推力瓦非工作面溫度異常升高的原因及處理方法

徐龍峰

摘要：汽輪發(fā)電機(jī)組推力瓦在機(jī)組中的位置非常重要，它承擔(dān)機(jī)組的殘余軸向推力，確定轉(zhuǎn)子膨脹的死點(diǎn)，從而保證動(dòng)靜件之間的軸向間隙在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。推力軸承非工作面瓦塊溫度異常升高將嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。影響推力軸承非工作瓦塊溫度異常升高的因素較多，除推力瓦本身因素外，還有其他因素導(dǎo)致的推力瓦溫度升高的原因。找出導(dǎo)致推力瓦非工作面瓦塊溫度異常升高的主要原因，并有針對(duì)性地提出了處理方案，消除這一缺陷，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：推力瓦 溫度 軸向推力

1 概述

某運(yùn)營發(fā)電有限公司1號(hào)機(jī)組是2006年投入生產(chǎn)的600MW超臨界汽輪機(jī)，為上海汽輪機(jī)廠制造N600-24.2/566/566型超臨界壓力，一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、反動(dòng)式汽輪機(jī)。為平衡軸向推力機(jī)組采用高中壓合缸，對(duì)稱布置，兩個(gè)低壓缸也采用對(duì)稱布置。本機(jī)組的推力瓦為活動(dòng)可傾瓦型——米切爾式，單獨(dú)布置，位置在中壓轉(zhuǎn)子后部，推力瓦的推力間隙標(biāo)準(zhǔn)為0.25-0.38 mm。推力瓦瓦塊上澆有烏金，厚度為1.5mm。

在正常情況下，轉(zhuǎn)子的推力盤靠向工作瓦塊，推力盤的壓力由工作推力瓦來承受。軸向位移指示表是將推力盤靠向推力瓦的非工作瓦塊時(shí)定位零位的。一般來說，軸向推力隨汽輪機(jī)蒸汽流量的變化而變化。當(dāng)蒸汽溫度降低時(shí)，要保持負(fù)荷不變，就要增加進(jìn)汽量，使軸向推力增大。如果檢查發(fā)現(xiàn)推力瓦的工作瓦塊與非工作瓦塊的回油溫度差超過6～7℃，并且推力瓦塊的烏金溫度高達(dá)90℃以上時(shí)，雖然軸向位移指示不超過正常值，也必須減負(fù)荷，使油溫回復(fù)正常，保持推力瓦塊溫度不超過90℃。

本機(jī)組軸向位移的保護(hù)設(shè)置是：當(dāng)軸向位移正向達(dá)到0.6mm或負(fù)向達(dá)到-1.05mm時(shí)，發(fā)出“軸向位移過大信號(hào)”；當(dāng)軸向位移正負(fù)向分別到達(dá)1.2mm、-1.65mm時(shí)，軸向位移大保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘停機(jī)。

2 異常經(jīng)過

2008年09月20日06：30分， 1號(hào)機(jī)負(fù)荷470MW，主機(jī)推力軸承非工作瓦塊上部烏金溫度上升至92℃，下部烏金溫度上升至100℃，DCS上轉(zhuǎn)子軸向位移逐漸增大到-0.42mm。被迫減負(fù)荷運(yùn)行（機(jī)組正常推力瓦塊溫度不超過90℃）。2008年10月10日，1號(hào)機(jī)組停運(yùn)，10月26日，開始解體檢查推力瓦，瓦塊沒有明顯磨損痕跡，瓦塊進(jìn)油邊油楔間隙標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)瓦塊厚差小于0.02mm，推力瓦進(jìn)油口無堵塞，對(duì)推力瓦進(jìn)行推力間隙復(fù)測(cè)0.55mm（設(shè)計(jì)值為0.25mm-0.38mm），推力間隙超標(biāo)，更換推力瓦墊片，重新調(diào)整推力間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。2008年11月28日，1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后推力軸承非工作面瓦塊烏金溫度依然偏高，且比上次更甚；負(fù)荷500MW時(shí)，推力瓦溫度高達(dá)103℃。無法達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。

3 原因分析及運(yùn)行對(duì)策

3.1 對(duì)比1號(hào)機(jī)組大修前、后相同負(fù)荷下的運(yùn)行參數(shù)分析，1號(hào)機(jī)組大修后就出現(xiàn)推力軸承非工作面瓦塊溫度異常情況，但由于機(jī)組大修后負(fù)荷低于420MW，且經(jīng)常停機(jī)備用，推力軸承非工作面瓦塊溫度不太高，在合格范圍內(nèi)，所以運(yùn)行人員沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。

3.2 根據(jù)10月26日對(duì)推力軸承解體檢查的情況，可以排除推力軸承本身的問題。從運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)分析，推力軸承非工作瓦塊溫度與機(jī)組負(fù)荷有密切關(guān)系，負(fù)荷小于400MW時(shí)，瓦塊溫度比較正常，負(fù)荷大于400MW以上后，負(fù)荷越大，瓦塊溫度也就越高，說明推力瓦溫度的升高是軸向負(fù)推力增大所致。軸向負(fù)推力的增加，可能存在如下原因：

①對(duì)比1號(hào)機(jī)組大修前后相同負(fù)荷條件下1-8段抽氣壓力、溫度以及凝結(jié)水經(jīng)過加熱的溫升，均沒有發(fā)現(xiàn)異常，故排除了抽氣系統(tǒng)存在異常導(dǎo)致推力增大的可能性。

②在大修中曾拆裝過高、中壓缸平衡管的流量孔板，更換過法蘭墊片，但從運(yùn)行記錄上分析，大修前、后平衡管的壓力基本一致，沒有發(fā)現(xiàn)異常。

③由于1號(hào)機(jī)組停機(jī)備用時(shí)間較長，高、中壓側(cè)平衡活塞汽封（布萊登）生銹卡澀的幾率增大，而一旦布萊登汽封卡澀，將直接導(dǎo)致平衡活塞的平衡推力的作用減弱。

④轉(zhuǎn)子葉片存在問題，葉片可能結(jié)垢或其他原因發(fā)生變形，導(dǎo)致通流面積減少，蒸汽流動(dòng)受阻，破壞軸向推力平衡。

鑒于當(dāng)時(shí)機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)，不能揭缸檢查，因此要求運(yùn)行人員嚴(yán)格控制推力軸承瓦溫，不得超過上限100℃，在運(yùn)行中密切關(guān)注軸向位移和軸系振動(dòng)情況，并制定了汽輪機(jī)在推力軸承溫度超標(biāo)狀況下的技術(shù)措施：

①為保證安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求運(yùn)行人員在運(yùn)行調(diào)整上下功夫，在排查有無其他原因，優(yōu)化運(yùn)行方式，試探能否降低推力軸承非工作面瓦塊溫度。

②要求生技部將1號(hào)機(jī)推力軸承非工作面溫度出現(xiàn)異常升高的情況向上汽通報(bào)，并要求上汽公司協(xié)助進(jìn)行原因分析，提出解決方案。

4 揭缸處理過程

2009年03月05日利用1號(hào)機(jī)組中修機(jī)會(huì)，決定對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行揭缸檢查。檢查中發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子調(diào)速級(jí)葉片出汽側(cè)凹陷變形，被異物打傷痕跡明顯，整級(jí)調(diào)速級(jí)葉片出汽側(cè)凹陷變形，如圖1所示。圖2為完好的調(diào)節(jié)級(jí)葉片。

異物為調(diào)速級(jí)后側(cè)溫度套管管頭焊口裂開脫落，套管管頭為圓柱形，直徑？覫32mm，厚度30mm，頭部為圓形，中間空心。由于直徑較大，隔板擋住了溫度套管管頭的去路。套管管頭一旦通過隔板，將造成機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞。套管管頭開焊脫落后為自由狀態(tài)（如圖3所示）。隨著蒸汽流動(dòng)自由撞擊，造成調(diào)節(jié)級(jí)葉片出汽側(cè)嚴(yán)重凹陷變形，轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪背面、高壓內(nèi)缸前側(cè)導(dǎo)汽表面被脫落的套管頭打的凹凸不平，第一級(jí)隔板表面也有輕微打傷，但不嚴(yán)重。

通過揭缸后一系列的檢查和分析，主機(jī)推力瓦非工作面過熱的原因就是高壓轉(zhuǎn)子調(diào)速級(jí)葉片出汽側(cè)凹陷變形，導(dǎo)致葉片通流部分減小，蒸汽通過時(shí)受阻而超壓，負(fù)推力增大。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)蒸汽流量小、壓力低，蒸汽受阻情況不明顯，當(dāng)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，蒸汽流量逐漸增大，由于出汽側(cè)葉片凹陷變形，使得通流部分減小而出現(xiàn)蒸汽受阻，負(fù)推力增大，負(fù)推力增大將直接導(dǎo)致主機(jī)推力瓦非工作面推力過載引起過熱，烏金溫度過熱的危害非常嚴(yán)重，瓦溫超過100℃時(shí)容易引起燒瓦，燒瓦后將破壞動(dòng)靜間隙，引起動(dòng)靜摩擦，只能迫使機(jī)組減負(fù)荷運(yùn)行。

通過開裂件斷面的觀察和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)斷裂套筒管頭與套筒的熔合區(qū)（坡口面），從斷面特征分析套管頭開焊脫落的主要原因?yàn)椋汉缚诤缚p大面積未焊接，點(diǎn)焊面積又小，高壓調(diào)節(jié)級(jí)出汽側(cè)蒸汽沖刷壓力大，導(dǎo)致套管管頭斷裂脫落是造成主機(jī)推力瓦非工作面過熱的主要原因。

由于高壓轉(zhuǎn)子調(diào)速級(jí)葉片出汽側(cè)嚴(yán)重凹陷變形，現(xiàn)場(chǎng)無法修復(fù)，決定返回上海汽輪機(jī)廠更換高壓轉(zhuǎn)子調(diào)速級(jí)葉片。對(duì)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)級(jí)葉輪背面、高壓內(nèi)缸前側(cè)導(dǎo)汽表面凹凸不平的地方進(jìn)行打磨，打磨后進(jìn)行著色探傷檢查，檢查表面無裂紋等其他缺陷。檢測(cè)套管管頭材質(zhì)為1Gr18Ni9Ti，與調(diào)速級(jí)后側(cè)溫度套管材質(zhì)相同。將套管管頭與套管焊接部位重新進(jìn)行打磨坡口，坡口角度為30°，用全氬弧焊接，焊絲選用不銹鋼焊絲NiGr-3，指定操作熟練的焊工，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行焊接。焊接完成后外觀檢查無裂紋、氣孔等缺陷，金屬做超聲探傷合格。

5 結(jié)論

經(jīng)過檢修人員的認(rèn)真細(xì)致的工作，2009年05月05日，機(jī)組順利啟機(jī)，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，推力瓦工作面瓦溫溫度為65℃，非工作面瓦溫60℃，完全符合運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的要求。徹底消除了推力瓦非工作面瓦塊溫度異常升高的重大設(shè)備缺陷。

這次故障引起了對(duì)汽缸內(nèi)部測(cè)溫溫度套管等附件的高度重視，加強(qiáng)基本建設(shè)期間的金屬監(jiān)督，設(shè)備監(jiān)造、焊接工藝等方面的技術(shù)要求。尤其是在制造廠內(nèi)進(jìn)行的附件焊接時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，明確附件安裝工藝以及檢驗(yàn)方法，責(zé)任要落實(shí)到人，以確保機(jī)組投產(chǎn)后能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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