部分進汽方式下汽輪機組軸瓦金屬溫度偏高的分析及處理
2009-07-20 來源：電力裝備網
山東華能德州電廠（253024）李杰王艷
［摘 要］結合德州電廠#4機組在通流改造后出現的軸瓦金屬溫度偏高現象，試驗并分析了配汽方式對軸瓦金屬溫度的影響，提出了臨時解決方案、即通過改變部分進汽方式下汽輪機的配汽方式來降低#2軸瓦金屬溫度高的問題。
［關鍵詞］配汽方式；軸瓦金屬溫度；分析；處理
0 前言
反映汽輪機運行狀態的參數可分為兩類：一類是熱力特性參數，如蒸汽流量、壓力、溫度、缸效率等；另一類是機械特性參數，如軸振、瓦振、軸承的金屬溫度等。軸承金屬溫度是檢驗一臺機組機械特性的重要參數，是考核汽輪機組設計、安裝及檢修質量的一個重要指標，也是運行過程中監視的一個重要參數。對于傳統的牌號為ZSnSb11Cu6的錫銻合金軸承，其正常運行溫度一般要求低于95℃。近年來隨著國內外各大汽輪機廠及專業軸承廠家對軸承合金的深入研究，通過對錫銻合金中諸如Cu元素含量的調整及其它微量元素的添加，軸承合金的軟化溫度、硬度以及允許運行溫度也有了大幅的提高，如GE公司660MW機組所采用的可傾瓦其報警溫度為116℃，停機溫度為127℃；東方汽輪機廠開發出來的可傾瓦其報警溫度為105℃，停機溫度為115℃。雖然該溫度的提高給機組連續運行提供了更大的空間，但在軸承溫度過高的情況下運行仍是危險的，需要給予必要的處理。
1 機組軸系特點及配汽方式介紹
華能德州電廠#4機組投產于1994年，汽輪機系東方汽輪機廠生產的D42型300MW機組，型號為N300-16.7/537/537，為亞臨界中間再熱單軸雙缸雙排凝汽式汽輪機。汽輪機控制系統采用的是上海新華控制工程有限公司的DEH-Ⅲ型控制系統。
汽輪機高中壓轉子的#1、#2軸承為落地式支承，低壓轉子的#3、#4軸承座落在排汽缸上，#1～4號軸承均為橢圓軸承，各轉子之間用剛性靠背輪連接，盤車裝置位于#4軸承后部，軸系結構如圖一所示。在2008年4月份通流改造中將#1、2軸瓦更換為5瓦塊可傾瓦，其上瓦布置有3塊瓦塊、下瓦布置有2塊瓦塊（每塊瓦塊上裝有一只Pt100金屬溫度測點），屬于典型的支點間支承可傾瓦。
［關鍵詞］配汽方式；軸瓦金屬溫度；分析；處理
0 前言
反映汽輪機運行狀態的參數可分為兩類：一類是熱力特性參數，如蒸汽流量、壓力、溫度、缸效率等；另一類是機械特性參數，如軸振、瓦振、軸承的金屬溫度等。軸承金屬溫度是檢驗一臺機組機械特性的重要參數，是考核汽輪機組設計、安裝及檢修質量的一個重要指標，也是運行過程中監視的一個重要參數。對于傳統的牌號為ZSnSb11Cu6的錫銻合金軸承，其正常運行溫度一般要求低于95℃。近年來隨著國內外各大汽輪機廠及專業軸承廠家對軸承合金的深入研究，通過對錫銻合金中諸如Cu元素含量的調整及其它微量元素的添加，軸承合金的軟化溫度、硬度以及允許運行溫度也有了大幅的提高，如GE公司660MW機組所采用的可傾瓦其報警溫度為116℃，停機溫度為127℃；東方汽輪機廠開發出來的可傾瓦其報警溫度為105℃，停機溫度為115℃。雖然該溫度的提高給機組連續運行提供了更大的空間，但在軸承溫度過高的情況下運行仍是危險的，需要給予必要的處理。
1 機組軸系特點及配汽方式介紹
華能德州電廠#4機組投產于1994年，汽輪機系東方汽輪機廠生產的D42型300MW機組，型號為N300-16.7/537/537，為亞臨界中間再熱單軸雙缸雙排凝汽式汽輪機。汽輪機控制系統采用的是上海新華控制工程有限公司的DEH-Ⅲ型控制系統。
汽輪機高中壓轉子的#1、#2軸承為落地式支承，低壓轉子的#3、#4軸承座落在排汽缸上，#1～4號軸承均為橢圓軸承，各轉子之間用剛性靠背輪連接，盤車裝置位于#4軸承后部，軸系結構如圖一所示。在2008年4月份通流改造中將#1、2軸瓦更換為5瓦塊可傾瓦，其上瓦布置有3塊瓦塊、下瓦布置有2塊瓦塊（每塊瓦塊上裝有一只Pt100金屬溫度測點），屬于典型的支點間支承可傾瓦。
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圖1 軸系結構
該汽輪機的配汽方式是主汽經過2個高壓主汽門后、再經過4個高壓調節閥門(GV1-GV4)分別進入4組噴嘴組，機組啟動時采用全周進汽的配汽方式，正常運行時采用部分進汽方式。機組通流改造前在部分進汽方式下，高壓調門開啟順序為：GV3、GV4同時開啟，然后開啟GV1、Z后開啟GV2，其部分進汽方式下閥門流量特性曲線見圖二。其高壓調門對應的噴嘴組及其噴嘴數如圖三所示。
圖２ 部分進汽方式下閥門流量特性曲線
圖３ 高壓調門對應的噴嘴組及其噴嘴數
2 軸瓦溫度高的現象及原因分析
德州電廠#4汽輪機組于2008年3、4月份進行了通流改造，4月底進行了整機啟動，在開機1200RPM低速暖機時，軸瓦金屬溫度均小于75℃，2000RPM高速暖機時#2瓦左瓦塊的金屬溫度上升到85℃，3000RPM時該瓦塊溫度高達96℃。在制造廠建議下，機組進行了帶負荷試驗，在機組負荷為210MW左右時，該瓦塊溫度升到Z高104.4℃,接近制造廠的報警值。但隨著機組負荷的進一步升高，其值有下降的趨勢，在負荷為320MW時，該瓦塊的溫度下降到了102.2℃。整個升負荷過程中，潤滑油的壓力基本維持在0.14MPa，潤滑油溫度在37.4～37.5℃之間波動。
德州電廠#4汽輪機組于2008年3、4月份進行了通流改造，4月底進行了整機啟動，在開機1200RPM低速暖機時，軸瓦金屬溫度均小于75℃，2000RPM高速暖機時#2瓦左瓦塊的金屬溫度上升到85℃，3000RPM時該瓦塊溫度高達96℃。在制造廠建議下，機組進行了帶負荷試驗，在機組負荷為210MW左右時，該瓦塊溫度升到Z高104.4℃,接近制造廠的報警值。但隨著機組負荷的進一步升高，其值有下降的趨勢，在負荷為320MW時，該瓦塊的溫度下降到了102.2℃。整個升負荷過程中，潤滑油的壓力基本維持在0.14MPa，潤滑油溫度在37.4～37.5℃之間波動。
影響軸瓦溫升的主要因素有軸瓦供油量、軸瓦的功耗，而軸瓦功耗的大小又與軸瓦載荷的大小成正比。在整個升負荷過程中，潤滑油溫度也較為穩定、通過對#2軸承箱回油量的觀察可以發現#2的潤滑油量也基本沒有變化，而軸瓦金屬溫度卻發生了如此大的變化，這說明在升負荷過程中該軸瓦功耗發生了變化，即軸瓦載荷發生了變化。在機組達到額定轉速后，能夠造成軸承載荷變化的因素主要有軸承座的標高及轉子的軸心位置，而在整個升負荷過程中影響#2軸承座標高變化的特征參數如高中壓缸膨脹、高差等均沒有變化，表明#2軸瓦載荷的變化并不是由于#2軸承座標高變化引起的，那引起#2軸承載荷變化的原因便只有在升負荷過程中因高壓調門開啟數量及升程的變化造成高中壓轉子轉子軸心位置發生變化這一原因。
3 配汽方式對軸系運行特性影響試驗及結果分析
為了驗證分析的結果，2008年4月30日在#4機組上進行了配汽方式對#1、2軸瓦金屬溫度影響的試驗。試驗條件是：維持機組主再蒸汽參數不變、維持機組負荷穩定、維持機組潤滑油溫度穩定，投入機組功率回路，將汽輪機進汽方式由部分進汽切為全周進汽。試驗過程是：用手動置值的方式逐漸關閉#4高壓調門，然后開啟動#4高壓調門，再關閉#1高壓調門，觀察并記錄試驗過程中#1、2軸瓦金屬溫度和#1、2軸振的變化。試驗數據如下表：
為了驗證分析的結果，2008年4月30日在#4機組上進行了配汽方式對#1、2軸瓦金屬溫度影響的試驗。試驗條件是：維持機組主再蒸汽參數不變、維持機組負荷穩定、維持機組潤滑油溫度穩定，投入機組功率回路，將汽輪機進汽方式由部分進汽切為全周進汽。試驗過程是：用手動置值的方式逐漸關閉#4高壓調門，然后開啟動#4高壓調門，再關閉#1高壓調門，觀察并記錄試驗過程中#1、2軸瓦金屬溫度和#1、2軸振的變化。試驗數據如下表：
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試驗時機組的相關參數：主汽壓力為16.2MPa,主汽溫度為537℃，機組負荷是259MW，潤滑油壓力為0.14MPa，潤滑油溫度在37.4～37.5℃試驗參數顯示，汽輪機的配汽方式改變會影響到#1、2軸瓦的金屬溫度，特別是在#1高壓調門關閉的情況下， #1、2軸瓦左右兩側瓦塊較全周進汽方式均有較大的變化，#1軸瓦左側瓦塊金屬溫度升高了0.3℃，#1軸瓦右側瓦塊金屬溫度降低了11.5℃，#2軸瓦左側瓦塊金屬溫度降低了7.9℃，#2軸瓦右側瓦塊金屬溫度升高了6.2℃。試驗過程中#1軸振基本沒有變化，#2軸振X向升高了約10μm，#2軸振Y向基本沒有變化。
根據試驗結果，征求了制造廠的意見，電廠對#4機組高壓調門在部分進汽方式下的開啟順序進行了調整，由原來高壓調門GV3、GV4同時開啟，然后開啟GV1、Z后開啟GV2的方式改為高壓調門GV2、GV3同時開啟，然后開啟GV4、Z后開啟GV1的方式。調整配汽方式過程中#1、2軸承金屬溫度變化情況見照片４。
根據試驗結果，征求了制造廠的意見，電廠對#4機組高壓調門在部分進汽方式下的開啟順序進行了調整，由原來高壓調門GV3、GV4同時開啟，然后開啟GV1、Z后開啟GV2的方式改為高壓調門GV2、GV3同時開啟，然后開啟GV4、Z后開啟GV1的方式。調整配汽方式過程中#1、2軸承金屬溫度變化情況見照片４。
圖４配汽改變過程中#1、2軸瓦金屬溫度變化曲線圖
照片中各區間說明如下：
區間一：部分配汽，高壓調門配汽順序為 3、4→1→2調門；
區間二：配汽方式由3、4→1→2部分配汽轉變為全周配汽的過程；
區間三：全周配汽運行；
區間四：配汽方式由全周配汽轉變為2、3→4→1部分配汽的過程；
區間五：部分配汽，高壓調門配汽順序為2、3→4→1高壓調門。
4 結論
對于運行中的汽輪機高壓轉子，除了受到軸向力及供旋轉的切向力以外，還將受到由于部分進汽等因素造成的額外不平衡力，這個額外的不平衡力可以造成高壓轉子的偏斜，改變軸瓦載荷的分配，從而也影響的軸瓦金屬溫度。在部分進汽方式下，通過合理的改變閥門配汽特性可以改變額外不平衡力的方向及大小，改變軸瓦的載荷分配情況，從而改善個別軸瓦金屬溫度。盡管這種措施在一定程度上可以緩解汽輪機高壓轉子個別軸瓦金屬溫度高的問題，但因其調節量有限、也影響機組運行方式的靈活性，而Z根本的解決軸瓦溫度高的方式還是在嚴格檢修工藝的同時，通過軸瓦的標高調整來實現軸瓦負荷的重新分配。
５參考文獻
[1] 陸燕蓀，周鶴良，楊錦山，等。火力發電設備技術手冊 [M]. 北京：機械工業出版社 1998
[2] 沈鴻，周建南，王道涵，等。機械工程手冊 [M]. 北京：機械工業出版社 1997
區間一：部分配汽，高壓調門配汽順序為 3、4→1→2調門；
區間二：配汽方式由3、4→1→2部分配汽轉變為全周配汽的過程；
區間三：全周配汽運行；
區間四：配汽方式由全周配汽轉變為2、3→4→1部分配汽的過程；
區間五：部分配汽，高壓調門配汽順序為2、3→4→1高壓調門。
4 結論
對于運行中的汽輪機高壓轉子，除了受到軸向力及供旋轉的切向力以外，還將受到由于部分進汽等因素造成的額外不平衡力，這個額外的不平衡力可以造成高壓轉子的偏斜，改變軸瓦載荷的分配，從而也影響的軸瓦金屬溫度。在部分進汽方式下，通過合理的改變閥門配汽特性可以改變額外不平衡力的方向及大小，改變軸瓦的載荷分配情況，從而改善個別軸瓦金屬溫度。盡管這種措施在一定程度上可以緩解汽輪機高壓轉子個別軸瓦金屬溫度高的問題，但因其調節量有限、也影響機組運行方式的靈活性，而Z根本的解決軸瓦溫度高的方式還是在嚴格檢修工藝的同時，通過軸瓦的標高調整來實現軸瓦負荷的重新分配。
５參考文獻
[1] 陸燕蓀，周鶴良，楊錦山，等。火力發電設備技術手冊 [M]. 北京：機械工業出版社 1998
[2] 沈鴻，周建南，王道涵，等。機械工程手冊 [M]. 北京：機械工業出版社 1997