某电厂汽轮机高负荷下轴向位移大原因分析及应对措施研究

2020-10-27李金峰

中国电气工程学报 2020年9期

李金峰

摘要：我厂汽轮机在机组带高负荷时，轴向位移相较于低负荷时有较大的正常，对汽轮机安全运行造成很大安全隐患，本文根据我厂汽轮机的结构特点及运行方式进行分析，找到根本原因，并研究制定相应的措施。

关键词：轴向位移 SSS离合器

0、概述

某燃气热电厂配置2台M70IF4型燃机组成的1套“二拖一”燃气一蒸汽联合循环发电供热机组。每套“二拖一”机组包括2台M70IF4型燃机组成的燃气轮发电机组、2台余热锅炉和1台蒸汽轮发电机组。每台蒸汽轮机为双缸双排汽汽轮机，高中压缸和低压缸之间通过SSS离合器连接，发电机位于高中压缸侧。自2018年6月份高低压推力瓦温持续升高，低压电推侧瓦温最高至102℃，对应的回油温度有相应趋势，高低压轴向位移最高分别至-0.77mm/-0.47mm。

1、设备简介

我厂汽轮机实际布置图如下：

我厂汽轮机有两根转子，高压缸转子和低压缸转子，通过3S离合器连接，两个转子分别安装轴向位移监视测点，分别位于3瓦靠发电机侧和7瓦靠盘车侧，如下图：

2、存在的问题

汽机有高低压推力轴承，高中压缸轴向推力大部分通过平衡活塞抵消，一部分由高中压缸对称分流抵消，剩余的由推力瓦承担，低压缸为对称分流布置，轴向推力基本抵消。自2018年6月份高低压推力瓦温持续升高，低压电推侧瓦温最高至102℃，对应的回油温度有相应趋势，高低压轴向位移最高分别至-0.77mm/-0.47mm，并有以下主要特点：

1）高低压转子同时向SSS离合器串动，或同时向SSS离合器两侧串动;轴向位移表现为同时向正或负变化;

2）机组升负荷稳定后，高低轴向位移仍在一直缓慢向负向增大，相应侧推力瓦温逐渐升高;机组降负荷稳定后，高低压轴向位移一直缓慢向正向增大，相应侧推力瓦温逐渐降低;

3）高压轴向位移升负荷时偏大，最高至-0.77mm;

3、原因分析

1）升负荷时高低压转子同时向SSS离合器串动，降负荷同时向SSS离合器两侧串动;轴向位移表现为同时向正或负变化。

分析：低压缸为双分流对称布置，轴向推力基本平衡，正常情况下低压转子应处于微平衡点，在负荷升降时不应只往一个方向串动，出现此种情况有2方面可能：一是靠近发电机侧的低压缸分流量设计较大或运行期异常工况下导致发电机侧低压缸隔板汽封间隙变大，从而导致靠近发电机侧低压缸轴向推力大于另一侧;二是SSS离合器内部啮合部件异常，升负荷时SSS产生一个往其集中的扭力，导致高低转子同时往SSS处串动，而降负荷时扭力瞬间减少，高低压转子又同时往SSS两侧串动;而高中压转子设计时升负荷串动方向即为低压侧;

2）机组升负荷稳定后，高低轴向位移仍在一直缓慢向负向增大，相应侧推力瓦温逐渐升高;机组降负荷稳定后，高低压轴向位移一直缓慢向正向增大，相应侧推力瓦温逐渐降低。

分析：正常情况下机组的轴向推力在升降负荷完成后与抵消力会达到平衡，轴向位移会基本稳定在某个值，但我们的机组在升降负荷稳定后，轴向位移却一直在恶化，可以理解为轴向推力也在不断增加或者抵消力在不断降低;影响机组轴向推力的主要因素为：蒸汽流量、真空、蒸汽参数、SSS扭合力，在升降负荷完成后，蒸汽流量基本稳定，即使有隔板汽封间隙变大、通流间隙变小等异常工况也不应是一个持续变化的过程，此因素可以排除，蒸汽参数也基本稳定可排除;分析运行参数，真空在升负荷后加之环境温度影响确实在不断恶化，会导致反动度不断增大，会使机组的轴向推力也在不断增加，但这不应是主因，去年同期及同类型机组有类似的真空变化趋势;对于SSS扭合力，如果升负荷稳定后，SSS仍在其内部异常下导致有一个持续的扭合力，通俗来说是以SSS越扭越紧，而在降负荷后，由于SSS内部结构导致扭合力突减，越放越松，对高低压转子相当于有一个释放作用，高低压转子向SSS两侧缓慢串动，会很好的解释上述情况;对于轴向推力的抵消力，对称分流布置及平衡活塞基本可排除，而对于推力瓦产生的抵消力，如果推力盘与推力瓦块间的油压、油量在负荷稳定后一直在变化，会影响抵消力。

3）高压轴向位移升负荷时偏大

分析：经初步分析原因为3S离合器在传递大的力矩时，不能吸收轴向位移导致。

3S离合器在传递扭矩的同时，轴向存在着一定的摩擦或者卡涩的力，在一定力的范围内使得SSS离合器轴向是互相锁定的状态，且汽轮机负荷越大SSS离合器传递的扭矩越大，这个轴向力越大，这种轴向互相锁定程度越紧。又由于机组由中低负荷升到高负荷后，由于联合循环机组的特性所致，汽温在汽机负荷超过一定负荷时回逐渐减低，高压转子（输出端转子）的长度要逐渐变短。

以上原因造成了低压侧推力轴承持续往SSS离合器端移动，高压侧推力轴承持续往SSS离合器端移动，在移动值大于两个推力瓦非工作面的间隙时，由于移动至均会超过两个推力值之后，继续造成推力瓦套产生弹性变形。当转子继续缩短到一定的程度，输入端转子和输出端转子在推力瓦上的力大到超过SSS离合器轴向摩擦或者卡涩的力，SSS离合器锁定状态发生了一个脱开，发生突变，由于脱开使输入端转子和输出端转子轴向的力得到了一定的释放，转子变短。

4、应对措施

1）由于机组特性的原因，低负荷时汽温能够通过减温水控制在额定的范围内，高负荷时，由于燃机排气温度减低，导致及时减温水关死，汽温也会比额定低很多。

2）机组涨负荷前，根据经验值，应该将汽温调整到目标负荷所对应的温度，防止当汽机负荷超过240MW后，汽温再发生较大的降低。

3）机组升负荷过程中，保证主再热汽温稳定，严禁大量使用减温水造成主再热汽温突降;

4）机组高负荷稳定期间（汽机240MW以上），主再热汽温控制在额定值±2℃内，尤其避免出现汽温持续降低甚至低负荷阶段;

5）机组降负荷过程保证汽温平稳，如燃机要降负荷至150MW左右，降负荷前提前开启减温水，降负荷过程中逐渐控制减温器后温度在450℃以下，对投入IGV跟踪的燃机，尤其注意降至目标负荷后的汽温稳定。

6）高负荷下汽机自密封期间，轴封母管定期疏水保证轴封母管端部不积水，低压轴封温度控制在150℃。

7）当推力瓦温度一个测点达到99℃，另一测点也明显偏高（95℃），且仍有上升趋势时，申请调度降低出力运行

8）当汽机高中压缸或低压缸轴向位移任一测点超过0.75mm，其余测点有明显相同变化趋势时，须立即申请调度降负荷，直到轴向位移低至0.75mm以下。

5、结论

汽机在负荷升高的过程中，因汽温变化等原因，造成高、低压转子有缩短趋势;而同时，由于低压转子传递的负荷随着机组负荷的升高而升高，造成SSS离合器处摩擦力增大，使得SSS离合器处高、低压转子不能相对自由轴向滑动，造成整根总长度有变短趋势，产生拉应力，从而对推力瓦处形成推力，造成推力瓦座等产生变形。

参考文献：