楊冬生

河南第二火電建設(shè)公司

1 概述

某電廠兩臺(tái)機(jī)組，是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C200/140-12.75/0.245/535/535-1型，單軸、三缸雙排汽、中間再熱、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。2011年2月7日7:30#1機(jī)組停機(jī)，#2機(jī)組的供熱量由原來(lái)的約200t/h增大到約300t/h。2011年2月8日23：00#1機(jī)組開(kāi)機(jī)后帶熱負(fù)荷，#2機(jī)組減熱負(fù)荷，恢復(fù)原運(yùn)行方式，但#2機(jī)組高壓缸內(nèi)缸外壁、外缸內(nèi)外壁溫自熱負(fù)荷轉(zhuǎn)移后均出現(xiàn)下降現(xiàn)象，5個(gè)小時(shí)降了17℃，外缸內(nèi)壁溫比外壁溫下降幅度大2℃～3℃。到9日4：50#2機(jī)組高壓缸脹差由原來(lái)的2.9mm增大到3.66mm，投夾層加熱恢復(fù)原高缸脹差后，退出夾層加熱，加熱退出后夾層溫度仍然逐漸降低，最小達(dá)到408℃，高缸脹差增大到4.05mm，直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。為此不得不再次投入夾層加熱運(yùn)行，至使夾層加熱無(wú)法完全退出，這樣一旦出現(xiàn)機(jī)組甩負(fù)荷，無(wú)法快速切斷所有入缸汽源，易造成機(jī)組超速飛車事故。只有通過(guò)分析找出缸溫下降的真正原因，才能掌握機(jī)組運(yùn)行狀況，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1 高壓缸夾層加熱系統(tǒng)圖

圖2 高壓缸夾層加熱管系簡(jiǎn)圖

圖3

2 原因分析

大機(jī)組的高壓缸一般都設(shè)計(jì)為雙層缸，并設(shè)計(jì)有汽缸夾層、法蘭加熱系統(tǒng)。200MW高壓缸夾層加熱系統(tǒng)見(jiàn)圖1,夾層加熱管系簡(jiǎn)圖2。

機(jī)組在額定工況運(yùn)行時(shí)，設(shè)計(jì)夾層溫度Ⅰ區(qū)470℃,Ⅱ區(qū)369℃，壓力Ⅰ區(qū)略高于Ⅱ區(qū)。

造成Ⅰ區(qū)外缸內(nèi)壁溫度降低的原因并不多，主要是流經(jīng)夾層Ⅰ區(qū)的高溫高壓汽體量少，二是外缸金屬層導(dǎo)熱量增大。因?yàn)橥飧淄獗跍囟冉档乃俣葲](méi)有內(nèi)壁降的快，可排除第二個(gè)原因。夾層內(nèi)蒸汽溫度降低的原因分析見(jiàn)圖3。

對(duì)以上分析出的末端原因進(jìn)行逐一排除：①高壓除氧器壓力，雖然機(jī)組在供熱量變化的過(guò)程中出現(xiàn)大幅變化，但穩(wěn)定后和以前壓力一樣，不是主要原因。②高缸前第二汽封套內(nèi)有部分汽封弧段張開(kāi)和③大套內(nèi)有部分汽封弧段浮起原因不易排除。在后面分析。④調(diào)速級(jí)壓力降低，由表1可知調(diào)節(jié)級(jí)壓力較以前同等條件基本一樣，可排除。⑤外缸疏水閥門不嚴(yán)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，此閥體溫度只有35℃，非要因。⑥圖2f閥門漏量大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)可排除。⑦⑧⑨可以通過(guò)一抽壓力變化進(jìn)行排除，由表1可知一抽壓力較以前沒(méi)有提高。

圖4

為確認(rèn)原因②和③，下面從汽封工作原理和現(xiàn)象上分析證明此處汽封弧段可能出現(xiàn)的情況。此處軸封采用的是可調(diào)式布萊登汽封，內(nèi)缸大套內(nèi)共有9道，高壓缸前第二汽封套內(nèi)是5道。布萊登汽封結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4。

工作原理及工作過(guò)程：自由狀態(tài)下，在彈簧力的作用下汽封弧塊是處于張開(kāi)狀態(tài)而遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，隨著蒸汽流量的增加在汽封弧塊進(jìn)汽側(cè)和出汽側(cè)蒸汽壓力差的作用下，汽封出汽側(cè)的脖頸處與汽封槽道貼合，這樣在汽封弧塊進(jìn)汽槽處形成半封閉腔室，此處的壓力等于進(jìn)汽側(cè)壓力為P1，對(duì)汽封弧塊背部產(chǎn)生的作用力為F1，出汽側(cè)蒸汽壓力為P2，對(duì)汽封弧塊產(chǎn)生的作用力為F2，蒸汽流過(guò)汽封齒和通道時(shí)對(duì)汽封弧段產(chǎn)生的蒸汽壓力為P3，張開(kāi)作用力為F3，汽封弧塊中間壓簧產(chǎn)生的張開(kāi)作用力F4，汽封弧塊由閉合和張開(kāi)之間移動(dòng)時(shí)與汽封槽之間產(chǎn)生的摩擦力F5，當(dāng)①F1+F2F3+F4+F5,汽封弧塊閉合。按照設(shè)計(jì)蒸汽量達(dá)到3%～28%時(shí)，布萊登汽封逐級(jí)關(guān)閉，當(dāng)蒸汽流量減少到3%時(shí)全部關(guān)閉。

但在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)橹圃煺`差和安裝工藝造成汽封不能正常閉合現(xiàn)象也有，如其它電廠125MW和200MW等，多因加工尺寸和安裝質(zhì)量。本臺(tái)機(jī)組安裝的布萊登汽封較以前使用的汽封塊，厚度大約2mm，安裝后退讓間隙小只有約1mm。這也增加了此處汽封狀態(tài)的不確定性。

在運(yùn)行工況下，根據(jù)布萊登汽封閉合條件，增大進(jìn)汽壓力，增大出汽側(cè)蒸汽壓力或降低汽封齒和通道對(duì)汽封產(chǎn)生的作用力都能提高汽封弧段的閉合力，但是增大出汽側(cè)蒸汽壓力后，汽封弧段內(nèi)側(cè)蒸氣壓力必然增加，參考梳齒式汽封的工作原理。

圖5

把軸封看成許多個(gè)狹小通道及相間的小室串聯(lián)而成的，蒸汽從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，流經(jīng)每個(gè)汽封齒尖的蒸汽流量相等公式G=uAxCxρ（G：質(zhì)量流量、u：修正系數(shù)、Ax：通流面積、Cx：流速、ρ：密度），當(dāng)蒸汽流經(jīng)汽封齒對(duì)應(yīng)的狹小通道時(shí)流速增加為t1，壓力由P1降低為P2，當(dāng)蒸汽由汽封齒處狹小通道流到汽室，當(dāng)汽室容積與狹小通道的比值足夠大時(shí)，汽室流速接近為零，動(dòng)能又變成熱能，比焓值不變，比熵值增大，壓力P2不變，蒸汽密度變小，進(jìn)入第二個(gè)汽封齒時(shí)流速增大為t2，壓力由P2降低為P3，蒸汽從第二個(gè)汽封齒流到汽室時(shí)，流速降低、密度再變小。這樣蒸汽流經(jīng)各汽封齒時(shí)不斷膨脹、密度不斷減小，流速不斷增大，壓力不斷降低，齒數(shù)越多壓降越多。高壓缸前軸封一般設(shè)計(jì)一塊有高低十道齒，所以每塊汽封弧段后蒸汽壓力略小于汽封弧段內(nèi)蒸汽的平均壓力。這是在圖五δ與汽封高度相比非常小的情況下，如果δ逐漸變大，汽封弧段內(nèi)側(cè)壓力和弧段后的壓力均增大，但汽封弧段內(nèi)側(cè)壓力比弧段后的壓力增大的快，及P3〉P2，另外，退讓間隙越大，弧段之間的間隙越大，弧段進(jìn)汽側(cè)形成的汽室越不嚴(yán)，蒸汽在汽室內(nèi)對(duì)汽封弧段向內(nèi)推力越小，也就是說(shuō)汽封塊的退讓間隙越大汽封弧段需要的閉合力越大（忽略彈簧張力的變化），相反間隙越小閉合力越小。查閱機(jī)組大修記錄此處汽封弧段的退讓間隙，上次大修只有約1.0mm，本次大修平均約2.0mm。

影響布萊登汽封閉合力的重要因素是質(zhì)量和退讓間隙，質(zhì)量偏重閉合力會(huì)小于設(shè)計(jì)值，而退讓間隙變大會(huì)增大閉合力。可以確定本次大修后較上次大修閉合力的初始值應(yīng)增大了。

查閱機(jī)組運(yùn)行歷史記錄2011年2月7日7：40，#1機(jī)組打閘停機(jī)，#2機(jī)組供熱量增加和8日19：00機(jī)組供熱量減小高壓缸夾層溫降低的過(guò)程詳見(jiàn)表1。

從圖2可知一段抽汽壓力的變化基本反映出夾層壓力的變化，從電腦歷史趨勢(shì)分析，高壓缸外缸內(nèi)壁溫比外缸外壁溫降的早，這一現(xiàn)象發(fā)生在機(jī)組減少供熱量后。說(shuō)明機(jī)組供熱量大幅變化后，高壓缸夾層從Ⅰ區(qū)流向Ⅱ區(qū)的蒸汽量減少，溫度降低。因Ⅱ區(qū)及一段抽汽壓力變化不大，溫度降低2℃～3℃，所以可以確定Ⅰ區(qū)壓力降低是造成汽缸夾層溫度降低的主要原因。造成Ⅰ區(qū)蒸汽壓力降低的原因由以上分析只能說(shuō)明在機(jī)組熱負(fù)荷大幅變化過(guò)程中，不是高壓缸內(nèi)缸大套內(nèi)汽封弧段出現(xiàn)浮起就是第二個(gè)汽封套內(nèi)汽封弧段出現(xiàn)張開(kāi)。

表1

從脹差變化分析，按照表一高壓缸溫度變化情況，外缸內(nèi)外壁溫I區(qū)平均降約15度，Ⅱ區(qū)溫度降低2度忽略不算，高壓缸夾層I區(qū)長(zhǎng)約1米計(jì)算，脹差增大△L=L*△T*a=1*15*12.2%=1.63mm。假設(shè)是大套汽封弧段無(wú)變化，因汽封大套背壓降低，流經(jīng)大套內(nèi)側(cè)的汽封漏汽量應(yīng)該增加，又因蒸汽在汽封弧段內(nèi)是等焓膨脹的過(guò)程，在進(jìn)汽同等參數(shù)下，高壓缸內(nèi)缸內(nèi)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度不會(huì)收縮，第二個(gè)汽封套出現(xiàn)張開(kāi)，漏汽量增大，轉(zhuǎn)子應(yīng)加熱變長(zhǎng)，這樣高缸脹差應(yīng)大于或等于1.63mm。而實(shí)際對(duì)應(yīng)的高缸脹差只增加了0.5mm。所以高壓內(nèi)缸大套汽封弧段浮起應(yīng)是高壓缸夾層溫度降低的主要原因。

通過(guò)這次分析，我們發(fā)現(xiàn)#2機(jī)組采用的布萊登汽封在機(jī)組滿負(fù)荷情況下仍存在沒(méi)有浮起現(xiàn)象。這也迫使我們對(duì)布萊登汽封的安裝工藝應(yīng)進(jìn)行重新考慮，廠里沿用的布萊登汽封驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和安裝工藝不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要。需要制定更加科學(xué)嚴(yán)格的布萊登汽封驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和安裝工藝。

建議在汽封一漏抽汽口增加測(cè)點(diǎn)和閥門，進(jìn)一步確認(rèn)調(diào)整軸封漏汽量。考慮布萊登汽封啟閉條件，汽封弧段的退讓間隙、汽封塊重量、彈簧強(qiáng)度及汽封槽道的光潔度等都要認(rèn)真核對(duì)。在低壓區(qū)或汽封大套后幾道布萊登汽封，可考慮將汽封弧段的退讓間隙變小，汽封塊重量減輕等措施，減小閉合力初始值。

[1]褚偉.重慶大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文.傳統(tǒng)汽封和新型結(jié)構(gòu)及工作原理