張新聞

(湖南省火電建設(shè)公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

汽動(dòng)給水泵組是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要輔助設(shè)備。因?yàn)榻o水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)(簡(jiǎn)稱小汽輪機(jī))采用主汽輪機(jī)的四段抽汽作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，在機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化的情況下，其抽汽壓力也跟隨變化，可以使小汽輪機(jī)的輸出功率具有一定的自適應(yīng)性，提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，所以300 MW及以上的機(jī)組一般都采用汽動(dòng)給水泵作為鍋爐正常運(yùn)行時(shí)的主要供水設(shè)備，而電動(dòng)給水泵只是在啟動(dòng)時(shí)使用和作為一種備用手段。汽動(dòng)給水泵組的正常運(yùn)行是汽輪發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組168 h滿負(fù)荷試運(yùn)的順利進(jìn)行。

在某660 MW超超臨界機(jī)組的整套啟動(dòng)調(diào)試期間，因?yàn)?臺(tái)汽動(dòng)給水泵組在調(diào)試當(dāng)中出現(xiàn)了比較多的問(wèn)題，汽動(dòng)給水泵組遲遲不能投入，導(dǎo)致調(diào)試時(shí)間拖長(zhǎng)，對(duì)整個(gè)機(jī)組的試運(yùn)造成了不小影響。這些問(wèn)題中來(lái)自設(shè)備及系統(tǒng)的原因較多，所以有的問(wèn)題2臺(tái)小汽輪機(jī)具有共性。此外，也有安裝方面的缺陷所引起的問(wèn)題。

1 汽動(dòng)給水泵組概況

某660 MW超超臨界機(jī)組的主給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用2臺(tái)50 %容量的汽動(dòng)給水泵和1臺(tái)30 %容量的電動(dòng)給水泵。汽動(dòng)給水泵的驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的單缸、單流、單軸、反動(dòng)式、純凝汽小汽輪機(jī)，額定功率12 270 kW，調(diào)速范圍3 000～5 600 r/min。每臺(tái)小汽輪機(jī)配獨(dú)立的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，MEH的控制壓力油來(lái)自主機(jī)DEH系統(tǒng)。小汽輪機(jī)配1個(gè)主汽閥和1個(gè)調(diào)節(jié)閥，由MEH控制小汽輪機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速。驅(qū)動(dòng)用的蒸汽只有1路低壓汽源，不設(shè)計(jì)高壓汽源和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制比較簡(jiǎn)單。正常供汽來(lái)自主汽輪機(jī)的四段抽汽，備用汽源及調(diào)試用汽來(lái)自輔助蒸汽，汽源通過(guò)電動(dòng)閥進(jìn)行切換。小汽輪機(jī)排汽通過(guò)剛性排汽管與帶波紋膨脹節(jié)的排汽管排入主凝汽器。小汽輪機(jī)設(shè)計(jì)有1個(gè)排汽蝶閥，蝶閥采用進(jìn)口產(chǎn)品，確保主機(jī)真空嚴(yán)密性。給水泵與小汽輪機(jī)共用潤(rùn)滑油系統(tǒng)，軸封為迷宮式密封結(jié)構(gòu)，密封水回水經(jīng)多級(jí)水封直排凝汽器予以回收。

2 調(diào)試中的主要問(wèn)題

汽動(dòng)給水泵組調(diào)試中接連出現(xiàn)了比較多的問(wèn)題，特別是在機(jī)組進(jìn)入168 h試運(yùn)行后，2臺(tái)小汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油中都出現(xiàn)了嚴(yán)重的帶水現(xiàn)象，危及了小汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。歸納起來(lái)，主要有以下問(wèn)題：

(1) 在汽輪機(jī)建立真空后，2臺(tái)小汽機(jī)臺(tái)板間隙均產(chǎn)生變化，有的達(dá)到900 μ m；

(2) 控制油中有雜質(zhì)，伺服閥出現(xiàn)故障，調(diào)節(jié)閥卡澀；

(3) 1臺(tái)汽泵組軸承振動(dòng)大；

(4) 2臺(tái)小汽機(jī)調(diào)門均出現(xiàn)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)；

(5) 小汽輪機(jī)排汽碟閥關(guān)閉不嚴(yán)，影響真空；

(6) 2臺(tái)小機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)均進(jìn)水。

下面主要針對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)水、給水泵組軸承振動(dòng)、小汽輪機(jī)臺(tái)板間隙變化、小汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)等4個(gè)主要問(wèn)題進(jìn)行原因分析。

3 問(wèn)題分析

3.1 小汽輪機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水

汽動(dòng)給水泵組正常投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)汽動(dòng)給水泵的潤(rùn)滑油箱油位都升高，潤(rùn)滑油中有進(jìn)水跡象。對(duì)潤(rùn)滑油取樣觀察，潤(rùn)滑油有乳化現(xiàn)象；進(jìn)行化驗(yàn)分析，含有較多的水分；對(duì)油樣進(jìn)行破乳試驗(yàn)，加入破乳劑45 min不能破乳，表明潤(rùn)滑油中已經(jīng)嚴(yán)重進(jìn)水。隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，潤(rùn)滑油箱的油位是上漲趨勢(shì)。采用真空油凈化裝置24 h持續(xù)濾水，仍不能使水量減少，且有惡化的趨勢(shì)。從濾出的水量看，平均2 h就可把一個(gè)18 L的油桶裝滿，說(shuō)明漏水非常嚴(yán)重。

3.1.1 進(jìn)水途徑分析

從系統(tǒng)情況分析，存在3種進(jìn)水途徑。

(1) 從小汽輪機(jī)的軸封蒸汽漏入軸承座進(jìn)入潤(rùn)滑油中。當(dāng)軸封壓力調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致壓力過(guò)高時(shí)，軸封蒸汽會(huì)從軸封往外冒出，泄漏的蒸汽進(jìn)入軸承箱中，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油帶水。從現(xiàn)場(chǎng)檢查看，起初確實(shí)存在軸封冒汽的現(xiàn)象，但在調(diào)整了軸封蒸汽壓力后，軸封汽外漏的現(xiàn)象消除，但潤(rùn)滑油中仍然有嚴(yán)重的進(jìn)水。另一方面，軸封泄漏導(dǎo)致進(jìn)水是一個(gè)緩慢的過(guò)程，但從真空油凈化裝置濾出的水分來(lái)看，水量非常大。所以，可以認(rèn)為軸封蒸汽泄漏不是導(dǎo)致潤(rùn)滑油大量帶水的主要原因。

(2) 潤(rùn)滑油冷卻器漏水進(jìn)入油中。潤(rùn)滑油冷卻采用的是板式熱交換器，如果冷卻器水側(cè)與油側(cè)的密封不好，有可能產(chǎn)生相互滲漏現(xiàn)象。首先從投運(yùn)前的水壓試驗(yàn)結(jié)果表明，冷油器的嚴(yán)密性很好，質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題；其次，如冷卻水漏入油側(cè)，前提是冷卻水壓力高于潤(rùn)滑油壓力，但測(cè)量結(jié)果是：冷卻水壓力為0.15 MPa，潤(rùn)滑油壓力為0.28 MPa，油壓高于水壓；再次，檢查冷卻水，不存在含油份的現(xiàn)象。所以，可以排除冷油器泄漏造成油中帶水。

(3) 給水泵的機(jī)械密封水進(jìn)入了潤(rùn)滑油中。給水泵的軸承潤(rùn)滑油來(lái)自于小汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)，給水泵的軸封采用迷宮式密封結(jié)構(gòu)，密封水回水設(shè)計(jì)是通過(guò)多級(jí)水封器排入主凝汽器。如密封水要進(jìn)入油中，可能的原因是：①當(dāng)給水泵的機(jī)械密封存在問(wèn)題，造成高壓水泄漏量大，或者機(jī)械密封水壓力和流量調(diào)整不合理，導(dǎo)致回水量增加，同時(shí)回水不暢通的情況下，密封回水就會(huì)從回水腔室溢出來(lái)，進(jìn)入軸承擋油環(huán)與回水腔之間的腔室中。在這個(gè)腔室中，設(shè)有排水孔，微量的水可以從孔中排出，不會(huì)從擋油環(huán)進(jìn)入軸承座中。但當(dāng)回水量大，排水孔不能及時(shí)排出時(shí)，就可能從擋油環(huán)進(jìn)入軸承座中。又因?yàn)檩S承座回油，會(huì)使回油腔產(chǎn)生微負(fù)壓，對(duì)排水腔中的水蒸氣產(chǎn)生抽吸作用，也導(dǎo)致潤(rùn)滑油的水分增加；②如果水封器設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)造成密封水回水不暢而進(jìn)入油系統(tǒng)；③回水系統(tǒng)的兩端壓差小于設(shè)計(jì)要求，也會(huì)使實(shí)際回水流量小于設(shè)計(jì)流量，使密封水回流不及時(shí)而進(jìn)入油系統(tǒng)中。

3.1.2 檢查與試驗(yàn)

為了查明密封水漏入油中原因，進(jìn)行了以下檢查與試驗(yàn)。

(1) 根據(jù)廠家提供的密封水壓力和流量要求檢查密封水，按要求調(diào)整了密封水的壓力，保持密封水差壓在設(shè)計(jì)范圍。 在控制密封回水溫度不超過(guò)90 ℃的情況下，把壓力盡可能調(diào)低，以控制密封回水量。但在調(diào)整密封水后潤(rùn)滑油仍然進(jìn)水，說(shuō)明主要問(wèn)題不在密封水量調(diào)整方面。

(2) 制造廠專家檢查了汽泵的出廠記錄，汽泵密封結(jié)構(gòu)及安裝時(shí)的間隙測(cè)量記錄等資料，認(rèn)為其符合制造要求范圍，排除了間隙過(guò)大產(chǎn)生密封回水過(guò)大的問(wèn)題。

(3) 檢查回水系統(tǒng)。因?yàn)樵谒馄鞒醮瓮队脮r(shí)發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)不合理，密封水回不了凝汽器，因調(diào)試工期緊迫，采用了密封水直排凝汽器地坑的臨時(shí)措施。系統(tǒng)改動(dòng)后，密封水排放的動(dòng)力主要是回水腔壓力及腔室與排放口之間的高差，卻少了凝汽器的真空抽吸，所以回水管道總的壓差就減小了，回水的能力大為降低。當(dāng)泵未運(yùn)行時(shí)，因只有暖泵水從機(jī)械密封泄漏較少水量，回水管道可以滿足排放要求；但泵運(yùn)行后，泵出口端的水壓提高很多，機(jī)械密封泄漏的水量增加，導(dǎo)致回水不足，回水腔滿水。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，回水接入凝汽器后，密封水就不再進(jìn)入潤(rùn)滑油中了。

所以，拆除水封器改為外排，導(dǎo)致密封水回水能力降低是潤(rùn)滑油進(jìn)水主要原因。

3.1.3 處理措施

因?yàn)樗馄髟O(shè)計(jì)不合理造成了密封水進(jìn)入潤(rùn)滑油，所以解決的方法是改進(jìn)水封器。把原來(lái)的雙U型改成單U型水封器，既能滿足不漏真空的要求，又不會(huì)產(chǎn)生阻塞，讓密封水順暢回入凝汽器。運(yùn)行表明，在凝汽器真空建立后，密封水回水不再漏入潤(rùn)滑油中，小汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油中沒(méi)有出現(xiàn)油中帶水的情況。

3.2 小汽輪機(jī)建立真空后臺(tái)板間隙變化

在小汽輪機(jī)調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)2小汽輪機(jī)的臺(tái)板間隙在建立真空后有較大變化，經(jīng)檢測(cè)，最大值達(dá)到了0.93 mm。當(dāng)真空破壞后，間隙值又變小，由此可以判斷是真空對(duì)小汽輪機(jī)臺(tái)板間隙產(chǎn)生了重大影響。

臺(tái)板間隙增大，需要有提升力或扭轉(zhuǎn)力矩。所以真空通過(guò)什么途徑產(chǎn)生了提升力或扭轉(zhuǎn)力，是需要查找的主因。從現(xiàn)場(chǎng)間隙變化點(diǎn)及測(cè)量數(shù)據(jù)分析，臺(tái)板間隙增大主要是以臺(tái)板基礎(chǔ)為支點(diǎn)，在排汽端存在很大的向上或左右扭轉(zhuǎn)力。

3.2.1 原因分析

產(chǎn)生排汽端扭轉(zhuǎn)力矩，主要有下面幾個(gè)因素。

(1) 小汽輪機(jī)垂直段排汽管的強(qiáng)度不夠，在高真空下，排汽管產(chǎn)生了變形而造成應(yīng)力。因排汽管與汽缸是剛性連接，變形應(yīng)力產(chǎn)生扭力矩作用在汽缸上，造成了臺(tái)板抬升，使其間隙增大。為了查明這一因素，測(cè)量了排汽管在真空變化前后4個(gè)方向的截面數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)截面尺寸沒(méi)有什么變化，說(shuō)明排汽管強(qiáng)度是滿足要求的。為了消除變形應(yīng)力的影響，還在垂直排汽管里面焊接了十字型支撐架，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度，但這一措施對(duì)臺(tái)板間隙變化沒(méi)有作用。這說(shuō)明排汽管強(qiáng)度不夠?qū)υ斐膳_(tái)板間隙變化的影響很微小。

(2) 水平段排汽波紋膨脹節(jié)及排汽管在抽真空后產(chǎn)生位移，會(huì)對(duì)垂直段排汽管形成一個(gè)拉力，因排汽口與排汽管剛性連接的原因，此拉力通過(guò)垂直段排汽管產(chǎn)生扭矩，造成臺(tái)板間隙變化。通過(guò)檢測(cè)，當(dāng)凝汽器建立-90 kPa真空后，水平段波紋節(jié)端部向凝汽器方向發(fā)生了20 mm左右的位移。這樣就在垂直排汽管的下端產(chǎn)生了拉力。因?yàn)檫B接凝汽器的水平段排汽管與小汽輪機(jī)的中軸線存在一個(gè)近90°的角，所以對(duì)小汽輪機(jī)產(chǎn)生了扭轉(zhuǎn)力矩，造成汽缸排汽口凝汽器側(cè)臺(tái)板上翹，間隙增加。水平段產(chǎn)生位移的原因，主要是建立真空后在水平段排汽管端部上的壓力差所產(chǎn)生的壓力。經(jīng)計(jì)算，在-90 kPa真空下，直徑2 000 mm排汽管可產(chǎn)生295 kN壓力。此力需要由垂直段排汽管和凝汽器殼體共同來(lái)承擔(dān)。當(dāng)凝汽器殼體的剛度不夠時(shí)，壓力會(huì)使殼體產(chǎn)生彈性變形。

所以，凝汽器殼體的強(qiáng)度不足是間隙變化的主要因素。

3.2.2 處理措施

因?yàn)槟鳉んw強(qiáng)度不足，真空建立后排汽管產(chǎn)生的壓力造成位移是臺(tái)板間隙增加的主要原因，所以在水平排汽管段加固定支座或在凝汽器內(nèi)部加支撐以提高強(qiáng)度，不使排汽管產(chǎn)生這么大位移，即可解決臺(tái)板間隙增加的問(wèn)題。

3.3 汽動(dòng)給水泵組驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)大

在調(diào)試A汽動(dòng)給水泵組時(shí)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)運(yùn)行小汽輪機(jī)軸承振動(dòng)正常，當(dāng)連接聯(lián)軸器后，給水泵組啟動(dòng)運(yùn)行，泵的驅(qū)動(dòng)端及小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承產(chǎn)生振動(dòng)。停止泵組運(yùn)行，經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)潤(rùn)滑油油溫、油壓檢查及軸封系統(tǒng)的檢查、調(diào)整后，再次啟動(dòng)泵組運(yùn)行，振動(dòng)情況依舊。

3.3.1 分析與試驗(yàn)

針對(duì)這一現(xiàn)象，可從泵本身、聯(lián)軸器、軸系找正、軸承潤(rùn)滑等可能對(duì)振動(dòng)有影響的因素進(jìn)行檢查、分析和試驗(yàn)。

(1) 汽輪機(jī)或泵本身存在振動(dòng)。為了檢查這個(gè)原因，拆除了聯(lián)軸器，單獨(dú)啟動(dòng)小汽輪機(jī)運(yùn)行。在不連軸的情況下，小汽輪機(jī)從啟動(dòng)到運(yùn)行調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，汽輪機(jī)本身的振動(dòng)情況良好。檢查給水泵，不連軸盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子，靈活無(wú)卡澀。因此，小汽輪機(jī)本身振動(dòng)的因素可以排除，泵本身動(dòng)平衡原因造成振動(dòng)的可能性也不是很大。

(2) 小汽輪機(jī)與泵連軸時(shí)找正不合要求。檢查安裝找正的數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核找正數(shù)據(jù)，均符合要求。

(3) 檢查聯(lián)軸器本身，沒(méi)有質(zhì)量缺陷。但發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器兩頭嚙合齒輪部位缺潤(rùn)滑油，處于一種干態(tài)嚙合碰撞的狀態(tài)。檢查聯(lián)軸器護(hù)罩上的噴油管，發(fā)現(xiàn)在“Y”型噴油管的分叉處，焊口破裂。潤(rùn)滑油從裂口泄漏，噴灑不到連接齒輪上，從而造成齒輪缺油。

因此，聯(lián)軸器噴油管破裂造成齒輪缺油是產(chǎn)生泵組振動(dòng)的原因。

3.3.2 處理措施

因?yàn)槁?lián)軸器噴油管破裂，使齒輪缺潤(rùn)滑油造成齒輪干磨碰撞引起振動(dòng)，修復(fù)“Y”型噴油管后，啟泵運(yùn)行，軸承振動(dòng)恢復(fù)正常。

3.4 汽泵轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)定

在汽動(dòng)給水泵調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)汽泵轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，調(diào)門擺動(dòng)。

3.4.1 可能原因排查

通過(guò)分析，調(diào)門出現(xiàn)擺動(dòng)，有以下幾種可能性。

(1) 蒸汽參數(shù)急劇波動(dòng)，造成轉(zhuǎn)速波動(dòng)。經(jīng)檢查調(diào)門擺動(dòng)時(shí)的參數(shù)曲線，參數(shù)是穩(wěn)定的。

(2) 控制油壓波動(dòng)。檢查控制油壓曲線，油壓穩(wěn)定。

(3) 伺服閥或油動(dòng)機(jī)故障。以單獨(dú)閥位方式操作調(diào)門，調(diào)門工作正常，無(wú)擺動(dòng)現(xiàn)象，說(shuō)明伺服閥無(wú)問(wèn)題。

(4) 調(diào)節(jié)輸出回路干擾。伺服閥輸出是大電流信號(hào)，電磁干擾造成輸出波動(dòng)的影響比較小，而且閥位控制方式時(shí)不波動(dòng)，說(shuō)明輸出回路無(wú)問(wèn)題。

(5) 自動(dòng)調(diào)節(jié)回路有問(wèn)題或參數(shù)設(shè)置不合適。重新檢查MEH控制回路及有關(guān)參數(shù)，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

(6) 轉(zhuǎn)速信號(hào)不穩(wěn)定。在轉(zhuǎn)速控制方式下，當(dāng)測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)干擾時(shí)，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速要跟蹤給定指令，調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)會(huì)造成調(diào)門擺動(dòng)。把調(diào)門切換成閥位控制方式，保持調(diào)門開(kāi)度不變，檢查小汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速回路確實(shí)存在干擾，轉(zhuǎn)速有不穩(wěn)定現(xiàn)象。分析產(chǎn)生干擾的原因，可能來(lái)自卡件本身，也可能來(lái)自測(cè)量回路或探頭的屏蔽沒(méi)有做好產(chǎn)生電磁干擾。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，探頭至就地接線盒的接線具有屏蔽層，但就地接線盒至MEH端子柜的轉(zhuǎn)速信號(hào)電纜不是屏蔽電纜。

因此，轉(zhuǎn)速信號(hào)回路沒(méi)有屏蔽，應(yīng)是出現(xiàn)干擾信號(hào)的原因。

3.4.2 處理措施

將轉(zhuǎn)速測(cè)量回路的無(wú)屏蔽電纜更換成帶屏蔽層的電纜，并把電纜的屏蔽層在機(jī)柜端單端接地，消減電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量回路的干擾，問(wèn)題解決。

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2 胡大千，壽 兵，龔桂華．一臺(tái)汽動(dòng)給水泵的振動(dòng)分析及處理對(duì)策[J]．江蘇電機(jī)工程，2007(3).

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