蔡維中

[中科（廣東）煉化有限公司，廣東 湛江 524076]

0 引言

某電廠新建兩臺135MW亞臨界超高溫汽輪發(fā)電機(jī)組，首臺三號機(jī)組經(jīng)過冷態(tài)啟動、熱態(tài)調(diào)試及168 h滿負(fù)荷連續(xù)試運已投產(chǎn)，四號機(jī)組在汽輪機(jī)首次并網(wǎng)解列降速過程中，發(fā)生了劇烈振動，導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子發(fā)生永久彎曲，無法正常啟動定速。針對四號汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子永久彎曲的原因進(jìn)行分析，提出預(yù)防措施，并在汽輪機(jī)返修完成后續(xù)啟動過程中得以實施并取得一定效果，機(jī)組通過試運得以順利投產(chǎn)。

1 設(shè)備概況

新建的兩臺三、四號135 MW亞臨界超高溫汽輪發(fā)電機(jī)組，高壓和中低壓采用分缸結(jié)構(gòu)，高壓為反動式設(shè)計，雙層缸結(jié)構(gòu)，汽輪機(jī)啟動方式為中壓缸啟動，配有高壓缸預(yù)暖系統(tǒng)，在機(jī)組冷態(tài)啟動前對高壓缸進(jìn)行倒暖[1]。

高壓通流部分設(shè)計為反向流動，高壓主汽閥立式布置在高壓調(diào)節(jié)閥上，高壓調(diào)節(jié)閥臥式布置在汽缸兩側(cè)，通過螺栓與高壓缸剛性連接。來自鍋爐過熱器的新蒸汽通過高壓主汽閥和高壓調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)入高壓通流部分，經(jīng)過28個壓力級做功后，由高壓缸前端下部的高壓排汽口排出，經(jīng)冷端再熱蒸汽管道去往鍋爐再熱器。

中低壓部分為單向流動，中壓聯(lián)合汽閥布置在汽缸兩側(cè)，通過螺栓與中壓缸前部剛性連接。再熱蒸汽通過2根熱段再熱汽管道進(jìn)入中壓聯(lián)合汽閥后直接進(jìn)入中低壓通流部分，在汽缸中經(jīng)過17個壓力級做功后，由汽缸后部的排汽室向下排入凝汽器。汽輪機(jī)主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 汽輪機(jī)主要設(shè)計參數(shù)

2 異常經(jīng)過及原因分析

2.1 異常經(jīng)過

四號汽輪機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)，順利定速3000 r/min，但由于主油箱內(nèi)潤滑油注油器進(jìn)口管道法蘭泄漏，潤滑油壓力偏低，打閘停機(jī)處理，打閘后機(jī)組惰走時間和振動參數(shù)正常，盤車順利投入。

四號汽輪機(jī)組第二次啟動沖轉(zhuǎn)后定速3000 r/min，機(jī)組參數(shù)正常，進(jìn)行首次并網(wǎng)前電氣試驗，試驗結(jié)束后順利并網(wǎng)，帶40 MW負(fù)荷暖機(jī)運行，機(jī)組汽封已切換至自密封，各項參數(shù)正常。汽輪機(jī)帶負(fù)荷運行高壓缸缸溫升至420℃，計劃進(jìn)行汽輪機(jī)閥門嚴(yán)密性試驗及超速試驗[2]，汽輪機(jī)解列開始進(jìn)行主汽門嚴(yán)密性試驗，汽輪機(jī)降速至1858 r/min時，2W振動開始快速上升，轉(zhuǎn)速下降至1366 r/min后振動上升至254 μm后聯(lián)鎖跳閘汽輪機(jī)，之后振動繼續(xù)上升，最大值達(dá)到412 μm，惰走結(jié)束后盤車堵轉(zhuǎn)，采用人工手動盤車20 min后投入連續(xù)盤車，機(jī)組惰走時間僅10 min，大軸偏心最大值278 μm，盤車2 h候回落至22 μm后緩慢上升至50 μm維持穩(wěn)定。

降速過程中2WX方向的振動與轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖1所示。

圖1 2W X方向振動

異常發(fā)生后，現(xiàn)場開缸對高壓缸內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)高壓內(nèi)缸汽封片及高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)缸進(jìn)汽端汽封齒磨損嚴(yán)重，高壓轉(zhuǎn)子最大彎曲點位于轉(zhuǎn)子內(nèi)缸汽封位置，彎曲最大值為0.18 mm，高壓轉(zhuǎn)子發(fā)生永久彎曲變形。高壓轉(zhuǎn)子磨損情況如圖2所示。

2.2 原因分析

（1）機(jī)組首次冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)、定速及降速過程中各項參數(shù)正常，惰走時間正常，說明轉(zhuǎn)子動平衡符合要求。

（2）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子存在鑄造應(yīng)力未釋放，在并網(wǎng)運行轉(zhuǎn)子充分受熱膨脹后，發(fā)生臨時熱彎曲，機(jī)組并網(wǎng)運行時，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速，大軸熱彎曲方向和轉(zhuǎn)子不平衡離心力方向相反，兩者相互抵消，因此動靜碰磨較為輕微。

（3）在并網(wǎng)帶負(fù)荷運行解列后，降速過程中出現(xiàn)振動異常，經(jīng)查高壓轉(zhuǎn)子軸心軌跡圖，機(jī)組解列前軸心軌跡已出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，說明轉(zhuǎn)子充分受熱膨脹后出現(xiàn)了臨時熱彎曲[3]。轉(zhuǎn)子軸心軌跡圖如圖3。高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)缸汽封齒及高壓內(nèi)缸汽封片磨損嚴(yán)重，可以確定該位置發(fā)生了劇烈的動靜碰磨，機(jī)組降速階段振動快速上升剛好發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，由于共振影響振動發(fā)散，加劇了動靜碰磨的強(qiáng)度，造成了轉(zhuǎn)子局部溫度過熱。

圖3 2X轉(zhuǎn)子軸心軌跡

（4）停機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降低至臨界轉(zhuǎn)速區(qū)后，由于轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速，大軸的彎曲方向和轉(zhuǎn)子不平衡離心力方向基本一致，兩者疊加出現(xiàn)越磨越彎、越彎越磨的情況，產(chǎn)生惡性循環(huán)，同時由于軸封供汽溫度偏低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部受冷，加劇了轉(zhuǎn)子熱彎曲，致使動靜碰磨越發(fā)強(qiáng)烈。

（5）停機(jī)冷卻過程中，轉(zhuǎn)子動靜碰磨局部受熱摩擦部位受周圍低溫金屬影響溫度下降較快[4]，溫度較為均勻后，周圍金屬的壓縮應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄嗟睦鞈?yīng)力，造成大軸永久彎曲變形，因此出現(xiàn)大軸偏心值先下降至原始值而后反彈的情況。經(jīng)查，在機(jī)組解列后，軸封外供汽源溫度偏低，與缸溫存在100℃偏差，不符合廠家要求，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降過程中對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子造成冷卻。

3 主要預(yù)防措施及后續(xù)啟機(jī)運行情況

3.1 預(yù)防措施

（1）增加缸溫對軸封汽源的邏輯判斷，機(jī)組運行缸溫超過360℃后，軸封汽源自動切換至主蒸汽供汽汽源，保證汽源溫度能夠滿足缸溫要求，并加強(qiáng)運行監(jiān)視。

（2）新機(jī)組首次并網(wǎng)后需解列進(jìn)行汽輪機(jī)汽門嚴(yán)密性及超速試驗，因此機(jī)組并網(wǎng)暖機(jī)過程中，控制主蒸汽及再熱蒸汽溫度不宜過高，并適當(dāng)增加暖機(jī)時間，充分釋放轉(zhuǎn)子在該運行工況下的殘余應(yīng)力。

（3）機(jī)組再次并網(wǎng)帶負(fù)荷后，緩慢提高蒸汽溫度和機(jī)組負(fù)荷，直至達(dá)到額定蒸汽溫度，以求緩慢充分釋放轉(zhuǎn)子的殘余應(yīng)力。

（4）升溫升負(fù)荷過程中嚴(yán)密監(jiān)視汽輪機(jī)振動變化，發(fā)現(xiàn)振動出現(xiàn)異常情況，維持當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷及溫度穩(wěn)定，待振動異常消除，參數(shù)穩(wěn)定后方可繼續(xù)提升。

3.2 后續(xù)啟機(jī)運行情況

4號機(jī)組返修復(fù)裝完成后再次啟動，順利定速并網(wǎng)帶負(fù)荷暖機(jī)，控制暖機(jī)溫度350℃維持穩(wěn)定，暖機(jī)時間12 h后解列完成了汽門嚴(yán)密性和超速試驗，試驗過程中機(jī)組降速至轉(zhuǎn)速臨界區(qū)后振動最高上升至186 μm后回落，升速過程中機(jī)組振動偏大，但能夠維持在正常范圍內(nèi)，快速并網(wǎng)帶負(fù)荷后通過長時間暖機(jī)，振動逐步恢復(fù)正常，之后按預(yù)防措施升負(fù)荷，順利通過了熱態(tài)調(diào)試和168 h時滿負(fù)荷連續(xù)試運行，轉(zhuǎn)子的殘余應(yīng)力在試運過程中得以充分釋放并消除。

4 結(jié)語

（1）新建機(jī)組，在機(jī)組冷態(tài)啟動沖轉(zhuǎn)過程中，若轉(zhuǎn)子存在殘余應(yīng)力不能明確體現(xiàn)，因此要特別關(guān)注首次并網(wǎng)帶負(fù)荷運行過程中的機(jī)組參數(shù)變化，通過振動分析等手段，提前預(yù)判機(jī)組轉(zhuǎn)子、汽缸膨脹情況是否正常。

（2）新建機(jī)組首次并網(wǎng)后需解列進(jìn)行汽門嚴(yán)密性及超速試驗，因此建議暖機(jī)溫度不宜過高，并適當(dāng)延長暖機(jī)時間，這樣既可以降低機(jī)組缸溫對軸封溫度的要求，也可以充分暖機(jī)，釋放殘余鑄造應(yīng)力。

（3）機(jī)組啟動、停機(jī)和甩負(fù)荷過程中，要特別關(guān)注軸封系統(tǒng)的供汽溫度，建議在控制邏輯里設(shè)置供汽汽源的合理切換，防止因軸封供汽溫度偏差過大造成大軸抱死或設(shè)備損傷。

（4）機(jī)組升速、運行和轉(zhuǎn)速下降過程中若出現(xiàn)振動、大軸偏心等異常增大，需停機(jī)全面檢查，分析原因，充分盤車至參數(shù)恢復(fù)正常，嚴(yán)禁盲目強(qiáng)行啟動造成設(shè)備二次損傷。