汽轮机通流改造后偏心运行中旁路原因探讨及解决方案

2018-04-24邱巍玲

现代制造技术与装备 2018年3期

邱巍玲

（厦门华夏国际电力发展有限公司，厦门 361026）

汽轮机在开机升速过程中，受热不均或重力等原因易造成转子偏心值过大。偏心就是转子运动中心偏离转子几何中心，偏心大说明转子有弯曲。运行人员通过观察偏心测量值的变化去分析转子是否有弯曲。开机停机过程中盲目升速或降速，易引起转子受热不均，同时造成转子弯曲。因此，偏心是运行人员在开机停机过程中重要的监视参数。

目前，华夏电力公司四台机组的汽轮机监测系统（Turbine Supervisory Instrumentation）(以下简称TSI系统）均采用本特利公司的3500系统对汽轮机的偏心、键相、振动、轴向位移、差胀等重要参数进行监视。偏心探头与键相探头安装在汽轮机前轴承箱油泵小轴自由端最前端，偏心探头垂直地面安装，两个键相探头与偏心探头成45°夹角，键相探头与偏心探头安装位置较接近，测量数值有一定的参考价值。偏心探头采用本特利公司3500系统推荐使用的8mm电涡流探头，型号为330103-00-04-10-02-00。8mm探头与型号330180-90-00的前置器及型号330130-080-00-00延伸电缆构成一个完整的偏心测量系统。

四台机组在汽轮机高低压缸通流改造前，TSI系统对偏心的测量都很正常，未出现过偏心旁路现象。四台机组在汽轮机高低压缸通流改造后，汽轮机偏心先后在运行中间断出现旁路现象。在启停机过程中也经常出现偏心通道旁路现象，偏心测量数值无显示，造成运行人员无法对汽轮机转子偏心进行正常监视，无法正常进行汽轮机启停操作，只能采取延长转子盘车时间、调整探头间隙等临时措施，汽轮机启停操作不当极易造成汽轮机转子永久弯曲，造成重大损失。，因此，人们积极查找偏心通道旁路原因，以尽快解决问题。但因这问题涉及汽机专业和热工专业，且偏心探头安装在汽轮机前轴承箱内，汽轮机运行时无法进行直观的检查，只能通过测量间隙电压和检查测量回路，进行初步判断；进一步检查只能等汽轮机停止运行时，打开前轴承箱上盖或人孔门检查，查找原因需较长时间。

表1 偏心间隙电压的代表性数值

1 收集资料及分析原因

人们对四台机都进行资料收集，以下以#2机收集的资料为例，进行原因分析。#2机于2012年进行汽轮机高低压通流改造。改造前偏心测量显示正常，未出现过异常状况，改造后即出现偏心运行中旁路、偏心测量数值无显示现象。经过两年多次收集#2机开机前、升速过程、检修安装、正常运行带不同负荷及停机后，偏心间隙电压具有代表性数值如表1所示。

检修后第二次停机15d后，开前轴承箱检查，测量偏心间隙电压14.76V，用塞尺测量间隙2.10mm。键相间隙电压12.77V，用塞尺测量间隙1.83mm。停机33d后，省电力调度中心通知启动#2机组发电。投盘车运行后，运行人员告知分散控制系统上偏心无显示。测量偏心间隙电压18.95V，通道旁路，键相间隙电压15.34V，通道正常。此后多次测量偏心间隙电压，均为19V左右，通道旁路。经与领导技术协商，决定停盘车，开前轴承箱人孔门，调整偏心间隙，满足开机时对偏心的要求。调整前：测量偏心间隙电压18.33V，用塞尺测量间隙2.55mm。键相间隙电压14.79V，用塞尺测量间隙2.10mm。调整后：偏心间隙电压16.06V，间隙2.25mm，通道正常。键相间隙不变。不能将偏心探头间隙调小太多的原因是担心汽轮机运行中间隙会逐渐变小，间隙太小可能引起探头与转子测量面磨擦，造成探头损坏。

根据收集资料、几次调整偏心间隙和检修全面检查，笔者初步排除了偏心测量装置本身有问题，造成测量值摆动大，数值无法读取的原因。同时发现，偏心与键相在高转速时同时电压变小，低于卡件门槛电压，偏心通道旁路，说明探头与转子测量面实际间隙变小；在转速降至600～200r/min时电压逐渐升高，高于卡件门槛电压，通道正常；在停机后开汽轮机前轴承箱检查，测量偏心探头间隙，与其电压值线性对应。经分析，笔者认为偏心旁路主要原因是探头与轴测量面之间的间隙过大或过小，导致间隙电压过大或过小，高于或低于TSI 3500框架模件的门槛电压（2.5～17.5V），引起偏心旁路。得出初步结论，热工TSI系统偏心测量装置测量准确，偏心旁路是机械问题。

引起探头与轴测量面之间的间隙过大或过小分析可能存在的原因有：一是汽轮机轴系运行中热膨胀大，导致轴与探头间隙变小；二是由于探头支架固定在汽缸前轴承箱上，汽缸前轴承箱热膨冷缩幅度比轴大，导致探头与轴测量面间隙变化范围变大。

2016年#2机检修期间，汽机专业检查主油泵端盖，测量其与轴之间的间隙，确认轴系不存在热膨胀过大问题。针对原因二，汽机专业在检修检查时（冷态），用塞尺测量前轴承箱缸体垫片间隙，发现与上次检修的数据进行对比，各垫片间隙发生变化。同时在机组运行时（热态），还发现汽缸前轴承箱热膨胀幅度较通流改造前大，各垫片间隙测量值明显扩大，前轴承箱有轻微向上翘起现象。汽机专业咨询上海汽轮机厂，对汽机前轴承箱缸体的热膨胀较大问题，目前暂无解决措施。因此，偏心旁路问题需由热工专业采取相应的技术措施探讨解决。

2 解决方案

通过原因分析可知，汽轮机改造后，因汽缸热膨冷缩幅度扩大，运行中探头与轴测量面之间的间隙变化量已经超过原来偏心8mm探头0.25～2.3mm的测量范围。根据本特利探头的特性，要解决这一问题，需做到以下三点：一是电涡流探头的线性量程范围应将探头与轴测量面之间的间隙变化量极限值包含在内；二是安装位置满足探头要求的最小靶面尺寸或最小轴直径的要求；三是探头能测量转子偏心电压峰-峰值。

大量查阅本特利相关产品资料，笔者终于找到一款11mm电涡流探头型号330703-00-04-10-02-00满足以上要求。于是，制定出偏心探头具体更换方案，提出将偏心探头由8mm探头（线性电压7.87V/mm，测量间隙范围0.25～2.3mm）更换为11mm探头330703-00-04-10-02-00（线性电压3.94V/mm，测量间隙范围0.5～4.1mm），扩大间隙测量范围。同时，将原前置器和延伸电缆更换为能与11mm电涡流探头匹配的前置器330780-90-00及延伸电缆330730-080-00-00。重新加工探头支架，支架应有足够的刚性，支架的自振频率应大于机组自振频率的10倍，以避免或减少被测物体振动时支架受到自激振动。探头支架安装孔螺纹与11mm电涡流探头相匹配，且应保证安装孔中心线与安装支架弧形半径重合。安装探头支架时，应确保探头支架弧形与测量轴同心度满足要求。笔者将偏心测量装置更换方案提交本特利公司审核，让该公司帮忙论证是否可行。更换方案很快得到美国本特利公司的认可，经报批技术部及公司领导后，购买探头、前置器和延伸电缆，并绘制图纸加工安装支架。

3 实施效果

前期准备工作准备就序后，利用2017年上半年#1、#2机检修，更换了#1、#2机偏心探头支架，对#1、#2机偏心探头及前置器、延伸电缆进行了更换。偏心探头安装间隙电压10.5V，用塞尺测量间隙2.7mm。较8mm探头相同间隙电压下，偏心探头与轴测量面之间的间隙已扩大近一倍，可供汽缸前轴承箱热膨冷缩幅度也扩大一倍。偏心探头重新安装后，#1、#2已开停机多次并稳定运行半年以上，偏心从开机到稳定运行再到停机过程中，测量的间隙电压值在5～15V，未超出TSI 3500框架模件的门槛电压（2.5～17.5V），未再出现旁路的现象，且开停机时偏心测量数量显示正常。事实证明，汽轮机通流改造后，偏心运行中旁路已被彻底解决。#3、#4机偏心探头也将于2018年检修期间更换。