抽汽背压式汽轮发电机组大轴弯曲原因分析及预防.pdf

抽汽背匿式汽轮发电机组大轴弯曲原因分析及预防发电设备( 2 0 0 9n o 2 )抽汽背压式汽轮发电机组大轴弯曲原因分析及预防甘智勇，张宇，张宁，张克霞( 天津市电力公司技术中心，天津3 0 0 0 2 2 )摘要：汽轮机发生大轴弯曲事故不但会造成发电机组非计划紧急停机，影响大轴的使用寿命，严重时还会导致大轴永久损坏。而抽汽背压机组大轴弯曲是经常发生的，并伴随振动故障。结合某厂3 号机组实例。分析了抽汽背压机组大轴弯曲的原因是轴封间隙过小和汽缸偏斜，导致动、静部分的碰摩以及转子中心孔进油引起的径向温差不均匀，提出严格执行检修规程和标准能有效防止大轴弯曲。关键词：抽汽背压汽轮机组；大轴弯曲；预防措施中图分类号：t k 2 6 7文献标识码：a文章编号：1 6 7 1 0 8 6 x ( 2 0 0 9 ) 0 2 0 1 1 5 一0 4c a u s ea n a l y s i sa n dp r e v e n t i o no fm a i ns h a f tb e n d i n go fb l e e d i n gb a c k p r e s s u r es t e a mt u r b i n e - g e n e r a t o ru n i tg a nz h i y o n g ，z h a n gy u ，z h a n gn i n g ，z h a n gk e x i a( t e c h n o l o g yc e n t e r ，t i a n j i np o w e rc o m p a n y ，t i a n j i n3 0 0 0 2 2 。c h i n a )a b s t r a c t ：m a i ns h a f tb e n d i n go fs t e a mt u r b i n ec a u s e sn o to n l ye m e r g e n c ys h u t d o w no ft h ep o w e ru n i to u to ft h ep l a n ，i m p a c t i n gt h eu s a g el i f eo ft h es h a f t ，b u ta l s ol e a d st op e r m a n e n td a m a g eo ft h es h a f ti nw o r s ec a s e s a n dt h em a i ns h a f tb e n d i n go fb ! e e d i n gb a c k - p r e s s u r et u r b i n eu n i th a p p e n sf r e q u e n t l y ，a c c o m p a n i e dc o m m o n l yb yv i b r a t i o nf a i l u r e s t h ep r a c t i c eo ft h en o 3u n i ti nap o w e rp l a n ts h o w e d ，t h a tt h er e a s o n so fs h a f tb e n d i n go ft h eb l e e d i n gb a c k p r e s s u r eu n i tw e r et h eo v e rs m a l lg a p so ft h es h a f ts e a l i n ga n dt h ed e f l e c t i o no fc a s i n g s ，c r e a t i n gf r i c t i o nb e t w e e nm o v i n ga n ds t a t i cp a r t s ，a sw e l la st h eu n e v e nr a d i a lt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nd u et ot h er o t o rb o r eo i lf e e d i n g e f f e c t i v em e a s u r e st op r e v e n ts h a f tb e n d i n ga r es t r i c ti m p l e m e n t a t i o no fm a i n t e n a n c ep r o c e d u r e sa n ds t a n d a r d s k e y w o r d s ：b l e e d i n gb a c k p r e s s u r es t e a mt u r b i n e ；m a i ns h a f tb e n d i n g ；p r e v e n t i o nm e a s u r e s汽轮机大轴弯曲事故，是火力发电厂的重大恶性事故之一。事故发生后机组非计划紧急停机，同时转子的校正需要耗费大量的人力、物力，并且停机修复时间长，更严重的是损伤转子的寿命，甚至可能导致转子报废。大轴弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。热弹性弯曲是指转子内部温度分布不均匀，转子受热膨胀而造成的弯曲。当转子内部温度均匀后这种热弯曲会自然消失。永久性弯曲则不同，当转子局部区域受到急骤加热( 或冷却) ，而该区域与其他部位产生很大的温度偏差，受热部位热膨胀受到约束产生高的压应力。当其应力值超过转子材料的屈服极限时，转子局部便产生压缩塑性变形。当转子内部温度均匀后，该部位将有残存拉应力，塑性变形不消失，从而造成转子的永久性弯曲。抽汽背压式汽轮发电机组结构具有以下特点：( 1 ) 与凝汽式机组相比，轴封齿长度较长，转子受热后高速旋转时容易发生碰磨；( 2 ) 抽汽( 供热) 管道长度远远大于凝汽式机收稿日期：2 0 0 8 0 6 2 7 ；修回日期：2 0 0 8 0 8 2 7作者简介：甘智勇( 1 9 8 1 一) ，男助理工程师，从事汽轮机运行监督工作。 万方数据 发电设备( 2 0 0 9n o 2 )抽汽背蹑式汽轮发电机组大轴弯曲踩因分析及预防组的抽汽管道，管道受热后与抽汽口连接处承受的力和力矩情况复杂，而汽缸较为轻巧，容易产生偏移。所以抽汽背压式发电机组极容易产生汽轮机大轴弯曲事故。某电厂3 号b 2 5 9 0 4 0 1 3 单缸冲动抽汽背压汽轮机组的参数如下：额定功率2 54 0 0k w额定转速30 0 0r m i n临界转速42 7 5r m i n转动方向顺时针方向( 面对车头)支撑系统见图1 。埒霉目图12 5m w 抽背式汽轮机组支撑系统图1抽汽背压式机组发生大轴弯曲的原因1 1 动、静碰摩引起大轴弯曲( 1 ) 轴封间隙过小0一1 8 0坦3 6 0靶1 8 03 6 01 0 0呈8 0孽6 0曝4 02 0of蚕罂莹圣塔? ：ii ：i ：i_ ：_ o ：、i ：l 。：l：i 。：i ：i、i ：i ：i+ ：、冬上二：7i ：1 ：i ：1 蔓；：io ：jj ! ：；：! ：。i ：厂：! ；：o ：；：! 博o ：一；i! jz ：pi转速r r a i n 一( a j 渡德图3 号机组于大修后第1 次启动，12 0 0r m i n暖机时汽轮机后汽封处听到有明显摩擦声，后打闸停机投入连续盘车。随后机组第2 次启动，转子冲转前原始晃度为3 0 灶m ，升速至21 0 0r m i n时机组振动幅值已上升到8 8 “m ( 见图2 图3 ) ，且呈现继续增大的趋势，只能紧急打闸停机。随后测得大轴晃度1 1 0 “m ，证明转子已发生热弯曲。经核实，此次机组大修期间更换了汽轮机前后轴封装置，调整后的轴封间隙远远小于设计值( 0 6 0 o 7 5m m ) ，仅为0 1 5 0 2 0m m 。轴封间隙过小，加上抽汽背压式机组的轴封齿相对较长( 尤其是后轴封) ，大大增加了动、静碰摩的几率。经过连续盘车运行，转子晃度恢复初值后重新调整了汽封间隙，满足了机组正常运行的条件。( 2 ) 汽缸发生偏斜该机组第4 次冲转并定速至30 0 0r r a i n 。在随后的空负荷试验过程中振动幅值不断增大( 见图4 ) ，紧急停机后投盘车测得大轴晃度为9 6扛m 。3 号机组此次大修前专业人员就提出要彻底检查处理2 号及3 号瓦处立销：对滑销系统，尤其是立销及其包容健做金相检查；检查立销图2 第2 次冲转时l 号瓦垂直方向振动图j：、，、：!：i ：li 卜- 一二。3 ：毫上：一i?：二：l：；：= ：诵：；：io ? 卅：；j ：1 1 6 转速r r a i n 一1( a ) 波德图图3 第2 次冲转时2 号瓦垂直方向振动图 万方数据 抽汽背匝式汽轮发电机组大轴弯曲原因分析及预防发电设备( 2 0 0 9n o 2 )ol 著3 6 0罂1 8 03 嚣g4 0毒3 0墨2 0l oo：i：i ：i ：! ：! j? ：i ：l ：! i ! - ij ：j：；、；j ：；! ：；! 、 ：一。：? ：i ：+ ：i ；： 。，；幻毛搿黛l；：k1 8 ：2 01 8 ：2 51 8 ：3 01 8 ：3 5转速r r a i n 一1( a ) 波德图图4 第4 次冲转时3 号瓦垂直方向振动图及其他销的受力情况和接触情况，包括间隙值是否合格，接触面是否存在毛刺等。但实际此次大修未能够对机组滑销系统( 尤其是汽缸后立销)进行完全的检查处理，在立销间隙超标的地方竟然用增加垫片的办法，导致“跑缸”。与汽缸相连的蒸汽管道( 供热管道、工业用汽管道) 在运行中由于受热发生热膨胀，产生热应力。如果产生的热应力与汽轮机安装时的设计预应力不一致，仍有剩余应力作用于汽缸上，同时立销又未能起到导向和定位作用，造成汽缸发生偏斜，偏差达0 9m m ( 见表1 ) 。由于汽轮机“跑缸”。导致通流部分径向间隙改变，引起动、静摩擦和转子弯曲。表13 号机组第4 次冲转汽缸膨胀记录根据3 号机组这些振动故障实例，可以认为动、静碰摩是故障发生的一种典型原因。动、静碰摩会导致大轴表面与汽封法兰或汽缸产生摩擦，转子受热不均匀产生变形，造成机组振动状况恶化。若机组继续升速，由于轴本身单侧摩擦，局部区域骤热膨胀，因而产生应力。若摩擦压应力超过转子材料屈服极限时，会产生局部塑性变形。当转子内部温度均匀后，该部位将有残存拉应力，塑性变形不会消失，受热部分的金属受压而缩短。完全冷却时，轴就会向相反方向弯曲，摩擦伤痕处于轴的凹面侧，最后产生大轴永久弯曲的恶性事故。1 2 转子中心孔进油引起大轴弯曲对3 号机组滑销系统进行了详尽的检查和处理，并更换了立销后3 号机组第5 次冲转，升速至24 0 0r r a i n 时振动超标紧急打闸停机，随后测得大轴晃度1 2 0 t m 。经过深入分析，证明是转子中心孔进油造成机组振动超标。停机后对转子中心孔进行检查，从孔中流出约3 0 0g 黑色的油。引起中心孔进油的主要原因是检修后中心孔端部堵头未封严，运行中孔内空气受热膨胀逸出，停机后转子冷却，孔内外产生压差，就会把外面的油吸入。转子中心孔内存油未充满时，在高速离心力作用下孔内的油便贴向内孔周壁。由于中心孔的几何中心和转子旋转中心不重合，贴在孔内壁上的油膜厚度在圆周方向是不相同的，离中心线偏差大的地方油膜厚，反之则薄。转子温度在轴向存在较大温差，温度高的一端透平油汽化，温度低的一端透平油凝结，油在孔内存在着热交换。由于油膜厚度在圆周方向的差异，这种热交换在直径方向是不均匀的，从而使转子径向产生不对称温差，引起大轴热弯曲。具体表现为机组振动随着转子温度的升高而增大。当转子有弯曲变形时，这种离心力也会使转子失稳，越是弯曲，离心力差距越大，油膜厚度也越来越不均匀。同时，由于转子腔内透平油随运行时间缓慢的“冷却一加热一冷却”效应，当转子受热弯曲与机械不平衡振型叠加响应之后，可能会导致转子振动状况恶化，甚至产生动、静碰摩加剧振动，使弯曲部分局部温度升高，进一步加大1 1 7 万方数据 发电设备( 2 0 0 9n o 2 )抽汽背医式汽轮发电机组大轴弯曲碌因分析及预防转子弯曲，势必造成更严重的后果。2防止大轴弯曲的措施( 1 ) 汽轮机的轴封、汽封所处位置的温度各不相同，所使用的材料也不相同。若需要更换损坏的轴封、汽封就必须使用与其所处温度段相适应的材料，否则将因膨胀不均而引起配合不当，造成事故。因此轴封、汽封的检修和更换要严格按照技术规范进行，特别是轴封、汽封的间隙配合问题，要按生产厂家提供的数据反复进行调整，使之达到规范标准。( 2 ) 机组大修中要检查各缸的滑销情况，尽可能地将各销取出来逐一仔细检查，各销的( 定位) 螺栓和键都要做金相检查，检查猫爪横销、立销和其他销的受力情况和接触情况，消除隐患。还应对轴承箱的滑销系统做全面检查，定期对轴承座灌加合格的润滑脂，严格按照检修规程要求进行检修，防止滑销系统的卡涩。( 3 ) 防止汽轮机转子中心孔进油：对转子中心孔探伤时，一定要将里面涂的油清理干净，并把堵头堵好；安装时应进行检查，发现有排气孔应把它堵死，制造厂应取消转子中心堵头的排气孔或者采用实心转子；有些中心孑l 进油是从转子前面吸入，所以安装时还要检查调速器小轴是否存在进油隐患。( 4 ) 机组大修期间应进行汽轮机转子高速一、：行业信息：t l t l 。动平衡试验，尽可能将转子扰动因素降至最低，特别是临界转速区域的振动幅值要尽可能小。( 5 ) 应熟悉掌握抽汽背压式机组相关的资料和数据：转子原始最大晃度和最大弯曲点的位置和角度；大轴弯曲测点位置转子的原始晃度值及最高点；汽轮发电机组轴系临界转速及定速后各轴承的振动值；正常情况下盘车电流及电流摆动值( 应注明记录时的进油温度、顶轴油压等) ；正常停机情况下汽缸各主要金属温度测点的温度