汽輪機(jī)配汽方式對軸瓦金屬溫度的影響及處理

任亮

(華電新疆發(fā)電有限公司昌吉熱電廠，新疆 昌吉　831100)

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汽輪機(jī)配汽方式對軸瓦金屬溫度的影響及處理

任亮

(華電新疆發(fā)電有限公司昌吉熱電廠，新疆 昌吉831100)

摘要：結(jié)合某熱電廠#2機(jī)組在運(yùn)行中#2軸瓦金屬溫度偏高的現(xiàn)象，試驗(yàn)并分析了配汽方式對軸瓦金屬溫度的影響，提出了運(yùn)行中的改進(jìn)方法，解決了#2軸瓦金屬溫度偏高的問題。

關(guān)鍵詞：配汽方式；軸瓦金屬溫度；汽輪機(jī)軸承

0引言

汽輪機(jī)軸承在高轉(zhuǎn)速、大載荷的條件下工作，采用以油膜潤滑理論為基礎(chǔ)的滑動軸承。轉(zhuǎn)子的軸頸支承在澆有巴氏合金(烏金)的軸瓦上，并作高速旋轉(zhuǎn)。軸承出現(xiàn)故障會導(dǎo)致汽輪機(jī)異常運(yùn)行甚至損壞，因此，解決軸承存在的問題就顯得非常重要。軸承金屬溫度是對軸承運(yùn)行的監(jiān)視參數(shù)，若在機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)軸瓦金屬溫度偏高，應(yīng)盡量不停機(jī)解決，提高機(jī)組可利用率。

1設(shè)備概述

某熱電廠#2汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的CZK330-16.7/0.4/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式供熱汽輪機(jī)[1]。汽輪機(jī)共有4個(gè)軸承，高、中壓轉(zhuǎn)子的#1，#2軸承和低壓轉(zhuǎn)子的#3，#4軸承，均采用可傾瓦軸承。該機(jī)組的可傾瓦軸承是由4塊墊塊支承的自位式軸承，具有很強(qiáng)的抗失穩(wěn)能力，每個(gè)瓦塊作用在軸頸上的油膜力都通過瓦塊支點(diǎn)與軸頸中心，從而消除導(dǎo)致軸頸渦動的力源，防止汽流激勵及油膜振動的發(fā)生[2]。如圖1所示，4個(gè)瓦塊沿水平、垂直中分面分開。#2機(jī)組停運(yùn)較長一段時(shí)間后因供熱重新啟動，出現(xiàn)#2軸瓦金屬左側(cè)溫度偏高的現(xiàn)象，最高達(dá)到96 ℃，接近報(bào)警值99 ℃，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，但供熱期間的熱負(fù)荷較高，不允許停機(jī)檢查。

圖1　汽輪機(jī)瓦軸

2軸瓦溫度偏高的原因分析

2.1軸封漏氣及缸熱量輻射[3]

該機(jī)組為高中壓缸合缸布置，新蒸汽及再熱蒸汽管道均集中在汽缸中部兩側(cè)，有利于減少高溫部分對#1，#2軸承的熱輻射。在開機(jī)過程中，轉(zhuǎn)速升至1 900 r/min之前，#2軸瓦金屬左側(cè)溫度和右側(cè)溫度同步緩慢上升至62 ℃，在轉(zhuǎn)速升至2 000 r/min時(shí)，#2軸瓦金屬左側(cè)溫度便從59 ℃突升至84 ℃，右側(cè)無變化。此時(shí)外缸溫度為120 ℃，軸封壓力為30 kPa，可排除輻射熱的影響。

2.2油質(zhì)

在不同時(shí)間段多次取樣化驗(yàn)，顆粒度、含水量等指標(biāo)均符合國家要求，可以斷定不存在潤滑油油質(zhì)不良損傷烏金面而導(dǎo)致軸瓦溫度升高的原因。

2.3潤滑油溫度

按照規(guī)程要求，潤滑油溫度在38～42 ℃之間，通過調(diào)整，潤滑油冷油器出口溫度降低到38 ℃時(shí)，各軸瓦金屬溫度均下降1～3 ℃。但#2軸瓦金屬溫度并沒有明顯降低，反而容易造成潤滑油黏度增大，潤滑油在軸承中分布不均勻，增加摩擦損失。

2.4軸瓦潤滑油量不足或排油不暢

軸瓦潤滑油在運(yùn)行中對軸承起到潤滑和冷卻作用。若軸瓦進(jìn)油量不足，會使軸承產(chǎn)生的熱量無法被帶走而使軸瓦溫度升高。同樣，冷卻軸瓦后的排油不暢，軸瓦內(nèi)潤滑油停留時(shí)間較長且不斷循環(huán)，也會使軸瓦溫度升高。但通過參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，#2軸瓦金屬溫度升高或降低，回油溫度基本在55 ℃左右，并沒有與其同步變化，此影響較小。

表1　全周進(jìn)汽方式下及低負(fù)荷下軸承金屬溫度變化統(tǒng)計(jì)

注：主汽壓力12.7 MPa，主汽溫538 ℃，機(jī)組負(fù)荷185 MW，潤滑油溫40 ℃。

表2　GV5不同開啟方式下軸承金屬溫度變化統(tǒng)計(jì)

注：主汽壓力12.7 MPa，主汽溫538 ℃，機(jī)組負(fù)荷200 MW，潤滑油溫40 ℃。

2.5軸瓦負(fù)荷變化[4]

影響軸瓦溫升的主要因素是軸瓦供油量、軸瓦的功耗，功耗的大小又與軸瓦載荷大小成正比。在軸瓦油量因素排除后，只有軸承載荷變化的因素。軸承座的標(biāo)高、轉(zhuǎn)子的軸心位置決定了軸承載荷。在機(jī)組運(yùn)行中，高、中壓缸絕對膨脹沒有變化，表明#2軸瓦金屬左側(cè)溫度偏高是由于負(fù)荷變化引起的，是因高壓調(diào)節(jié)閥開啟數(shù)量和順序不同對轉(zhuǎn)子軸心位置產(chǎn)生了影響。

3配汽方式對軸系影響試驗(yàn)及結(jié)果分析[5]

該機(jī)組配汽方式是：主蒸汽從鍋爐經(jīng)2根主蒸汽管道分別到達(dá)汽輪機(jī)兩側(cè)的主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥，并有6根撓性導(dǎo)氣管進(jìn)入高壓內(nèi)缸的噴嘴室。3根導(dǎo)氣管從高壓缸上缸進(jìn)入，另3根導(dǎo)氣管從高壓缸下缸進(jìn)入，沿圓周方向?qū)ΨQ布置，如圖2所示。

圖2　調(diào)節(jié)氣閥開啟順序及布置(從調(diào)速器端向發(fā)電機(jī)方向看)

為了驗(yàn)證分析結(jié)果，在#2機(jī)組進(jìn)行了不同配汽方式下軸瓦金屬溫度的試驗(yàn)，試驗(yàn)條件是維持機(jī)組參數(shù)穩(wěn)定，解除自動發(fā)電量控制(AGC)。因節(jié)流進(jìn)氣下，GV1和GV2同時(shí)開啟，GV4在負(fù)荷180 MW也處于全開狀態(tài)，GV5，GV6隨負(fù)荷變化逐漸開啟。而GV3是最后一個(gè)調(diào)節(jié)閥，作為過負(fù)荷調(diào)節(jié)閥使用，一般不開啟。所以試驗(yàn)分全周進(jìn)汽、下半周進(jìn)汽、GV5開啟下進(jìn)汽、GV6開啟下進(jìn)汽對軸瓦金屬溫度的影響。

(1)全周進(jìn)氣與部分進(jìn)汽。表1為全周進(jìn)汽方式下及低負(fù)荷下軸承金屬溫度變化統(tǒng)計(jì)。參數(shù)顯示，工況1的全周進(jìn)汽和工況2的低負(fù)荷下GV1，GV2，GV4全部開啟，軸瓦金屬溫度變化波動較小。這是因?yàn)镚V1，GV2，GV4全部開啟為僅有下缸3組噴嘴進(jìn)汽，與全周進(jìn)汽相比，只是轉(zhuǎn)子垂直方向的載荷發(fā)生變化，水平方向沒有改變，軸瓦金屬溫度變化不明顯。

(2)下缸調(diào)節(jié)閥全部開啟，GV5不同開度。表2為GV5不同開啟方式下軸承金屬溫度變化統(tǒng)計(jì)。表2、圖3參數(shù)顯示，GV5開啟與否對#2軸瓦左側(cè)金屬溫度影響較為明顯。#1軸瓦左側(cè)金屬溫度也發(fā)生降低現(xiàn)象。在GV5開度>30%時(shí)，#1，#2軸瓦左側(cè)金屬溫度發(fā)生突降，在GV5開度<30%時(shí)，發(fā)生突升。說明GV5調(diào)門的開啟對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向右側(cè)的偏斜，導(dǎo)致軸瓦左側(cè)負(fù)載減少，溫度下降。但并未對軸瓦右側(cè)增加負(fù)荷，此時(shí)轉(zhuǎn)子中心應(yīng)該在軸瓦中心位置。

(3)下缸調(diào)節(jié)閥全部開啟，GV5開啟，GV6不同開度。表3中，GV6開度對負(fù)荷波動較大，負(fù)荷維持不變，主汽壓力隨GV6開度變化而變化，主汽流量成反相變化。在GV6開度>20%時(shí)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了向左側(cè)偏斜，導(dǎo)致左側(cè)軸瓦溫度上升，尤其對#2左側(cè)軸瓦影響更加明顯。通過查看歷史曲線，#2軸瓦左側(cè)金屬溫度最高可達(dá)96 ℃，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全。

圖3　GV5不同開啟方式下軸承金屬溫度變化曲線(截圖)

(4)下缸調(diào)閥全部開啟，GV5關(guān)閉、GV6開啟。機(jī)組投入功率回路，可以實(shí)現(xiàn)由熱工強(qiáng)制GV5關(guān)閉，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算后輸出GV6開度指令。這種情況下，可以分析出在GV5不開啟時(shí)，開啟GV6會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向左的偏斜，導(dǎo)致#2軸瓦左側(cè)溫度上升更快，是比較危險(xiǎn)的調(diào)整方式。另外，通過圖2可以看出，在GV5不開啟，GV6調(diào)整負(fù)荷，造成主汽閥右側(cè)調(diào)節(jié)閥全部開啟，左側(cè)調(diào)節(jié)閥開啟GV1，兩側(cè)進(jìn)汽不均，這種調(diào)整方式也與廠家提供的方式相反。長期運(yùn)行，對管道、噴嘴、葉片動應(yīng)力是否有危害，需要經(jīng)過強(qiáng)度計(jì)算，此方式不予采用。

表3　GV6不同開啟方式下軸承金屬溫度

注：負(fù)荷260 MW，主汽溫度為538 ℃，潤滑油溫度為40 ℃。

4現(xiàn)場處理情況

在不同方式下，調(diào)閥開啟順序不同，分析對#2軸瓦溫度的影響，得出機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)采取的措施：維持GV5開度>30%，GV6開度<20%的運(yùn)行方式，通過鍋爐調(diào)整主蒸汽壓力來調(diào)整負(fù)荷。在負(fù)荷>280 MW時(shí)，應(yīng)采用全周進(jìn)汽方式，由多閥控制切換為單閥控制方式。從經(jīng)濟(jì)性角度，機(jī)組應(yīng)采用定-滑-定的控制方式，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。該機(jī)組在冬季供熱期間，負(fù)荷基本維持在230 MW左右，在負(fù)荷維持不變的情況下，GV5開啟至100%，#2軸瓦左側(cè)金屬溫度維持84 ℃左右，可保證此機(jī)組在供熱期間穩(wěn)定運(yùn)行，做好冬季保電保熱的任務(wù)。

5結(jié)論

在機(jī)組運(yùn)行中，通過高壓調(diào)節(jié)閥不同的開啟方式，改變高中壓轉(zhuǎn)子的中心，進(jìn)而改變軸瓦的載荷分配，控制軸瓦金屬溫度，可防止超溫?fù)p壞軸瓦被迫停機(jī)，在一定程度上可以緩解轉(zhuǎn)子個(gè)別軸瓦溫度偏高的問題，但是其調(diào)節(jié)量有限，降低了機(jī)組運(yùn)行的靈活性。而根本的問題是通過整個(gè)軸系的載荷分配和軸瓦標(biāo)高調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全部軸瓦的安全運(yùn)行[6]。在停機(jī)檢修中，應(yīng)著重對各軸瓦進(jìn)行檢查，檢查烏金、轉(zhuǎn)子有無劃痕，軸瓦接觸角是否異常情況[7]，從根本上解決軸瓦溫度問題。

參考文獻(xiàn)：

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[7]靳智平.電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)[M].中國電力出版社，2006.

(本文責(zé)編：齊琳)

收稿日期:2016-03-07；修回日期:2016-04-06

中圖分類號：TK 26

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)05-0033-03

作者簡介：

任亮(1987—)，男，山西介休人，助理工程師，從事火電廠全能運(yùn)行工作(E-mail:rlboy@139.com)。