高炉鼓风机组汽轮机系统的完善与改造

2018-08-09李承兰

中国设备工程 2018年14期

李承兰

（河北钢铁集团唐山分公司，河北唐山 063000）

1 高炉鼓风机汽轮机系统介绍

1.1 汽轮机概述

唐山钢铁集团炼铁北区2#高炉鼓风机组汽轮机进汽是通过直接固定于汽缸上的主汽阀进入；通流部分由一个调节级和10个压力级组成；各级隔板采用坚固的焊接结构；转子为整锻结构，两端通过两个径向轴承支承。前轴承为径向推力联合轴承，安装于前轴承座上，前轴承座放在公共基础框架上，通过导向键确保与汽轮机中心线对中，并可以在底盘支承面上自由膨胀。下半汽缸前部的中分面猫爪放在前轴承座接合面上，猫爪与接合面间有横向导向键，以确保横向自由膨胀，横向膨胀则借助前轴承座下的导向键向前膨胀，汽缸下半前端面与前轴承座后端面之间还有连接板连接，以保证汽缸左右固定，而上下可以自由膨胀。后轴承安装于后轴承座上，后轴承座则通过半圆法兰与后汽缸相连接，后汽缸通过两侧的支座支承在底盘上，两支座与底盘间有横向定位键，汽缸后端面与底盘间设有垂直导向键，横向定位键中心线和垂直导向键轴线的交点构成汽轮机的死点。汽轮机的前汽缸为铸造结构，后汽缸为焊接结构。从中分面分成上下两半并用螺栓连接，上、下喷嘴室与前汽缸上、下的前端铸成一体，喷嘴室与调节阀，主汽门组成一体。汽缸的下半部分，前面有汽封抽汽法兰和漏汽法兰，汽缸下半的中间还有一个进汽法兰和两个抽汽法兰，前汽封高压段漏汽送入前汽缸下半一个进汽法兰，使这部分漏汽能进入流通部分继续做功。汽缸的两个抽汽为低压加热器用汽。蒸汽在通流部分做功后，排入后汽缸，再经过排汽口过度段排入冷凝器。汽轮机与高炉鼓风机之间用挠性膜片联轴器联接。盘车装置采用电动机驱动盘车。

1.2 汽轮机润滑油系统

机组的润滑油系统包括交流油泵、直流油泵、冷油器、滤油器、油箱以及油管路组成。机组的轴承、联轴器等各部位润滑用油全部是由润滑油站供给。

1.3 汽轮机轴系

汽轮机轴系部件主要包括汽轮机止推轴承、径向轴承、转子、动叶片。

2 汽轮机系统存在的问题及产生原因

2.1 汽轮机正面推力轴承温度慢慢升高，轴位移随之增大

（1）每次停机检修后定好汽轮机轴位移值0位。但启机运行一段时间后就会发现，汽轮机止推轴承正面推力瓦块温度慢慢升高，从52℃左右慢慢上升，直至到报警值95℃，甚至达到过接近110℃停机值，被迫降低负荷运行，此间轴位移也随之相应增大临近报警值0.6mm，严重影响生产。汽轮机推力轴承的作用一方面承受转子的轴向推力，另一方面确定转子在汽缸内的轴向位移。此推力轴承的构造是推力轴承和高压端主轴承联成一体，称为径向推力联合式轴承（如图1）。轴承有一个公用的自动调位式球面轴瓦7，可以随转子的挠度变化在球面瓦枕6中活动，从而保证各推力瓦块上受力均匀。

图1 径向推力联合轴承

整个轴承通过球面座安装在轴承座上，调整环5用来确定推力轴承的轴向位置。改变定位环的厚度，可以改变推力轴承的轴向位置，主推力盘1后有八块可以自由摆动的扇形推力瓦块。推力瓦块由45号钢制造，其工作表面有锡基乌金。推力瓦块的背部有一条不在瓦块中心线上的肋，用来造成瓦块的偏心支承。推力瓦块用销钉活动连接在支承环4上，螺钉与推力瓦块间保持一定间隙。汽轮机正常工作时，八块推力瓦块上均匀承受推力。但在甩负荷或因机组故障突然关闭主汽门时，转子会出现反向轴向推力，这时通过装在转子上的副推力盘9将轴向推力加给联合轴承的侧面的副推力瓦块上。推力瓦块上的乌金厚度2mm，小于汽轮机通流部分的动、静部件的轴向间隙，以保证汽轮机发生事故时推力瓦块乌金熔化而造成通流部分碰撞损坏。副推力盘和轴瓦乌金之间留有一定间隙，用来保证和推力瓦块之间形成一定厚度的油膜，同时允许转子能有少量的窜动，称之为推力间隙，此机组推力间隙0.25～0.35mm。推力轴承中的润滑油从球面瓦的下部进入O室，然后分两路：一路经油槽在主轴承水平接合面处进入主轴承；另一路经过油道A进入推力轴承部分，工作后由D孔和油封间隙中溢出。

问题是：其一，由于加工精度差，推力瓦球面不能自由的在球面内活动；其二，推力瓦块用销钉经过一段运行、振动，位置发生变化，销钉的六角面的一侧与瓦块相碰卡死使销钉不能活动，造成瓦块不能随着机组负荷的变化而活动，不能正常产生油膜，受力也不均匀，造成推力瓦块偏磨损，轴瓦温度升高，轴位移增大。

（2）联轴器预紧力过大。联轴器是用来联接汽轮机与高炉鼓风机转子，并将汽轮机的扭矩传递给高炉鼓风机的部件。此机组的联轴器为叠片挠性联轴器，其主要构造：安装盘、联接螺栓、调整垫片、中间段组件。机组运行过程中发现，机组的联轴器预紧力过大。机组运行时经过热膨胀，转子运行位置应为推力盘与推力瓦块刚好不受力接触。推力瓦块因其瓦背的支点不在中间，在转子静止时，推力瓦块的工作面与装在转子上的推力盘是平行的。当转子转动后，由推力盘转动而带入推力盘与推力瓦块之间的油量随转速的升高而不断增多，同时转子的轴向推力也要通过油层传给推力瓦块，推力瓦块要发生倾斜，从而形成了楔形间隙。当汽轮机负荷、真空及蒸汽参数变化时，转子上的轴向推力要发生变化，这时推力瓦块倾斜可以自动改变，使楔形间隙中的油膜压力改变。来平衡变化后的轴向推力。但当转子的轴向力过大时，也就是联轴器预紧力过大时，油膜被挤压得太薄，以致在瓦块处油侧（油膜最薄处）首先出现半干摩擦现象，使轴承乌金磨损，轴瓦温度升高，轴位移逐渐增大。

2.2 汽轮机前后汽封温度不稳或过高，导致汽轮机振动增大

为了合理地利用轴封漏汽，提高机组的经济性，汽轮机端部轴封都有专门系统，前汽封分成三个汽封室，后汽封有两个汽封室。前汽封高压段汽室的蒸汽直接送入汽缸下半的一个进汽法兰，使该漏汽能在汽缸中继续做功。前汽封中间段为控制压力段，由压力控制阀控制，其汽封蒸汽引入后汽封的前汽室作为密封蒸汽。启动时则由新蒸汽经减温减压后作为密封蒸汽。调整后的多余蒸汽或漏汽经喷水减温装置进入冷凝器。前汽封低压段汽室的漏汽和后汽封段漏汽，直接引入漏汽冷凝器。但是运行中发现，减温减压设备调节功能差，启机时通入汽轮机前后轴封蒸汽温度过高，造成汽封体膨胀不均，汽轮机汽封体内部首先向内膨胀，造成汽封齿与轴的汽封间隙减小，甚至相碰，使汽轮机转子产生振动，严重影响汽轮机启动。

3 汽轮机系统的完善与改造

3.1 针对推力轴承缺陷的改造

利用机组停机检修期间，研磨推力瓦球面达到设计要求，并将推力瓦块销钉孔按照销钉孔深度的不同，在保证销钉帽与推力瓦块1.8mm间隙的基础上分别切削销钉的长度，使销钉拧到销孔底部并拧紧锁死，使其不会在机组运行过程中。推力块活动、机组振动及油压变化时松动与推力块卡死，保证了推力块随着机组热膨胀引起轴位移的变化时活动灵活。

3.2 针对联轴器紧力过大采取的措施

利用大修时间将联轴器安装盘与中间段组件间加装0.6mm调整垫片，用来减小联轴器的预紧力，但效果不明显，运转显示预紧力还是较大。利用停机检修时间再在联轴器安装盘与中间段组件间加装0.56mm调整垫片，结果效果比较理想。

3.3 针对汽轮机启动过程中前后汽封压力、温度难以调整

大修期间针对汽轮机前后汽封温度不稳，机组加装了一组均压箱，用来保证汽轮机前后汽封蒸汽温度和压力稳定，如图2。改造后操作步骤：冷态启动时阀1关闭，阀2和阀3开、热态启动时阀1开，阀2和阀3关。正常运转后可根据情况将进汽和左侧减温水关闭。前后汽封温度靠阀4和阀6调整，启动过程压力靠进汽调节阀调节，正常运转过程靠汽调节阀调节。