汽轮机缸内高温下停盘车检修的探索

侯伯男

摘 要：大型火电机组在紧急停机消缺时，由于汽轮机缸体内部金属温度较高，为防止转子弯曲变形或抱死，通常要求汽轮机内缸金属温度最高值小于150℃才允许停盘车检修。本文介绍了某电厂整套启动期间完成的一次高中压缸进汽调节级金属温度200℃时停盘车检修的成功实践，为其他同类型机组紧急状态下的检修提供有益借鉴。

关键词：大型火电机组;汽轮机;高温;盘车;检修。

某电厂在机组整套启动试运期间，进行交流润滑油泵与主油泵的切换操作时，发现主油泵出口压力始终无法达到设计值，造成无法进行油泵切换。通过就地检查，发现主油箱内润滑油流动异常，油流翻滚影响观察，但初步推测是由于射油器法兰撕裂所导致的大量漏油。因主油箱内发生漏油的部分完全浸没在润滑油内，所以必须紧急停机处理，且检修时需要停止润滑油系统并将油导出至室外储油箱。润滑油系统停下的同时盘车也必须停止，以避免转子盘动时轴承内油膜失稳，发生轴瓦磨损或盘车装置损坏的情况。但是根据汽轮机说明书和以往经验推断，从汽轮机停止进汽到汽缸金属温度降低到说明书要求的150℃以下，以当地的气温条件（32℃），通常需要8天左右。如能在相对较高的汽缸金属温度下停用汽轮机润滑油系统和盘车装置，进行检修工作，将为整套启动试运争取大量时间。

1 设备情况介绍

该电厂采用哈尔滨汽轮机厂生产的CLN600-24.2/566/566型單轴、三缸（高中压缸、A低压缸、B低压缸）、四排汽、反凝汽、中间再热式600MW汽轮机。高中压转子和低压转子均为无中心孔合金钢整锻转子，转子间采用刚性连接。汽轮机有6个支撑轴承，发电机及励磁机共有3个支撑轴承。整台机组汽缸金属温度最高处位于高中压缸内缸进汽调节级附近，主机设计时为防止超温或温差过大，此处以及各上下内缸均设有温度变送器，用以监测缸体金属温度。

停机时高中压内缸进汽口调节级处金属温度达到313.6℃。此时中压侧进汽处上内缸金属温度为253.7℃，下内缸金属温度为249.6℃。

此后，经过106小时冷却，高中压内缸调节级金属温度降至202.7℃;中压侧上内缸金属温度降至168.8℃，下内缸金属温度降至177.3℃;按照汽缸金属温度的下降速率，以及温度下降梯度逐步减小的情况，预计仍需四天时间高中压内缸进汽口调节级金属温度才能降到150℃以下。

2 风险分析

说明书中要求汽缸金属温度需降至150℃以下才允许停润滑油系统和盘车，主要是因为，在汽缸金属温度较高时如果停止润滑油系统和盘车，可能会造成：转子热弯曲、轴承过热受损这两种危险情况。另外，有些电厂曾经采用过向汽缸内强制通风以加快冷却的措施。以下主要就上述两种风险和强制通风冷却措施进行分析，以判断风险大小并确定下一步的工作思路。

2.1 转子热弯曲风险分析

停盘车后，由于受上下内缸温差、转子重力以及金属温度对刚度的影响，热态下的转子长时间处于同一相位，可能会发生较大的弯曲变形，严重时甚至会导致动静卡涩无法盘车。

转子的弯曲变形量除了受重力作用外，还与汽缸上下内缸温差成正比，汽缸上下温差越大，转子的变形情况越严重，反之亦然。高中压内缸调节级金属温度200℃时，高压侧内缸上下温差为25℃左右，中压侧内缸上下温差为9℃左右，这个温差小于汽轮机说明书对于机组启动时上下内缸温差≤56℃的要求。因此，现有温差下所产生的弯曲变形量是在可以接受范围之内的。保证在处理缺陷的过程中上下内缸温差不超过56℃，则在一定时间内，因温差而造成的转子热弯曲就是可控的。同时采取关闭汽缸所有疏水阀、抽汽阀，以隔断冷空气进入汽缸的措施，也能有效地防止内缸上下温差的扩大。

高中压转子材料为30Cr1Mo1V，其冷态时偏心值为23μm，根据剪切胡克定律γ=τG（其中G表示切变模量，τ表示剪应力即所受重力，γ表示剪应变即转子偏心值），以及《火力发电厂金属材料手册》表6.4.55查得30Cr1Mo1V在室温时切变模量为82.9×103MPa，200℃时切变模量为79.6×103MPa。推算转子金属温度为200℃时，偏心值约为24μm。所以，在较短的停盘车时间内，热态转子由于重力和刚度影响所产生的弯曲变形均是可控的。

2.2 轴承过热受损风险分析

停止交流润滑油系统后，较高的缸温可以通过转子将热量传递到轴瓦，从而造成轴瓦温度上升。极端情况下，可能存在轴瓦金属温度上升导致乌金融化而损坏轴承的风险。因汽缸温度较高，预计高中压缸两端轴瓦此类现象最为严重。但汽缸金属温度通过转子传导至轴瓦所产生的温升暂时无法确定，需要通过预试验进行验证。

2.3 强制通风加快冷却措施分析

强制通风快速冷却装置，通常是将压缩空气经过过滤并通入加热装置，使压缩空气温度升高到一定值后，沿蒸汽流动方向通入各个汽缸内部，流过内外缸间隙、通流间隙时对汽轮机外缸、内缸和转子进行强制冷却，以达到加速机组冷却的目的。

但由于该电厂未设置强制通风快冷装置，只能通过开启各各汽缸的疏水阀、抽汽阀来达到内外空气流通加速冷却的目的。但是如果通过以上措施开启与汽缸联通的阀门，进入汽缸的空气未经过加热装置进行温度控制，会与汽缸金属温度形成较大温差，将极大的提高由温差导致的转子永久变形风险。因此，在下一步的操作中将持续关闭各汽缸疏水阀、抽汽阀以避免温差过大转子变形。

3 预试验过程

通过以上分析，决定进行预试验。在高中压内缸调节级金属温度202℃时停止交流润滑油系统和盘车5小时，以观察轴承温度、转子偏心值的变化情况，进一步确定影响程度。因高中压缸机端轴承（即#1轴承）处对应的缸体金属温度最高，因此在试验期间重点关注其金属温度变化情况。

预试验1小时后，#1轴承金属温度自41℃上升至51℃;2小时后#1轴承金属温度上升至58℃;到第5小时结束时，各轴承金属温度上升态势已趋于平稳，其中#1轴承金属温度最高，为69℃。试验期间高中压内缸上下金属温度几乎没有变化，即温差基本没有变化。转子偏心值远端测量为42μm，未超过说明书规定的启动上限75μm。