華能國際電力股份有限公司上安電廠 李寒冰 馮玉朝 趙 虎

電廠汽輪機(jī)（以下簡稱“汽輪機(jī)”）作為火力發(fā)電廠中的三大主要設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運(yùn)行與否，就決定了發(fā)電廠能否長期穩(wěn)定的運(yùn)營。如果，在日常運(yùn)行中汽輪機(jī)發(fā)生重大缺陷（或故障），不僅會(huì)影響汽輪發(fā)電機(jī)組安全、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行，還會(huì)對火力發(fā)電廠造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失[1]。因此，電廠汽輪機(jī)的檢修及維護(hù)就顯得格外重要，高質(zhì)量的檢修與可靠的維護(hù)就保證了汽輪機(jī)在其有限的“職業(yè)生涯”中，降低了汽輪機(jī)非故障停機(jī)率，提高了汽輪機(jī)的工作效率。

1 背景

汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，不可避免的發(fā)生一些或大或小的缺陷（或故障），那么，對于這些缺陷（或故障）如何有效的處理就變得尤為重要。對于汽輪機(jī)而言，其所發(fā)生缺陷的處理方式主要有以下兩種形式：計(jì)劃檢修（以下簡稱“大修”）與日常維護(hù)（以下簡稱“維護(hù)”）。這里所說的大修，就是大家通常所說的汽輪機(jī)本體檢修，其包含高中壓缸及低壓缸揭缸檢修、軸瓦及密封瓦檢修、轉(zhuǎn)子檢修、隔板檢修等；而維護(hù)，就是說在兩個(gè)大修周期之間，及正常運(yùn)行期間，進(jìn)行的一些消除缺陷或減弱缺陷影響程度的日常工作。

由于汽輪機(jī)自身的特點(diǎn)及其工作特性，其大修周期之間的時(shí)間跨度是比較漫長的。以600MW汽輪發(fā)電機(jī)組為例[1]，其600MW汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)大修周期一般為8年（而進(jìn)口機(jī)組一般為10年），這也就是說，在這8年（或10年）的時(shí)間跨度內(nèi)，是不具備條件進(jìn)行汽輪機(jī)大修的，那么，這也勢必造成了一系列問題，如在汽輪機(jī)運(yùn)行期間，并且距離下次汽輪機(jī)大修還有較長時(shí)間，汽輪機(jī)所發(fā)生缺陷（或故障）該如何處理，是否等到大修時(shí)在進(jìn)行處理，或者臨時(shí)對汽輪機(jī)進(jìn)行大修，顯然不切實(shí)際，也是絕不允許的，汽輪機(jī)大修需要消耗較大的人力、物力、財(cái)力，那這就需要工作人員在汽輪機(jī)日常運(yùn)行期間進(jìn)行維護(hù)，正是通過工作人員的維護(hù)，用以消除缺陷，或者可以說延緩缺陷的發(fā)展速度，來達(dá)到汽輪發(fā)電機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，從而確?；鹆Πl(fā)電廠能夠長期安全穩(wěn)定的運(yùn)營。這也就體現(xiàn)出了汽輪機(jī)維護(hù)的重要性。

2 常見缺陷介紹

汽輪機(jī)在日常運(yùn)行過程中發(fā)生的缺陷（或故障）有很多種，按照其發(fā)生缺陷的種類可分為以下三大類：異音、泄（滲）漏、關(guān)鍵參數(shù)超標(biāo)。

下文對這三類缺陷的主要表現(xiàn)形式進(jìn)行介紹。

2.1 異音

汽輪機(jī)的異音有很多，較為常見的低壓缸內(nèi)異音、軸封異音及前箱異音。低壓缸內(nèi)異音來源主要是低壓缸內(nèi)動(dòng)靜摩擦的聲音，而動(dòng)靜摩擦多發(fā)生在隔板軸封汽封齒與轉(zhuǎn)子、葉輪外櫞與隔板葉頂汽封齒之間的摩擦，這種異音多發(fā)生在汽輪機(jī)大修后，開機(jī)過程中，其多為汽輪機(jī)暖機(jī)不充分造成的，在經(jīng)過充分暖機(jī)后，此類異音可自行消除，軸封異音也多為此種現(xiàn)象。

低壓缸內(nèi)異音的另外一種來源是由于低壓內(nèi)缸隔熱板焊點(diǎn)（或鉚釘）松脫，造成隔熱板受到內(nèi)外缸之間汽流的影響，而產(chǎn)生的聲音，這種異音多會(huì)隨著發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的增加，聲音有增大的趨勢，并且此種異音不會(huì)自行消除。

2.2 泄（滲）漏

常見的汽輪機(jī)的泄漏可概括為兩種：一種是漏油（內(nèi)漏與外漏），另一種是漏汽。漏油多發(fā)生在油擋、密封瓦等位置；而漏汽多為軸封漏汽。

油擋漏油的程度多為輕微滲油，油擋漏油是由于機(jī)組常年運(yùn)行，轉(zhuǎn)子與油擋齒相互摩擦，間隙逐漸超標(biāo)而造成的，此類缺陷一般在汽輪機(jī)大修時(shí)更換油擋齒來解決。密封瓦漏油多為內(nèi)漏（輕微），一般通過發(fā)電機(jī)油探測器報(bào)警來提前發(fā)現(xiàn)，也就是人們通常所說的發(fā)電機(jī)進(jìn)油，此類缺陷多通過調(diào)整氫油差壓來緩解甚至消除發(fā)電機(jī)進(jìn)油的現(xiàn)象。

漏汽常見的多為軸封漏汽，包含高、中壓缸軸封漏汽及低壓缸軸封漏汽兩種。軸封漏汽多為軸封進(jìn)排汽匹配不均，與軸封間隙超標(biāo)造成的，前一種可以通過調(diào)整進(jìn)排汽閥門的大小來解決，而后一種就需要大修時(shí)更換汽封圈或者重新調(diào)整汽封間隙來解決。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)超標(biāo)

本文對關(guān)鍵參數(shù)超標(biāo)主要介紹兩種：一種是軸瓦振動(dòng)超標(biāo)，另一種是軸瓦瓦溫超標(biāo)。

軸瓦振動(dòng)超標(biāo)產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，一般是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、軸系中心不正、油膜自激振蕩、汽流激振、轉(zhuǎn)子彎曲等因素造成的[2]。軸瓦瓦溫超標(biāo)產(chǎn)生的原因多伴隨著軸瓦振動(dòng)同時(shí)發(fā)生，在這里就不再贅述。

汽輪機(jī)發(fā)生的缺陷往往都不是單一存在的，時(shí)常是相互伴隨而發(fā)生，如軸瓦振動(dòng)超標(biāo)多伴隨著軸封異音而發(fā)生，反過來動(dòng)靜部件的摩擦，又會(huì)造成軸瓦振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象的存在。再例如，軸封漏汽缺陷發(fā)生的同時(shí)，伴隨著軸瓦潤滑油油質(zhì)含水量超標(biāo)，也是一種連鎖反應(yīng)。

3 軸封漏汽的原因及危害

常見的軸封漏汽的位置多發(fā)生在低壓缸軸封的位置上。高壓缸后軸封與中壓缸后軸封因?yàn)槠涔ぷ魑恢玫年P(guān)系，較少的發(fā)生軸封漏汽的現(xiàn)象。而低壓缸軸封工作的位置一側(cè)是大氣，另一側(cè)就是低壓內(nèi)外缸之間的真空環(huán)境，并且在大修過程中，低壓缸軸封間隙的調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)要低于高中壓缸，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長，轉(zhuǎn)子與軸封汽封齒之間的摩擦，或者是軸封汽封圈回彈效果變差，就造成了軸封漏汽的不斷擴(kuò)大。

下文通過分析軸封漏汽產(chǎn)生的原因及其造成的危害，來討論在汽輪機(jī)運(yùn)行中采用的一種消缺方案，用以解決因軸封漏汽而引發(fā)的一些連鎖反應(yīng)，如主機(jī)潤滑油中含水超標(biāo)的問題，為發(fā)電機(jī)組的長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供一些保障。

3.1 產(chǎn)生的原因[3]

3.1.1 汽封間隙調(diào)整不合格

汽封間隙包括汽封塊退讓間隙、汽封塊膨脹間隙、汽封齒與轉(zhuǎn)子之間的徑向間隙等數(shù)據(jù)，其在汽輪機(jī)檢修規(guī)程中標(biāo)準(zhǔn)要求較高。在大修調(diào)整汽封間隙時(shí)，因某種原因造成的汽封塊退讓間隙調(diào)整不合格，或膨脹間隙調(diào)整不合格造成汽封塊膨脹后卡死，而引起的汽封塊無法回彈，這使得汽封齒與轉(zhuǎn)子之間的徑向間隙超標(biāo)，而起不到密封的作用，以及兩汽封塊橫斷面間隙超標(biāo)等，就會(huì)造成在運(yùn)行中蒸汽沿兩塊汽封塊之間的縫隙流動(dòng)而產(chǎn)生軸封漏汽的現(xiàn)象。

3.1.2 動(dòng)靜碰磨

汽輪機(jī)在啟動(dòng)過程中，如果暖機(jī)不充分，勢必會(huì)造成汽封圈膨脹與轉(zhuǎn)子膨脹不匹配，當(dāng)進(jìn)行汽輪機(jī)沖車的過程中，就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子與汽封齒碰磨的現(xiàn)象，隨著摩擦?xí)r間的延長，輕者將汽封齒尖銳部位磨平，造成汽封間隙超標(biāo)，就會(huì)引發(fā)運(yùn)行階段的漏汽或漏真空。嚴(yán)重者由于摩擦部位接觸面積過大，引起軸瓦振動(dòng)超標(biāo)，造成機(jī)組無法啟動(dòng)。

3.1.3 汽封塊活動(dòng)失效

隨著汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間的延長，由于汽封塊長期處在高溫、高濕的工作環(huán)境中，隨著時(shí)間的推移，汽封塊表面氧化皮的厚度不斷增加，使得原本調(diào)整好的汽封塊退讓間隙變小，引起的汽封圈活動(dòng)受限；或者汽封塊彈簧失效（或斷裂），造成汽封塊活動(dòng)失效而卡死，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過程中，汽封圈無法與轉(zhuǎn)子良好的配合，汽封齒與轉(zhuǎn)子之間的間隙超標(biāo)，從而引發(fā)軸封漏汽。

3.1.4 軸封進(jìn)、排汽量分配不合理

在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，軸封進(jìn)、排汽量是有一定的要求的，如果進(jìn)汽量過大，排汽量過小，勢必會(huì)造成軸封漏汽（外漏汽）的現(xiàn)象，如果進(jìn)汽量過小，而排汽量過大，對于低壓缸而言，就會(huì)造成漏真空（內(nèi)漏汽）的現(xiàn)象，不過此兩種漏汽的問題可通過調(diào)整進(jìn)、排汽量閥門開度的大小來調(diào)整，直到軸封進(jìn)、排汽量分配合理為止。

3.2 造成的危害

3.2.1 油中含水超標(biāo)

在汽輪機(jī)的整體結(jié)構(gòu)布局中，軸封的位置與軸承箱的位置之間的距離相對較近（多數(shù)情況僅為90～110mm），如果軸封的位置發(fā)生向外漏汽的情況，由于軸承箱中是微負(fù)壓的環(huán)境，那么，軸封漏出的蒸汽，就有一部分會(huì)沿著軸流入軸承箱中，在對軸承有一定的加熱作用的同時(shí)，會(huì)對主機(jī)潤滑油中水分的含量增多，俗稱“油中進(jìn)水”。隨著時(shí)間的推移，主機(jī)潤滑油油質(zhì)惡化，乳化程度不斷加重，在縮短了主機(jī)潤滑油的使用壽命的同時(shí)，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致軸承潤滑度降低，造成軸瓦溫度偏高，更甚者引起軸瓦鎢金燒毀的嚴(yán)重事故，直接影響到汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.2 熱損失增高

汽輪機(jī)外部損失包括機(jī)械損失及漏汽損失，漏氣損失主要是軸封漏汽損失，隨著軸封漏汽量的增加，軸封損失增加，汽輪機(jī)效率降低。與此同時(shí)，軸封的汽源多為輔助蒸汽和冷再蒸汽，這些蒸汽的品質(zhì)相對來說是比較高的，軸封漏汽的增大會(huì)造成高溫介質(zhì)的浪費(fèi)，汽輪機(jī)熱損失增大，造成機(jī)組效率下降，對汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成不小的威脅。

3.2.3 汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性變差

軸封漏汽的形式包含兩種：外漏與內(nèi)漏。軸封漏汽通常所指軸封外漏，而軸封內(nèi)漏指的是漏真空。軸封內(nèi)漏是蒸汽向汽缸內(nèi)漏汽，如果低壓缸軸封內(nèi)漏過大，會(huì)造成真空嚴(yán)密性變差，排汽溫度增高，使得汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性明顯下降；如果是高中壓軸封漏汽，還會(huì)使得軸承溫度增高，可能會(huì)引起汽輪機(jī)軸承振動(dòng)增大等一系列連鎖反應(yīng)，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)長周期安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

4 軸封漏汽在線處理方案

4.1 軸封系統(tǒng)的工作原理

某廠330MW汽輪機(jī)是由東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的，以低壓缸軸封為例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其汽封形式為梳齒型汽封，每級汽封是由6塊扇形汽封塊組成，每塊汽封塊背面各有一片不銹鋼彈簧片作為緩沖補(bǔ)償，當(dāng)軸與汽封塊碰磨時(shí)，汽封塊自動(dòng)彈開。由于軸封進(jìn)、排汽溫度及壓力的不同，汽封圈共分為5級，進(jìn)汽側(cè)汽封圈共分為3級，排汽側(cè)汽封圈為1級，進(jìn)汽側(cè)與排汽側(cè)有1級汽封圈，也就將其分割成一個(gè)進(jìn)汽腔室和一個(gè)排汽腔室，分別與低壓蒸汽管網(wǎng)、軸封加熱器相連。

圖1 330MW汽輪機(jī)低壓缸軸封結(jié)構(gòu)圖

汽封供汽進(jìn)入汽封套的進(jìn)汽腔室，蒸汽通過汽封圈逐級降壓，分別流向排汽腔室與低壓缸內(nèi)，排汽腔室與低壓缸內(nèi)部均為負(fù)壓，一部分蒸汽經(jīng)過排汽腔室排至軸封加熱器，另一部分蒸汽經(jīng)過低壓缸排至凝汽器，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽零外漏，以及低壓缸零漏真空。

4.2 方案提出的原因

該330MW汽輪機(jī)分別在2017年和2020年先后出現(xiàn)高壓后軸封漏汽和低壓缸后軸封漏汽的故障（該機(jī)組分別在2012年與2018年各進(jìn)行一次大修）。具體表現(xiàn)為汽輪機(jī)軸端有明顯的蒸汽泄漏痕跡，用手靠近低壓外缸與軸承室之間能明顯感覺到高溫蒸汽的灼燙，同時(shí)泄漏出來的部分高溫蒸汽沿軸的軸線方向流進(jìn)軸承箱內(nèi)部，造成主機(jī)潤滑油中含水量長期超標(biāo)。其中，高壓缸后軸封漏汽除出現(xiàn)主機(jī)潤滑油中含水超標(biāo)的問題，在運(yùn)行一段時(shí)間后，1瓦振動(dòng)隨著時(shí)間的推移逐漸增大至報(bào)警值，對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響。因此，為了解決軸封漏汽的問題，同時(shí)為使以后的同類工作能在問題的初期發(fā)展階段就進(jìn)行干預(yù)，特制作了一套加裝在軸封套外部的模擬汽封裝置，以延緩故障的發(fā)展速度。

4.3 在線處理方案

由于該機(jī)組尚未達(dá)到大修年限，為了避免機(jī)組運(yùn)行中發(fā)生更嚴(yán)重的不可逆的設(shè)備損壞及經(jīng)濟(jì)損失，參考汽封系統(tǒng)的工作原理，經(jīng)分析，在軸封套外部加裝一個(gè)模擬“汽封裝置”，該裝置氣源采用更容易得到的壓縮空氣，經(jīng)過試裝試驗(yàn)，該裝置能有效的降低軸封漏汽進(jìn)入軸承箱的進(jìn)汽量。但是，由于壓縮空氣的溫度基本與室溫相同，甚至更低，相對于軸封位置的軸徑溫度，相差較大，為防止軸徑位置因冷空氣的進(jìn)入而產(chǎn)生熱應(yīng)力集中的現(xiàn)象，特對模擬“汽封裝置”進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)方案就是在壓縮空氣進(jìn)入圓弧管段前增加一個(gè)換熱單元，用于提高壓縮空氣的溫度，來降低壓縮空氣對軸徑的熱應(yīng)力損傷。改進(jìn)后的模擬汽封裝置如圖2所示，這個(gè)模擬裝置由換熱單元和出氣單元組成，出氣單元即為該模擬裝置的圓弧段。

圖2 改進(jìn)后的臨時(shí)汽封裝置

該模擬汽封裝置的半圓弧出氣單元的開孔位置也進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化，將開孔的位置選在左斜下方45°（由換熱單元箱出氣單元方向看），使得出氣方向正對汽封塊與軸肩之間的間隙，從而使漏汽量減小，或者改變漏汽流向，從而解決主機(jī)潤滑油中含水超標(biāo)的問題，間接的解決了主機(jī)潤滑油乳化程度加重的不利因素。

5 結(jié)語

在經(jīng)過加裝模擬汽封裝置后，主機(jī)潤滑油中含水量得到明顯地降低，使其長期在標(biāo)準(zhǔn)水平線（100mg/L）以下，較好地改善了軸承的工作環(huán)境，為汽輪機(jī)的長期安全穩(wěn)定的運(yùn)行創(chuàng)造了良好的條件。