某330MW汽轮机汽缸膨胀不畅分析及处理

张俊东

（山东魏桥铝电有限公司，山东 滨州 256200）

汽轮机的胀差值直接反映转子与汽缸的相对轴向位置变化及内部动静间隙的变化，超限会引起高、低压轴封、隔板轴封齿或叶片与隔板动静摩擦，发生大轴弯曲等事故。为了满足汽缸在几个方向上的膨胀要求，应采用合理的滑销系统布置，以保证汽轮机与发电机的转子和定子部分与轴承座中心一致，使汽缸在加热和冷却时不发生大的应力和变形。下面对某330MW机组由于滑销系统卡涩引起汽缸膨胀不畅问题进行分析处理。

1 设备状况

汽机型式 C330/N350-17．75/0．981/540/540 亚临界、单轴、双缸、双排汽、中间再热可调抽汽凝汽式机组，其中高中压缸通流部分采用反向布置，以减少轴向推力。高压缸为双层结构，设置有夹层加热装置，对汽缸和法兰螺栓进行加热和冷却。高压内缸的死点在高压缸进汽侧，其轴向膨胀方向与汽流方向一致。汽缸与轴承座之间设有立销，每个轴承座下有2只纵销，高中压缸通过4对猫爪搭在轴承座上，并且由4对猫爪横销来保持前2个轴承座与高中压缸的轴向距离。汽轮机静子通过横键相对于基础绝对死点设置两个绝对死点，1个在中压轴承箱基架上#2轴承中心线前250mm处，另一个在低压缸前段低压进汽中心线前2445mm处。机组启动时，高中压缸、前轴承箱向前膨胀，低压缸向后膨胀。为了减小轴承箱滑动时的摩擦阻力而使低压缸顺利膨胀，在前箱底部装有自润滑块。转子相对于静子的相对死点在中低压缸轴承箱内的推力轴承处，机组启动时，转子有此处向前后膨胀。

2 中压缸启动过程现象

中压缸启动轴振与瓦振共振及处理：在500r/min暖机时，汽轮机各轴振、瓦振均正常，但在升速至1100r/min暖机时，发现3Y：130μm，5Y：104μm，初步判断可能为顶轴油泵运行对油膜形成干扰，造成轴振增大。于是升速至1200r/min暖机，并在投入顶轴油泵联锁的情况下，停运顶轴油泵，观察各轴振均呈下降趋势，最终3Y：121μm，5Y：68μm，并仍在缓慢下降中。暖机1．5小时后，缸胀分别由2．54/3．35mm降至2．49/3．35mm，高中压缸温分别上升至171/196℃，由于缸胀不增反降，于是升速至2300r/min进行暖机，此转速下各轴振均较小，最高3Y：85μm。暖机1小时后，以100r/min的升速率定速3000r/min，但在升至2824r/min时，#3瓦振升高至47μm，同时1X、1Y 开始快速上升。于是降至2500r/min进行暖机，降速过程中1X由26μm升至100um、1Y由42μm升至180μm。此时，缸胀只有 2．50/3．36mm，在核对缸胀指示正常的情况下，决定实施人工干预，对前箱吊耳、滑销系统的角销等处进行敲打。缸胀极其缓慢的开始间断性的膨胀，1X、1Y开始显著下降，于是每次增加转速50r暖机，待缸胀胀出一点后，1X、1Y下降至稳定数值后，再次增加转速50r暖机，如此反复进行，直到提升转速至2850r/min后，出现多次升速不成功的问题。后经分析发现：1X、1Y振动变化趋势与#3瓦瓦振截然相反，每次升速时，#3瓦瓦振快速下降后，1X、1Y轴振都会快速升高，就地检查发现，盘车电机手轮处振动较大，缓慢旋转手轮1/4圈时，手轮振动急剧增大，同时1X、1Y轴振急剧增大，#3瓦瓦振快速下降。于是，将手轮恢复原位置，振动恢复正常。延长暖机后，将升速率改为50r/min，每次增加转速10r,待#3瓦瓦振、1X、1Y轴振平稳后，重新增加转速，直至定速3000r/min，定速后进行了长达15h的暖机。

3 合缸启动过程运行优化及现场处理

经过长时间中压缸启动暖机后，高中压缸温度分别升至303/275℃，缸胀却稳定在3．07/3．42mm。此时，有两个选择，要么锅炉点火后切换冷再汽源然后切缸，要么中压缸打闸后，进行高中压缸合缸启动。经过对比，为了增加高压内缸向外缸和法兰的传热量，同时保证机组不发生超速、进水等异常，最终决定进行高中压缸联合启动。

3.1 运行调整

高中压缸联合启动时，除保证蒸汽过热度外，还比缸温高100℃，以防止在500r/min暖机时发生缸温下降过多的异常情况。但在冲转过程中，转速升至956r/min时，3Y轴振由81μm升至136μm，5Y轴振由18μm升至107um且上升较快，为保证安全，将转速降至600r/min进行暖机，将高压缸夹层加热联箱压力提至3．5～4MPa之间（联箱安全门动作压力4．7MPa），并派专人进行高压缸夹层加热联箱压力调整，维持稳定。

3.2 现场处理

汽缸膨胀经过长时间暖机后无上升趋势，联系检修人员对前箱吊耳、滑销系统的角销等处的敲打。高压缸缸胀受检修人员的敲打影响较为明显，基本每次敲打，缸胀都可以胀出 0．1～0．2mm, 3Y、5Y 轴振随之下降至 122μm、93μm，在缸胀至 3．45/3．77mm 时，以100r/min的升速率直接升至1200r/min停顶轴油泵，此时，3Y：142μm保持稳定，其余轴振瓦振均稳定。于是以400r/min的升速率过临界，除在临界转速下#3瓦瓦振81um外，其余轴振瓦振均在报警数值以下。在2300r/min暖机结束后，在2500r/min、2800r/min均做短暂停留，在查看无异常后，以50r/min的升速率升至3000r/min。最终在缸温340℃、高压缸法兰温度294℃、缸胀4．24mm时，实现前箱的顺利膨胀（膨胀量较其它机组仍然偏小）。

4 汽缸膨胀不畅原因分析及处理

4.1 膨胀不畅原因分析

本机组前轴承箱在高中压缸的推力作用下，在台板上前后滑动。轴承座底部采用润滑块进行润滑，轴承做因锈蚀或灰尘等原因造成滑销系统均存在一定程度上的卡涩现象，导致汽缸膨胀和收缩受阻，具体有两方面原因。

（1）本机轴封系统采用自密封形式，高压缸前汽封间隙过大，轴封漏汽大，造成轴承座处的工作环境恶劣，温度高，轴承座与台板滑动面常有积水。纵销与轴承滑动面特别容易锈蚀，发生卡涩。现场虽加风机吹扫，但无法从根本上解决轴封漏汽积水对滑销系统的影响。

（2）滑动面润滑装置需要在运行中定期加高温润滑脂，高温润滑脂在运行一段时间后干结引起油槽堵塞，加之运行中一些灰尘进入了油槽，最终导致了汽缸膨胀和收缩受阻。

4.2 处理措施

（1）机组启动前，查看了以往启动时的振动数据，掌握振动大的区域，合理调整了暖机转速。

（2）根据机组特点，在胀差不超标的情况下，尽可能的提高法兰温度，增大汽缸法兰的膨胀量；同时，在中压缸启动时，合理使用夹层加热装置进行倒暖，可以增大高压缸夹层的蒸汽流通量，提高对流换热量，尽快提高汽缸法兰温度，后续根据汽缸法兰温度上升情况，逐步调整夹层加热装置进汽门开度，在定速后，即使缸温稳定，也应维持运行一段时间，依靠内缸对外缸的辐射传热进行升温膨胀；在高中压缸联合启动时，应尽可能早的投入夹层加热装置，并尽量增大进汽量，增大蒸汽与汽缸法兰的对流换热量，进一步提高汽缸法兰温度，在法兰温度及缸温接近夹层进汽温度且法兰温度上升速度变慢的情况下，方可考虑解列高压缸夹层加热。

（3）因盘车处存在共振现象，导致轴振与瓦振相互影响，应设法避开共振转速区域，若共振转速接近3000r/min时，应设法增加汽缸膨胀量，延长暖机时间，并采取小幅度提升转速的方法进行提升转速，防止出现大幅提升转速后，对轴系扰动较大的情况发生。

（4）关于人工干预措施方面。原则上尽量不使用人工敲打前箱吊耳、滑销系统的角销等处的方法，汽轮机属于精密设备，人工敲打的时候，有一定的破坏性，有时敲打力度过大，可能造成飞环动作。本次在机组启动过程中，由于前箱膨胀存在卡涩情况，在长时间暖机效果不明显的情况下，被迫使用人工敲打的方法，正常情况下，还是应该利用检修机会，加强设备治理。

（5）在汽轮机转子发生轴系弹性弯曲，需要进行盘车直轴或者长时间的暖机直轴，不宜强行升速，每次升速前，应在保证各轴振、瓦振均平稳的情况下，方可继续升速，且升速率不应超过设备说明书中要求的升速率，在升速中发现轴振、瓦振异常升高时，应及时避开在轴振大的转速区停留。

5 结语

机组并网带入额定负荷后，汽缸膨胀值最大为8．98/9．31mm,与其他运行机组相对比仍偏差较多，正常运行机组汽缸膨胀值一般在20mm以上，说明本机组虽经过调整和处理并未使缸胀完全胀出。后经调停后，对汽轮机前箱进行抽检发现，前箱台板锈蚀非常严重，经过除锈及对前汽封间隙重新调整后，汽轮机再次启动后，缸胀达到了22mm，各轴承振动均在设计范围以内。汽轮机组的开机是一项非常严谨的操作，要求按照设备说明书、运行规程、二十五项重点要求的相关规定严格执行，切莫抱着侥幸的心理盲目操作，同时必须加强设备保养、治理力度，确保机组的正常启停、安全经济运行。