而由于保溫效果欠佳，汽缸未充分脹出，轉(zhuǎn)子與缸體受熱和冷卻不均而產(chǎn)生差脹，在高中壓轉(zhuǎn)子隔板間隙較正常值小1.8 mm的情況下，機(jī)組非常容易發(fā)生碰摩事故，高中壓轉(zhuǎn)子在軸向位置始終處于不安全和不穩(wěn)定的狀態(tài)。這就需要機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中要控制最佳的軸封汽溫度、高壓缸上下缸溫差更小，才能使缸脹和軸脹充分，不在軸向位置發(fā)生碰摩。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)高壓缸效率和早期啟動(dòng)軸系振動(dòng)數(shù)據(jù)，認(rèn)為機(jī)組的高壓缸通流部分隔板汽封已經(jīng)損壞，檢修結(jié)果也證實(shí)了這一判斷。

鎮(zhèn)海電廠兩臺(tái)9F燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組動(dòng)靜碰摩的原因之一是高中壓轉(zhuǎn)子軸向定位尺寸K值跟設(shè)計(jì)值有較大的偏差。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的高中壓缸為合缸整體組裝后送至電廠，現(xiàn)場(chǎng)安裝階段無(wú)法直接測(cè)量K值，這給正確判斷高中壓轉(zhuǎn)子軸向位置帶來(lái)一定困難。因此在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量管理，必須測(cè)試軸竄、高中壓軸向外引、低壓軸向外引，與設(shè)計(jì)值、出廠值作比較，保證各間隙尺寸在制造廠家設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。

GE公司的9F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)避免發(fā)生動(dòng)靜碰摩，對(duì)已經(jīng)在啟動(dòng)過(guò)程中多次發(fā)生碰摩的機(jī)組應(yīng)引起重視，必要時(shí)安排性能考核試驗(yàn)，結(jié)合高壓缸效率來(lái)判斷碰摩是否已損壞隔板汽封。

[1] 應(yīng)光耀，童小忠，吳文健.9F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組嚴(yán)重碰摩診斷分析及處理[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2010，52（1）∶74-76.

[2] 陸頌元，童小忠.汽輪機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)靜碰磨故障的振動(dòng)特征及分析診斷方法[J].動(dòng)力工程 2002，22（6）∶2020－2024.