200MW机组高压缸相对胀差大原因分析及处理.doc

200MW机组高压缸相对胀差大原因分析及处理热电技术2006年第3期(总第9l期)200MW机组高压缸相对胀差大原因分析及处理王伟(国电吉林热电厂,吉林吉林132027)攮要针对吉林热电厂ll号机组(200MW)启动过程中高压段相对账差指示偏大,导致投入的汽缸法兰加热系统不能按时解列,高压加热器不能随机组启动而投入.延长了暖机时间的问题,进行了综合分析,并提出了解决处理方案.关键词相对账差绝对膨胀推拉螺栓滑销1前言国电吉林热电厂11号汽轮机是哈尔滨汽轮机厂制造的70型C145/N200—12.75/5351535型三缸二排汽超高压一次中间再热凝汽式汽轮机组,额定出力200MW,该机于1989年7月份正式移交生产,从投产至今共经历4次大修,机组存在主要问题一是机组启动过程中高压缸相对胀差指示偏大,二是高压外缸内壁上下缸温差经常出现偏大现象,最大时达42℃左右,结果导致投入的汽缸法兰加热系统不能按时解列,高压加热器不能随机组启动而投入运行,延长了暖机时间,直接影响了机组启动初期负荷的调整和不能加满负荷稳定运行.汽轮机在启停过程中,转子和汽缸分别以各自的死点为基准膨胀或收缩,由于转子与汽缸的热交换条件不同,使得它们在膨胀或收缩时出现差别.这些差别称为汽轮机转子与汽缸的相对膨胀差,简称胀差.转子与汽缸相比,转子的质量小,参加热交换的面积大,即质量比小(质量与热交换面积之比),而汽缸的质量大,热交换的面积小,质量比大;在加热时转子的膨胀值大于汽缸,称为正胀差;在冷却时转子的收缩值大于汽缸,称为负胀差.汽轮机各级动叶片的出汽侧轴向间隙大于进汽侧轴向间隙,故允许的正胀差大于负胀差.在机组启动过程中,由于汽缸和转子的温度不同,产生相对胀差,这就意味着机组冷态安装时动静部分的轴向间隙发生了变化,如果其相对膨胀差值超过了规定值,就会使动静间的轴向间隙消失,发生转子动静间的摩擦,轻者增加启动时间,降低经济性;重者引起机组振动,大轴弯曲以及掉叶片等恶性事故,甚至毁坏整台机组.因此,监视转子与汽缸的相对膨胀差值是否符合运行工况要求,是实现机组安全启停机,防止出现转动部件与静止部件相互摩擦的关键.尤其是200MW机组承担电网负荷的调峰任务后,该机的高压相对胀差大直接影响了机组启动初期阶段负荷不能按调度指令调整满负荷运行,因此,控制好该机胀差在启动过程中在安全范围之内是一项重要的任务.2原因分析及方案的确定2.1修前原因分析在机组启动即受热初期,转子的平均温升要高于汽缸的平均温升,此时转子与汽缸会产生相对的正胀差;但相对正胀差若过大,超过规定的允许值(高压胀差范围:+6.0一一2.8mrI1),会造成动静摩擦及恶性事故的发生.此时机组在启动初期在未投入高加负荷在175MW左右时,其高压缸相对胀差最大时为+5.8+5.9mm,已接近规定的上限值,见表1,若此时机组按正常启动运行后投入高加加负荷,因6号高压加热器的热汽源从高压缸的第9级动叶后引出,事必增加高压进汽量加快转子平均温升,导致高压缸相对胀差值将会继续增加,而此时的高压外缸内壁上下缸温差也经常地出现偏大现象,最大时38℃左右,为此机组启动初期在投入汽缸法兰,丝对以加快汽缸膨胀以及监控轴封供汽温度,凝汽器真空的同时,只能根据高压胀差的变化,来调整机组运行工况.图1为汽缸与转子膨胀示意图,此台机组为两排汽室结构,汽缸纵向膨胀绝对死点位于低压缸前排汽口处横销中心线与纵销中心线交点处;转子纵向热膨胀相对死点则位于高,中压缸之间的推力轴承处.高压胀差表的发讯器装在1号前轴承箱上,从图1可以看出,高压外缸与高压转子均是向机头方向膨胀的.当高压外缸膨胀或收缩时,带动前轴承箱一起移动,所以高压胀差表的指示值是指高压转子与高压外缸相对膨胀的差值,分析和解决此问题应从两方面着手,即高压转子的热膨胀和高压缸的热膨胀.一27—热电技术2006年第3期(总第91期)l//二l/\;胀方向向甲压趾膨脚高压内缸死点胀方向¨r,1瓯正丁转子死点低压缸死点向1一高压缸相对胀差测点2一高压内缸3一高压外缸4一中压缸5一中压缸相对胀差测点6一低压缸7一联轴器8一轴承9一低压缸相对胀差测点1O一推力轴承图1汽缸与转子膨胀示意图a.控制蒸汽的温升(温降)速度,因为产生胀差的根本原因是汽缸与转子存在温差,蒸汽的温升速度大,转子与汽缸的温差也大,引起的胀差也大;从冷态启动过程中,高压胀差的变化分成以下几个阶段:从汽封供汽至冲转前,胀差值往正方向变化,高压胀差一般增加0.4—0.5mm,汽封供汽后,汽封洼窝的汽封套和相应处的主轴段首先被加热,与汽封相应的主轴段受热后则会使转子伸长,但汽封供热不会使汽缸产生明显的膨胀.汽封供汽对转子伸长值的影响是由供汽温度和时间长短决定的,因此缩短汽封的时间,对减少胀差的正值有一定的作用.从暖机升速,高压胀差一般增加0.81.2mm,在高压缸中蒸汽主要在调节级内作功整个高压转子平均温升是有限的,相对高压外缸,转子温度的变化是超前的,但只要汽温无剧烈的波动,单位时间内高压胀差的变化是比较均匀的.从机组定速和并列带负荷,定速后高压胀差增加的幅度较大,并网后,随着高压调速汽门的开大,进汽量的增加,高压胀差明显增加,而此时高压外缸受热膨胀情况是受内缸夹层蒸汽温度决定的,假若主汽温升速过快,高压胀差的增加就比较难控制.因此,启机过程中,应控制好蒸汽的温升速度,设法提高高压外缸金属温度,使其提王伟:200MW机组高压缸相对胀差大原因分析及处理前膨胀出来,是控制高压胀差的有效途径.b.汽缸法兰,丝对加热装置的影响,汽轮机在启停机过程中使用汽缸法兰和丝对加热装置,可以提高或降低汽缸法兰和螺栓的温度,有效地减少汽缸内外壁,法兰内外,汽缸与法兰,法兰及螺栓的温度差,加快汽缸膨胀或收缩,起到控制膨胀的作用.如果厚重的外缸法兰膨胀不出去,必然限制整个汽缸的膨胀.因此在机组启动的开始阶段合理地使用汽缸法兰,丝对加热装置加热汽缸法兰和丝对,有助于加快外缸膨胀,减少正胀差.c.机组的高压外缸上下汽缸温差偏大,是造成机组的高压胀差大原因之一.由于汽缸存在温差导致高压下外缸膨胀较慢,制约和影响了高压缸的整体膨胀,为了缓解高压下外缸膨胀较慢问题,机组不得不延长高压缸的法兰和夹层加热时间并不投高加,以解决因为下汽缸平均温升慢,影响汽缸的绝对热膨胀问题.这说明内外缸夹层和法兰供汽量存在不足问题,应设法解决.d.为提高高压下缸夹层温度以减少上下外缸内壁温差,该机原设计上将高压缸前轴封1套第9汽封环后部分汽源,通过2根28×4mm的遗漏管引入下夹层.作用是为了加大夹层供汽量,经与哈汽厂家了解,前轴封1套前9环的汽封径向间隙值可做适当的放大,目的是为了提高高压下汽缸的温度,减少上下汽缸的温度偏差,便于汽缸的膨胀.e.凝汽器真空的影响,汽轮机在启动过程中,当机组维持一定转速或负荷时采用改变凝汽器真空的试验方法也可调整胀差.但不同机组,它的影响也不相同;当真空降低时,欲保持机组转速不变或负荷不变,必须增加进汽量,使高压转子受热加快,其高压缸正胀差随之增大;此时由于汽轮机进汽量的增加,中低压转子摩擦鼓风的热量容易被增加的进汽量带走,因而中低压转子被加热的程度减小,中低压缸正胀差小;此外真空降低,排汽缸温度上升,也会减小中低压缸的正胀差.当真空提高时,通过汽轮机的蒸汽量减小,高压转子受热减小,高压缸正胀差减小;对低压缸,却因此时蒸汽量减小,缸内摩擦鼓风损失加大,其热量加热转子,使低压转子伸长,低压正胀差增大.f.汽缸绝对热膨胀还与机组滑销系统有直接关系.当汽缸受热膨胀时,高压外缸是通过下缸下部的槽形板用推拉螺栓连接与1号前轴承箱而共同移动的,中压缸通过下缸猫爪下的横销推拉2号中轴承座移动;高压下外缸的下部与1前轴承箱,2号中轴承箱间及中压缸(前部)的下部均设有垂直的立销,另外前轴承箱和中轴承箱底部与基础台板上配合各有一组纵销,当汽缸的滑销系统出现卡涩时,将严重影响汽缸的自由膨胀,使胀差发生异常的变化;为防止出现滑销因锈蚀发生卡涩,影响汽缸膨胀而导致的高压缸相对胀差大,为此对滑销系统应做重点检查.滑销系统俯视图见图2.2.2具体施工方案a.机组启停运行过程中的监视,具体是在启停机阶段在1号前轴承箱前角两侧,高压外缸后猫爪两侧,2号中轴承箱前角两侧的分别各架一块030mm量程的百分表(总计6块百分表),监视机组启停过程中前轴承箱,高压外缸,中轴承箱的绝对膨胀值,每隔半小时记录一次,目的是检查滑销系统是否在启停机及低负荷暖机过程中导致汽缸膨胀不正常,汽缸的绝对膨胀是否有突跳现象.b.做分解高中低压汽缸,分别吊出和抽出高压下汽缸,1号前轴承箱,2号中轴承箱的前期技术准备工作;首先将1号前轴承箱和2号中轴承箱上的高压绝对总膨胀值指示表,中压绝对总膨胀值指示表作好原始标记,并划好位置,再进行高中低压汽缸的解体工作.揭缸后作好修前高中低压缸通流部分间隙,各段转子轴颈扬度,汽缸结合面的水平,汽缸洼窝中心的复查以及高中低压转子中心的修前测量工作,并认真记录下来以作为修后对比的标准.前箱和中箱处的角销按原位置做好原始编号和记录,测量角销各部分间隙后,拆开角销并检查是否有卡涩痕迹,并按要求用红丹点检查点接触应达75%以上否则应修研好,做好间隙记录.c.依次吊出高压上外缸,高压上下内缸,中低压上汽缸,上隔板,转子,下隔板后,分解并检查1号前轴承箱与高压缸联结的推拉螺栓,猫爪横销,将与高压下外缸相连接的所有管路支吊点固定好后全部汽割解列和法兰进行分解.采用~32mm钢丝绳索4根吊出高压下外缸,敞口的管路和法兰用临时盖板堵好并贴上封条,防止落入杂物.d.将与1号前轴承箱连接油管路做好标记后全部解列,用临时盖板封堵好,并吊出1号前轴承箱放到指定地点,同时检查1号前轴承箱底部台板上的纵销间隙及前箱基础台板的油槽情况并作好记录,用白布将油孔堵好.e.分解并检查2号中轴承箱与中压缸联结的热电技术2006年第3期(总第91期)猫爪横销,将与2号中轴承箱连接油管路做好标记后全部解列,用临时盖板封堵好,采用~32mm钢丝绳索2根吊起中压下汽缸前部(此时中压下汽缸不吊起太高应以能刚好抽出2号中轴承箱为准)左右分别垫入事先准备好的2支50t的千斤顶,用手拉葫芦吊出2号中轴承箱,同时检查2号中轴承箱底部台板上的纵销间隙及中箱基础台板的油槽情况并作好记录,用白布将油孔堵好.旷Ⅲ-(2)圈因+蓓指高压内外缸侧立销立销汽缸膨胀表纵销猫爪销低压缸地脚螺栓图2机组滑销系统俯视图f.检查高压汽缸法兰,丝对,夹层加热装置,重点检查高压内外缸夹层和汽缸法兰供汽系统.g.检查与汽轮机本体连接主管道及缸体疏放水管路的布置情况,是否有对缸体膨胀不畅的影响;同时检查前箱和中箱进,回油管道可能有较大的单侧阻力造成的影响.3发现的问题a.在机组启停运行监视过程中,发现在1号前轴承箱前角两侧架的2块百分表与高压外缸后猫爪两侧架的2块的百分表,记录监视的前轴承箱与高压外缸的绝对膨胀移动值不正常,之间差值最大时达1.84mm,这说明1号前轴承。