超超临界660mw汽轮机1号瓦温过高原因分析

超超临界660mw汽轮机1号瓦温过高原因分析

0转子承载不足1号某电子机械有限公司从日本立公司引进了第一个超越权越的660ww机械。它的名字是n660-25.06和600-600。超越性，一次中间加热，单轴，三缸四排蒸汽，双背压和纯凝汽汽轮机。汽轮机结构为高中压合缸加两个低压缸,整个汽轮发电机转子从机头开始,每根转子分别有两个轴承支撑,1号、2号轴承考虑负载较轻,制造厂设计为可倾瓦,而从3号瓦开始,向后的转子所有轴承均为椭圆轴承,椭圆轴承均有顶轴油系统。2008年6月24日,该机通过168小时移交生产后,2008年11月1日开机,一直至12月21日;期间多次开、停机,升速或降速500r/min以下低速时,1号瓦下瓦瓦温迅速升至95℃以上,最高可达159℃以上(排除了热工元件、起动蒸汽参数等问题),因此无法正常运行。虽停机后对1号瓦进行修刮或更换瓦块,仍未解决根本问题。电力公司组织了相关单位汽轮机专家会诊,对1号轴承瓦温过高造成干磨原因进行了分析,认为1号瓦实际承载偏大,造成转子在低转速时,下瓦进油太少,油膜无法建立,屡次造成下瓦干磨故障;并提出了降低1号瓦轴承标高及加顶轴油等处理措施。本文在此对该机1号轴承瓦温过高故障及原因分析、处理措施等进行了叙述,为同类型机组的正常运行提供参考。11种下瓦该机调试期间,曾因1号瓦进油节流孔问题,引起下瓦磨瓦事故,更换了三块下瓦;同时在机组调试启动时,也曾发生升速过程中低速时1号瓦瓦温升高至近96℃的状况,投产后7月至8月四次停机,前三次在低速时也曾发生1号瓦瓦温升高至97.3℃、135℃、83.3℃的问题。1.1轴瓦磨瓦头腐蚀后检查情况2008年11月1日该机开机,转速升至1500r/min,发现左侧中调门指令和反馈偏差大,汽机转速在1456r/min～1549r/min之间摆动,此时1号轴承温度84℃,由于1号机转速无法维持1500r/min暖机转速,打闸准备调整冲转参数及高调门开度后再次冲转,惰走过程中转速306r/min,1号轴承温度瞬间上升至116℃后下降,回油温度从43.86℃升至46.8℃,转速至261r/min时,1号轴承温度降至87℃。约几分钟后1号机再次挂闸冲转,转速357r/min,1号轴承温度瞬间上升至107℃后下降,1号机转速400r/min,1号轴承温度降至77℃,1号机转速1494r/min,1号轴承温度瞬间上升至105.96℃;打闸停机,惰走过程中转速254r/min,1号轴承温度上升至157.8℃,204r/min上升至158℃后下降。约2个半小时后,检查一切正常,再次挂闸冲转,1号机转速400r/min,1号轴承温度瞬间上升至101.79℃,立即打闸停机,惰走过程中,1号轴承温度上升至157℃后下降。待高中压缸缸温降至180℃,停盘车,对1号瓦解体检查,解体后检查状况:上轴瓦三块瓦块由下轴瓦磨损乌金碎屑带至上瓦,造成上瓦轻微刮伤,上瓦瓦块上还残留乌金碎屑;下瓦翻出后,发现下瓦磨瓦比上瓦严重,乌金被薄薄磨起一层,聚集在瓦口上,轴瓦表面有较浅的沟槽,轴颈表面有磨损的沟槽,深浅不等,最深沟糟约0.20mm;另外发现下瓦三块瓦块进油边和排油边有大量比热控导线屏蔽线还细的金属丝,在融化的乌金块中也发现了大量的金属丝,最长的金属丝约有120mm。电力公司认为由于金属丝堵塞在瓦口进油边,造成油膜失衡,导致轴瓦乌金磨损。处理:主要的工作为上瓦用刮刀挑去粘贴在上瓦瓦块上的乌金碎屑,修刮乌金磨损的表面;下瓦用刮刀轴向将乌金表面磨损的沟槽棱角刮去,修刮乌金磨损的表面,保证1号瓦处轴颈的沉降量不大于0.05mm;轴颈用100号砂布沿轴向粗磨,然后用油石沿轴向、周向细磨。根据东方汽轮机有限公司的变更,将1号轴瓦进油口节流孔板孔径从ϕ18.6mm扩大为ϕ24mm,以增加1号轴瓦进油量。1.2电厂现状及问题2008年11月4日,1号机冲转,1号轴承温度直线上升,当转速186r/min时,1号轴承温度上升至140℃,打闸后,温度下降速率较慢。3个多小时后,对汽轮机轴瓦顶轴油进行凋整,再次冲转,1号轴承温度开始上升,当转速150r/min时,瓦温升至107℃,打闸停机,当转速降至78r/min时,瓦温突然升至150℃,停机后电厂决定对1号轴瓦解体检查。下瓦三瓦块磨瓦比较严重,乌金被磨起一层,测量轴瓦顶隙,原0.5mm左右的顶隙,现大于1.0mm;测量轴瓦侧隙正常,变化不大,本次未发现细的金属丝,油挡两侧有不同程度的磨大,同时发现下瓦三块瓦块每块的两侧轴向定位销近2mm厚的销套未装。原因分析:由于下瓦三块瓦块每块的两侧轴向定位销套未装,定位销在销孔内活动间隙约8mm,造成可倾瓦自位性能差,下瓦可调幅度过大,而可能使下瓦块在转子启动后卡在某一偏离工作位置;加之最中间一块下瓦块,下瓦修刮后造成低速转动时下瓦进油太少,无油或少油,油膜无法建立,而造成下瓦干磨。处理:主要的工作为更换整套上下瓦六块瓦块,复装时下瓦三块瓦块两侧轴向定位销销套装好,调整轴瓦顶隙及侧隙在正常值0.45～0.50mm,同时在三块下瓦块进油侧开轴向长度宽20mm、进口侧沿弧形坡度长度约15～20mm、瓦块进油边厚0.20mm的进油楔,以利下瓦进油。同时分析中已怀疑该机1号瓦的实际承载偏大,考虑先易后难的解决顺序,本阶段未对1号瓦的实际承载偏大问题进行处理。1.3超超临界热态下的转子重量问题2008年11月6日,1号机又进行冲转,当转速达到173r/min时,发现1号瓦瓦温迅速升至95.92℃;打闸停机,转子惰走至85r/min时,1号瓦瓦温突升至147℃后逐渐降温。待高中压缸缸温降至180℃,停盘车,对1号瓦解体检查,发现1号瓦下瓦轻微磨损。原因分析:东方汽轮机有限公司引进日立公司技术生产的第一台超超临界660MW中间再热汽轮机,虽然超超临界机组比东方汽轮机有限公司引进日立公司技术生产的超临界机组主、再热汽温度有所提高,但它的负荷确增加了10%,而它们的轴承形式和尺寸确是完全一致,而轴承的承压主要是转子的重量,实际上东方汽轮机有限公司生产的超超临界660MW机高中压转子重量比超临界600MW机高中压转子重量有所增加。同时按制造厂轴系设计思路为冷态下转子在未紧对轮时2号轴瓦标高比3号轴瓦标高低0.79mm,对轮张口为零,在热态下2号、3号轴瓦的分配逐渐均衡。从近几次开机过程中1号、3号轴瓦瓦温较高、2号瓦温较低验证了该机1号瓦的实际承载偏大(设计值不大);另外,由于1号轴瓦两侧的油挡磨损后偏大,造成回油通道过流面积相对进油通道偏大,使轴瓦泄油量增大。上述因素造成转子在低转速时,下瓦油量太少,油膜无法建立,导致下瓦干磨,1号瓦在升、降速过程中低转速时,瓦温迅速过高。处理:主要的工作为更换整套上下瓦六块瓦块;针对该机1号瓦的实际承载偏大问题,采取了将2号瓦标高抬高0.10～0.15mm(该机启动及带负荷时2号瓦瓦温正常),1号瓦标高降低0.10～0.15mm;为扩大1号瓦工作需要的油量,将1号瓦回油孔由原ϕ24mm缩少为ϕ3mm;为改善1号下瓦的进油,在三块下瓦块进油侧开进油楔,宽度为20mm,沿旋转方向深度从0.5mm向内逐渐递减至0;为尽量避开该机升速在低速时1号瓦温升快、温度高的状况,将400r/min以下的升速率从100r/min提高150r/min;为了利于1号瓦油膜的建立,增加油粘度,开机时油温控制为35℃等。1.4日机组概况2008年11月15日凌晨,1号机又进行冲转,在从0r/min至400r/min之间,1～8号瓦的温度最高未超过45℃,各瓦的轴振及瓦振均不大。2008年11月15日下午2时50分,主汽压力13.7MPa、主汽温度579.1℃、再热汽温度566.7℃、机组负荷326.8MW,此时的各瓦瓦温、轴振、瓦振见下表。2008年11月18日,机组负荷450MW时,1号瓦温99℃。2008年11月27日,1号机组调停,打闸惰走至540r/min时,1号瓦温由45.03℃开始爬升,最高升至74.64℃(此时润滑油温37.68℃)。此阶段从启动至带负荷运行,1号瓦瓦温一切正常,在打闸惰走过程中,1号瓦瓦温曾从45.03℃开始爬升,最高攀升至74.64℃。1.5号瓦高负荷量的变化2008年12月21日上午,1号机挂闸冲转,1号、2号、3号瓦轴承温度、轴振情况良好;1500r/min时,暖机4小时后冲转至额定转速,转速保持30分钟,检查汽机本体及系统无异常;汽轮机打闸停机,机组惰走至502r/min时,1号瓦温度突然上升,瓦温上升下降来回波动5次,最高温度达159℃后逐渐降温。停机后电厂决定对1号轴瓦解体检查,发现1号瓦下瓦磨瓦磨损。原因分析:第三阶段处理后、第四阶段的几次启动及带负荷时,1号瓦瓦温一切正常。第三阶段处理后及第四阶段打闸停机惰走低速过程中,1号瓦瓦温突升,特别是最后一次,最高温度又突升至159℃。对比启动与打闸停机惰走低速时1号瓦的状况及运行参数的区别:一是第三阶段处理后、第四阶段的几次启动及带负荷时,1号瓦回油孔为ϕ3mm,而第四阶段的最后一次打闸停机惰走低速时,1号瓦回油孔已恢复为ϕ16.5mm,也即原为扩大1号瓦工作需要的油量的措施之一失去了;二是第三阶段处理后、第四阶段的几次启动时,油温为35～38℃,而最后一次打闸停机惰走低速时,油温为45℃左右,也即原为便于1号瓦油膜的建立,增加油粘度的措施之一失去了。由上述对比可见,经过第三阶段处理后,除了机组带高负荷时,1号瓦瓦温达102℃,稍偏高,在启动过程低速时,1号瓦瓦温已一切正常。但从第三阶段处理后及第四阶段打闸停机惰走低速过程中,1号瓦瓦温突升,特别是最后一次,最高温度又突升至159℃的状况,证明采取将2号瓦标高抬高0.10～0.15mm,1号瓦标高降低0.10～0.15mm的针对该机1号瓦的实际承载偏大问题的措施,取得一定的效果,但1号瓦的实际承载仍有所偏大。为进一步解决1号瓦的实际承载仍有所偏大问题,考虑无停机大修机会,若进一步再将1号瓦标高降低的话,高压转子动静间隙已不允许。最后采取的措施:在1号瓦增加一套顶轴油系统(顶轴油压力32MPa),这样启动及停机惰走时,以保证1号瓦低速时下瓦的油量;三个下瓦块油槽从1.6mm加深至2.0mm,以增大进油量;另外将1号瓦回油孔改为ϕ6mm(相对第三阶段处理的状态),使1号瓦高负荷工作时,热油能及时排出,以降低高负荷时1号瓦瓦温。2009年1月6日,机组启动带负荷,一直至2月初,期间最高负荷达660MW,机组瓦温及轴振一切正常,1号瓦在高负荷时,最高温度达91℃左右,比原先高负荷时,1号瓦最高温度下降10℃左右。21号瓦与2号瓦不同安装区域的问题东汽超超临界660MW汽轮机1号瓦为6块结构的可倾瓦:轴瓦承载的比压按常规的计算用转子重量除以下瓦面积,而实际上6块结构的可倾瓦,下瓦中间1块瓦在低速时,其比压远大于两侧的2块。同时该电力公司2号机组调试期间,2008年11月29日,启动升速至319r/min时,1号瓦瓦温突升至94℃,打闸后,1号瓦瓦温最高升至190℃,停机后对1号瓦解体检查,发现下瓦磨瓦严重。该厂1号机由江苏电建三公司安装,2号机由安徽电建一公司安装,两个安装单位,其安装工艺及安装技术参数会有所区别,但两台机同时存在同样的问题,因此可以排除两个安装公司安装存在的差异,同时也说明了,1号瓦在启动或降速惰走的低速时,瓦温突升,造成下瓦磨瓦严重的故障问题,是一个共性问题。由如上所述和分析、处理可以看出:该机1号瓦的实际承载偏大(设计值不大),造成转子在升、降速过程中低转速时,下瓦进油太少,油膜无法建立,从而造成下瓦干磨,致使1号瓦在低转速时,瓦温迅速升高。因此1号瓦的实际承载偏大,是该机1号瓦在升速过程中低转速时,瓦温迅速升高的根本原因。另外,上述第二阶段前,1号瓦内有比热控导线屏蔽线还细的金属丝,故第二阶段前几次转子在升速过程中低转速时,由于金属丝堵塞在瓦口进油边,加重了油膜失衡,促进了瓦温迅速升高,导致轴瓦乌金磨损更严重。3轴瓦乌金磨损的主要处理措施本文对上述某电力公司1号汽轮机1号轴承瓦温过高故障及原因分析、处理措施等进行了叙述,可见前期1号汽轮机1号瓦严重磨瓦,虽对其进行修刮或更换瓦块等,仍未解决根本问题,通过反复的分析、处理,找到了1号轴承瓦温过高的原因,并提出相应的处理措施,从中可归纳以下几点:(1)该电力公司1号超超临界660MW中间再热汽轮机,1号瓦在升、降速过