9E燃?xì)廨啓C(jī)輪間溫度故障分析與處理

戴惠慶，金昊，周仁米

(1.浙江浙能電力工程技術(shù)有限公司，浙江 寧波 315208；2.浙江浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315208；3.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310003)

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

某電廠300 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是由美國(guó)通用電氣公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)組，它由2臺(tái)100 MW燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、2臺(tái)余熱鍋爐及1臺(tái)100 MW蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組組成，是“2+2+1”多軸布置方式的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，型號(hào)為PG9171E。其中，兩臺(tái)9E型燃?xì)廨啓C(jī)是從英國(guó)的約翰布朗石油公司成套引進(jìn)，其軸系主要由壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、透平轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成，共有5個(gè)軸承支撐，軸系布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該聯(lián)合循環(huán)機(jī)組自1997年投入商業(yè)運(yùn)行以來，至今已運(yùn)行了5萬多h。

圖1 9E燃?xì)廨啓C(jī)軸系布置結(jié)構(gòu)

2 機(jī)組冷卻方式及溫度測(cè)點(diǎn)布置

燃?xì)廨啓C(jī)透平部件在運(yùn)行過程中長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境，為確保設(shè)備的安全及使用壽命，對(duì)其采取有效的冷卻方式是必要的。整個(gè)透平部件的冷卻系統(tǒng)可分成動(dòng)、靜2條冷卻線路[1-3]。

2.1 透平靜葉的冷卻過程

壓氣機(jī)出口處經(jīng)燃燒室過渡段空腔引來的空氣，其中大部分進(jìn)入一級(jí)靜葉(噴嘴)，并流入一級(jí)靜葉內(nèi)部冷卻流道，冷卻靜葉后從靜葉出氣邊小孔排至主燃?xì)饬髦?。另一部分?jīng)一級(jí)復(fù)環(huán)去冷卻二級(jí)靜葉；流入二級(jí)靜葉的空氣，一部分冷卻葉片后從出氣邊排至主燃?xì)饬髦?，另一部分從?nèi)環(huán)前端的孔流出， 并冷卻一級(jí)葉輪出氣側(cè)和二級(jí)葉輪進(jìn)氣側(cè)。

2.2 透平動(dòng)葉的冷卻過程

(1)從壓氣機(jī)高壓密封處漏出來的一部分空氣冷卻第一級(jí)透平葉輪輪盤的前側(cè)面和第一級(jí)靜葉的后側(cè)。

(2)從壓氣機(jī)16級(jí)經(jīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)部流道引來的另一部分空氣，其多數(shù)流入一級(jí)動(dòng)葉內(nèi)部冷卻，然后從葉頂排至主燃?xì)饬髦?，其余的一部分去冷卻二級(jí)動(dòng)葉；另一部分流至二級(jí)葉輪出氣側(cè)，對(duì)二級(jí)葉輪出氣側(cè)和三級(jí)葉輪進(jìn)氣側(cè)進(jìn)行冷卻。

2.3 溫度測(cè)點(diǎn)布置情況

為了確保燃機(jī)透平轉(zhuǎn)子不受到超溫而造成損壞，燃機(jī)透平部分布置了6組12個(gè)熱電偶用于監(jiān)測(cè)各輪間的上下溫度，具體測(cè)點(diǎn)及熱電偶代碼如圖2所示。

圖2 熱電偶測(cè)點(diǎn)及代碼

輪間溫度取自徑向上下對(duì)稱位置兩熱電偶測(cè)點(diǎn)的平均值。每一級(jí)輪間溫度及上下溫差均設(shè)有上限值，具體數(shù)值要求見表1。

3 溫度故障及歷史處理情況

2012年，機(jī)組油改氣完成后運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)透平一級(jí)后輪間溫度高故障，并在之后的運(yùn)行過程中該報(bào)警故障一直未解除，具體溫度數(shù)據(jù)見表2。

從表中可以看出，一級(jí)后上側(cè)輪間溫度達(dá)到630.6 ℃高于報(bào)警值510 ℃，并且上下兩點(diǎn)溫差為104.5 ℃也高于報(bào)警值83 ℃，透平部件存在超溫?fù)p壞風(fēng)險(xiǎn)。

表1 最高透平輪間溫度值和溫差值 ℃

表2 2012年5月19日透平輪間溫度值和溫差值 ℃

為解決上述故障，保障設(shè)備安全及機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，2012年5月至2013年10月期間，根據(jù)幾個(gè)可能造成溫度高故障的影響因素，利用機(jī)組調(diào)停及檢修機(jī)會(huì)，進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)及處理。

(1)熱電偶本身存在故障。2012年5月20日，對(duì)TT-WS1AO-1單支熱電偶進(jìn)行更換。

(2)熱電偶位置不對(duì)。2012年5月21日，TT-WS1AO-1、TT-WS1AO-2、TT-WS2FO-1、TT-WS2FO-2 4支熱電偶均拔出30 mm。

(3)二級(jí)噴嘴(靜葉)冷卻系統(tǒng)中冷卻風(fēng)量不足。2012年6月29日，TT-WS1AO-1、TT-WS 1AO-2、TT-WS2FO-1、TT-WS2FO-2四支熱電偶全部復(fù)位，將一級(jí)復(fù)環(huán)中17個(gè)銷子由長(zhǎng)銷改為短銷，以增加至二級(jí)噴嘴的冷卻空氣。

(4)二級(jí)噴嘴冷卻形式改進(jìn)。2013年10月11日，二級(jí)噴嘴由有壓力型改為非壓力型，以獲得更好的冷卻效果，機(jī)組燃燒溫度提升至1 124 ℃。

表3 各階段處理后一級(jí)后輪間測(cè)點(diǎn)溫度值 ℃

從表中可以看出，幾次處理中，將二級(jí)噴嘴由有壓力型改為非壓力型后，輪間溫度值上下兩測(cè)點(diǎn)下降最多，但溫度及上下溫差值仍然處理報(bào)警狀態(tài)。

4 進(jìn)一步分析及處理

經(jīng)過前幾階段的試驗(yàn)與處理，可以發(fā)現(xiàn)熱電偶本身無故障，改變熱電偶插入二級(jí)噴嘴的位置深淺以及通過將一級(jí)復(fù)環(huán)定位銷從長(zhǎng)銷改為短銷來增加至二級(jí)噴嘴的冷卻空氣等措施未取得明顯效果，而將二級(jí)噴嘴由有壓力型改為非壓力型雖效果最明顯，但仍未徹底解決該問題，由此基本排除了熱電偶本身及冷卻系統(tǒng)影響的可能性。

由于冷卻回路中冷卻風(fēng)量充足且穩(wěn)定，正常情況下應(yīng)能取得較好的冷卻效果，因此，懷疑可能有多于正常量的高溫燃?xì)鈴娜~頂及二級(jí)噴嘴密封處泄漏至熱電偶測(cè)點(diǎn)附近，導(dǎo)致冷卻不及，發(fā)生超溫故障，如圖3所示。而造成這一問題的原因可能為透平轉(zhuǎn)子上下部分徑向間隙不均勻，上部間隙偏大，密封效果不佳。

圖3 二級(jí)噴嘴實(shí)物

2017年10月，為徹底解決該溫度偏高問題，利用機(jī)組中修機(jī)會(huì)對(duì)缸體進(jìn)行全面解體，拉鋼絲測(cè)量汽缸洼窩，以確定缸體與轉(zhuǎn)子是否存在較大偏心導(dǎo)致徑向間隙上下不均。

在拉鋼絲測(cè)量洼窩過程中，由于鋼絲存在一定的撓度，其撓曲量稱為垂弧。在測(cè)量計(jì)算時(shí)必須考慮其垂弧，如圖4所示，點(diǎn)O是理論狀態(tài)下不存在垂弧時(shí)鋼絲的中心(即轉(zhuǎn)子中心)，點(diǎn)O′為考慮垂弧時(shí)鋼絲的中心，OO′為垂弧值；a代表左側(cè)洼窩值，b代表右側(cè)洼窩值，c代表下側(cè)洼窩值，上部洼窩值d可由a+b-c得出。

鋼絲垂弧計(jì)算公式為

(1)

式中：2L為鋼絲跨距，mm；mp為鋼絲單位重量，1.541 3 g/m；m為懸掛的鋼絲質(zhì)量，2.5 kg；x為垂弧測(cè)點(diǎn)與鋼絲一端的距離，mm。

圖4 考慮垂弧后洼窩圖

結(jié)合各位置跨距如圖5所示，由此計(jì)算可得，#2軸承、2級(jí)復(fù)環(huán)、3級(jí)復(fù)環(huán)處垂弧分別為0.58 mm， 0.40 mm和0.34 mm。

圖5 軸系跨距

以#1軸承及二級(jí)復(fù)環(huán)處洼窩為基準(zhǔn)，測(cè)量各位置處洼窩，并進(jìn)行垂弧修正，見表4。

表4 軸承標(biāo)高調(diào)整前各位置處洼窩數(shù)據(jù) mm

從洼窩數(shù)據(jù)來看，整體上呈現(xiàn)上大下小的狀態(tài)，意味著轉(zhuǎn)子中心相對(duì)缸體中心偏下，造成透平段上部葉頂及噴嘴徑向密封處徑向間隙偏大、下部徑向間隙偏小，與預(yù)期的結(jié)果一致。

根據(jù)洼窩數(shù)據(jù)情況，將#2軸承標(biāo)高抬高0.55 mm，#3軸承標(biāo)高抬高0.80 mm，并測(cè)量調(diào)整后的洼窩數(shù)據(jù)見表5。

表5 軸承標(biāo)高調(diào)整后各位置處洼窩數(shù)據(jù) mm

從表中可以看出，經(jīng)過調(diào)整后各位置上下左右方向洼窩數(shù)值基本均勻。

2017年11月20日，機(jī)組完成回裝工作并沖轉(zhuǎn)帶負(fù)荷。滿負(fù)荷狀態(tài)下的透平輪間溫度見表6，溫度差值及軸瓦的振動(dòng)、溫度見表7。

表6 2017年11月21日滿負(fù)荷狀態(tài)透平輪間溫度值和溫差值

表7 2017年11月21日滿負(fù)荷狀態(tài)下各軸承軸振及溫度數(shù)據(jù)

可以看出，通過此次洼窩調(diào)整后，徹底解決了輪間溫度高故障，并且瓦溫及振動(dòng)等主要運(yùn)行參數(shù)均無異常。

5 總結(jié)

在排除熱電偶本身問題及動(dòng)靜部分冷卻系統(tǒng)問題后，通過對(duì)設(shè)備解體，測(cè)量、分析#1～#3軸承處及透平段復(fù)環(huán)處洼窩，并通過抬高#2，#3軸承標(biāo)高，將轉(zhuǎn)子中心調(diào)整至基本與缸體同心狀態(tài)，使透平部分周向間隙基本均勻，順利解決了輪間一級(jí)后輪間溫度及溫差超標(biāo)故障。