1 000MW汽轮机油档损坏原因和治理

孙 磊，曲海英

（华电国际电力股份有限公司 邹县发电厂，济宁273522）

1 机组振动现象及特征

华电国际电力股份有限公司邹县发电厂8号机组为某制造厂生产的1 000MW机组，自2011年3月起8号机组主机1～4号轴振多次出现异常波动情况，一段时间后又逐渐恢复正常，出现频率无规律，且未发现与机组负荷或其他参数变化的对应关系和规律性；到2011年11月又发生异常波动情况，期间振动由20μm左右爬升至90μm，30min后振动缓慢回落至正常值。

轴系结构见图1。

图1 轴系结构

振动的特征如下：

（1）机组正常带负荷运行过程中，1号与2号轴振出现波动异常，波动幅值没有呈周期性变化。

（2）1号与2号轴承振动增大后，经过一段时间又恢复至正常，有明显的上升和下降阶段；但表现出无规律性和非线性的一些特征，对历史数据追查均未发现明确的参数对应关系，与振幅波动期间机组的膨胀、缸温等的变化也没有明显的对应关系。

（3）进一步查看振幅波动期间的TDM数据发现，波动的绝大部分为工频分量，且伴随着相位的变化，振幅回落后相位也基本回到波动前的位置；高频与低频分量很小，排除气流激振以及轴承失稳等故障。

（4）振幅发生波动的时刻大多数在夜间或机组升降负荷前后。

2 机组振动异常判断

基于上一节中所述机组振动现象和特征，初步判断该机组高压和中压部分可能存在动、静碰摩，从趋势上看属于软摩擦。这种摩擦中动、静部分往往有退让性或材料较软，例如汽封、油档等，因此振动幅值上升较缓慢，且有时会自行回落，不易导致振动发散。该振动是由于动、静轻微摩擦引起，摩擦原因可能是油档积碳或者轴封间隙变化等［1］：

（1）积碳摩擦是指润滑油与灰尘形成的油垢混合物黏结在油档密封齿上，不断被碾磨挤压形成碳化颗粒，堆积到一定程度后与转子发生接触而产生摩擦、振动。近几年国内已经有多台机组发生积碳摩擦的案例。

（2）如果端部轴封间隙偏小或不均匀，在工况发生变化后也容易出现动、静接触摩擦。如果摩擦较轻，汽封齿不会在短时间内被磨平，动、静部分就会较长时间处于似接触非接触的状态。

3 机组振动异常后采取的措施

针对油档积碳或者轴封间隙变化制定安全措施：

（1）认真监视汽轮机就地监视柜和DCS内有关参数，每2h就地检查一次并做好记录，发现异常及时处理。

（2）连续监视轴振，在发生轴振异常时应联系热工人员进行数据采集工作，保留发生轴振异常时段的参数变化数据和曲线。

（3）轴振发生异常波动时要尽量避免大的操作，尽量稳定负荷，避免因负荷大幅波动产生叠加效应；应详细记录有关参数。

（4）机组正常运行中要投入振动保护，振动振幅异常增大至跳闸值时保护应正确动作；否则应立即打闸停机，投入盘车，检查汽轮机本体有关参数，确认无异常后连续盘车4h，转子偏心小于20μm，其他冲转条件满足后方可重新冲转。

（5）安排专人每天就地全面检查两次，每次检查应用听针倾听汽缸内部和各轴封、油档处有无异音，对各轴承振动进行测量，并进行记录。

（6）在下次小修期间对1～4号轴瓦油档进行揭轴承座检查，并对1～4号轴封、轴颈进行检查，根据检查情况制定处理措施。

4 机组小修检查及处理情况

8号机组自2012年1月16日至2月14日小修检查发现：高压转子1号油档处轴颈积碳、磨损，外油档处轴颈磨损凹槽宽45mm，径向最大深度约30mm；内油档处轴颈轴向磨损沟痕宽25mm，径向最大深度为5mm；同时发现1号油档铜齿有磨损痕迹，内、外油档间有硬质油泥状沉积物及铁丝（见图2）。

图2 1号轴瓦油档处理情况

4.1 原因分析

高压后轴封位置距离1号油档较近（只有25mm左右），缸体热辐射及导热导致油档温度升高；同时机房内灰尘、保温颗粒、油烟等落在油档上形成油灰，油灰受高温碳化，在油档铜齿间形成高硬度碳化物，从而导致转子轴颈磨损，轴颈磨损后油档渗漏情况加剧，新的油灰和油灰碳化物不断堆积，造成轴颈进一步磨损。以上过程周而复始，最终导致转子轴颈严重磨损。

4.2 处理措施

对1号油档轴颈磨损部位进行着色探伤及硬度检测，探伤合格无裂纹，硬度不超标。制作专用打磨工具对轴颈磨损处打磨，加工安装新油档。对汽轮机高中缸前后轴封处保温治理，使用新型BFG节能绝热保温材料，减少轴封处的保温厚度；在恢复保温时注意对油档部位的保护，避免保温材料的颗粒等杂物进入油档齿之间。

8号机组2012年2月15日重新并网发电，连续运行已经有4个月，1号、2号轴承振动异常现象消失，所有轴承振动正常，从而可以进一步判断引起1号、2号轴承振动异常的原因就是1号油档处轴颈积碳、磨损。

5 气密式油档的应用

由于高压缸前后轴封位置距离油档较近（1号油档25mm左右，2号油档60mm左右），缸体热辐射及导热导致油档温度升高；同时机房内灰尘、保温颗粒、油烟等落在油档上形成油灰，油灰受高温碳化，在油档铜齿间形成高硬度碳化物，从而易导致转子轴颈磨损。8号机组在2009年大修中检查发现2号油档处轴颈磨损，在2012年8号机组小修中检查发现高压转子1号、4号油档处轴颈积碳、磨损。为改善油档积碳，避免对轴颈磨损，将8号机组1～4号油档改为气密式油档。

5.1 气密式油档工作原理

在原主机梳齿密封油档内、外档之间通入一股净化、常温及恒压的压缩空气，形成一道气密封腔室。利用气压密封有效阻止轴承箱外侧蒸汽漏入轴承箱，解决油中进水和油档积碳等问题；也可将轴承箱内的透平油有效地密封在轴承箱内，防止汽轮机油的外漏，确保机组的安全稳定运行（见图3）。

图3 气密式油档结构

5.2 气密式油档系统组成

气密式油档系统由两部分组成：一部分为整套供气装置及控制装置；另一部分为两套特殊设计的带有进气装置的铜齿式密封油档，并包含相应的管路连接件。整套供气装置由两套空气干燥过滤器串联，两套并联的空气加热器组成，加热器运行中可一备一用，也可同时运行，并包含相应的控制系统（见图4）。

图4 供气装置示意图

5.3 气密式油档运行维护

气密式油档投用要注意如下几点：

（1）机组正常运行中，只要润滑油系统运行，气密式油档的压缩空气均应投入。

（2）经常对1～4号油档漏油情况进行检查，尤其在汽轮机润滑油投停、盘车投停、汽轮机转速升降过程中，压缩空气投运初期更应特别注意。

（3）油档进气压力控制在0.05～0.10MPa，压力过低或波动大容易引起油档处漏油。压缩空气进气量过大会引起大轴局部温差过大，损伤大轴。压力超出范围，及时分析原因并调整各进气分门，直至压力达规定范围。

（4）加热器出口温度控制在70～80℃，温度过高、过低或温度变化大，引起油档处大轴温度波动，损伤大轴。

（5）加热器出口压缩空气温度如长期超过80℃，或低于70℃，应联系热工队检查处理。

（6）加热器禁止长期无压缩空气流动情况下干烧，一般不应超过5min，并保证加热器温度控制正常，否则应及时开启压缩空气或停止加热器工作。加热管温度不正常升高至100℃时应分析是否压缩空气阀门关闭或流量过低引起，否则应切换至备用加热器运行。故障加热器应停运检修。

（7）干燥过滤器顶部差压显示器显示全为红色时应切换至备用过滤器运行。

（8）干燥过滤器底部手动排水门正常应处于关闭状态，油水应通过自动排水门排出，若油水观察窗水位超过1／2，自动排水口无油水排出，表明自动排水装置浮球阀故障，应切换至备用滤网运行。

（9）汽轮机热态下投停加热器，压缩空气温度变化大时，注意监视高中压缸差胀变化，防止超限。

（10）正常运行，每月进行一次加热器定期切换。切换时，先开启加热器进口门，投入加热器运行，待加热管或出口温度达70℃，开启加热器出口门，再停止原运行加热器。切换前后应在机组长值班日志内记录1～4号油档进气压力、加热器出口温度。

6 结语

通过对8号机组振动异常进行分析，判断振动异常的原因，并制定相应的措施。利用机组大、小修对可能的故障点进行针对性的检查和维修。为避免汽轮机油档处轴颈积碳、磨损的事故再次发生，对汽轮机高、中压缸前后轴封处保温进行治理，使用新型BFG节能绝热保温材料；同时把油档改造为气密式油档，从根本上解决油档处轴颈积碳、磨损问题。

［1］陆颂元.汽轮发电机组振动［M］.北京：中国电力出版社，2000.