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通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥進(jìn)汽方式解決#2軸承溫度高問題

2010-12-21

作者:潘衛(wèi)東,李好林,趙乾
  摘 要:黃島發(fā)電廠#3機(jī)#2軸承在汽輪機(jī)啟動(dòng)帶負(fù)荷后,軸瓦烏金溫度超標(biāo)升高并且隨負(fù)荷變動(dòng)而線性變化,非常敏感。通過調(diào)整改變汽輪機(jī)進(jìn)汽方式,改變#1、2調(diào)門進(jìn)汽方式,調(diào)整調(diào)門開度差,開啟#3門,關(guān)閉#1門,將#1、3、4門投入運(yùn)行,Z終解決了#2軸承烏金溫度高無法帶滿負(fù)荷問題,探討出一條不需要停機(jī)即可解決軸承溫度高問題,取得很好的運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效果。
  關(guān)鍵詞:軸承;干磨擦現(xiàn)象;調(diào)節(jié)閥;噴嘴進(jìn)汽方式;負(fù)荷;承載過重;油膜減薄;油膜加厚;轉(zhuǎn)子的位置;不平衡力
  一、汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)概述
  黃島發(fā)電廠#3汽輪機(jī)為原蘇聯(lián)列寧格勒金屬加工廠生產(chǎn)制造,型號(hào)為K-225-130-1型,單軸、三缸、雙排汽、中間再熱凝式汽輪機(jī)組。汽缸分為高壓缸、中壓缸、低壓缸三個(gè)部分。從鍋爐來的新蒸汽沿二根主蒸汽管道經(jīng)機(jī)側(cè)電動(dòng)主閘門,自動(dòng)主汽門分別通過導(dǎo)管進(jìn)入高壓缸四個(gè)調(diào)速汽門進(jìn)入高壓缸,排汽進(jìn)入鍋爐再熱器進(jìn)行一次再熱,然后由爐再熱器出來的再熱蒸汽,再經(jīng)過四根再熱管道進(jìn)入兩個(gè)中壓自動(dòng)主汽門和裝在中壓缸上的四個(gè)中壓調(diào)速汽門進(jìn)入中壓缸,中壓缸排汽沿兩根導(dǎo)汽管進(jìn)入低壓缸的中間部分,分兩路排入凝汽器。
  高壓缸共有十二級(jí),級(jí)為調(diào)速級(jí),缸內(nèi)設(shè)有四組噴嘴,分別被四個(gè)高壓調(diào)門所控制,每個(gè)調(diào)門各控制一組噴嘴,該機(jī)組#1、#2、#3、#4調(diào)門對(duì)應(yīng)的4個(gè)噴嘴組的噴嘴數(shù)分別為10、14、9和12,噴嘴數(shù)目有較大的差別。
  表一 調(diào)速汽門控制噴嘴數(shù)

  圖一 高壓調(diào)速汽門排列順序(沿汽流方向看)
  高壓缸調(diào)節(jié)門是裝在自身缸體上,通過蒸汽管道,輸送到兩個(gè)高壓缸主汽門。由于蒸汽從2號(hào)軸承側(cè)進(jìn)入高壓缸,故高壓轉(zhuǎn)子為左旋。
  中壓缸四個(gè)調(diào)門兩個(gè)在上汽缸上,下部兩個(gè)緊固在下汽缸上,中壓轉(zhuǎn)子共有十一個(gè)壓力級(jí)。中壓調(diào)速汽門排列順序?yàn)椋?br />
  圖二 中壓調(diào)速汽門排列順序(沿汽流方向看)
  二、軸承的結(jié)構(gòu)分析
  汽輪機(jī)組軸系共有九個(gè)軸承,汽輪機(jī)五個(gè),其中#2軸承為支承推力綜合軸承,發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)各兩個(gè)。支承軸承#1-7號(hào)為橢園形軸承,#8、9為園筒形軸承,軸瓦材料為錫基巴氏合金。軸承進(jìn)油孔設(shè)在側(cè)面墊鐵間,潤滑油進(jìn)入軸瓦后,順時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向到軸頸上部,冷卻軸頸,再到下部起潤滑作用。為防止軸瓦轉(zhuǎn)動(dòng),軸承均設(shè)有銷餅,它一半裝在軸瓦處園銑出的槽內(nèi),另一半嵌在軸承座結(jié)合面的凹坑中。
  #2綜合式推力軸承。推力軸承承受轉(zhuǎn)子的軸向推力和限定轉(zhuǎn)子的軸向位置,汽輪機(jī)串動(dòng)過大,動(dòng)靜軸向間隙消失,甚至發(fā)生碰撞或磨擦,正常情況下,軸向推力的方向推向低壓側(cè)。推力軸承外殼與支持軸承鑄為一體,支持軸承為球形瓦,球面的自調(diào)作用將保證各瓦塊承擔(dān)推力的均勻性。推力部分的重量由裝在瓦下支持彈簧加以平衡,適當(dāng)調(diào)整彈簧的緊力,便可使軸瓦保持正確的位置;轉(zhuǎn)子上的軸向推力經(jīng)過推力盤傳給其前后的扇形推力瓦塊,工作面與非工作面均為10塊推力瓦塊,推力瓦塊的固定是用背后的銷孔掛在支持環(huán)的銷釘上,可以防止瓦塊隨推力盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
  推力軸承結(jié)構(gòu)圖:
  圖三 綜合推力軸承結(jié)構(gòu)圖

  表二 推力軸承測(cè)量:單位:毫米
  三、存在的問題
  #3機(jī)組小修完成后,機(jī)組按照啟動(dòng)計(jì)劃正常啟動(dòng),至3000轉(zhuǎn)/分,各軸承振動(dòng)和軸瓦溫度無異常,但是帶負(fù)荷2千瓦時(shí),發(fā)現(xiàn)#2和#3軸承振動(dòng)突然增大,#2軸承Z大到0.13毫米,打閘停機(jī)。
  機(jī)組重新啟動(dòng)后,維持3000轉(zhuǎn)/分,振動(dòng)基本正常,檢查并測(cè)量軸承振動(dòng)和汽缸振動(dòng)無異常后帶負(fù)荷。
  2006年7月3日9:30機(jī)組負(fù)荷150MW時(shí),發(fā)現(xiàn)#2下瓦溫度93℃;負(fù)荷167MW時(shí),#2下瓦溫度99℃,限定負(fù)荷150MW以下,軸承溫度95℃,開啟頂軸油泵后,瓦溫降到93℃,維持運(yùn)行。
  說明機(jī)組在低負(fù)荷時(shí),瓦溫正常,但是隨負(fù)荷的上升,瓦溫隨即上升,瓦溫上升的趨勢(shì)略滯后于負(fù)荷上升趨勢(shì),并隨負(fù)荷變動(dòng)而變動(dòng),較為敏感,負(fù)荷變化2MW,瓦溫大約升高1℃,開啟甲頂軸油泵,#2瓦烏金溫度可以下降1.2℃,機(jī)組因此限定負(fù)荷150MW以下維持運(yùn)行。
  三、軸承瓦溫高初步處理措施
  為解決此問題,黃島發(fā)電廠與山東電力研究院熱能所專家,共同對(duì)軸承瓦溫升高的原因進(jìn)行了診斷試驗(yàn),首先對(duì)軸承檢修情況檢查分析。
  1、2005年11月,#3機(jī)大修中檢查烏金無異常,發(fā)現(xiàn)#2軸徑有磨損現(xiàn)象。
  2、2006年6月#3機(jī)小修,檢查軸承烏金,發(fā)現(xiàn)下瓦兩側(cè)磨干約有1/3,無脫胎現(xiàn)象,對(duì)干磨部位刮削處理,下瓦兩側(cè)油囊刮削增大,軸徑溝痕清理打磨完成后裝復(fù)。
  3、兩次檢修軸承各部位測(cè)量的數(shù)據(jù),見表三。
 
表三 軸承各部位測(cè)量值:單位:毫米
  4、對(duì)發(fā)電機(jī)碳刷接地等裝置檢查,重點(diǎn)檢查#1軸徑處轉(zhuǎn)子接地碳刷,臨時(shí)增加一路電阻值0.05歐姆的接地線,測(cè)量電壓和電流值較小,軸瓦溫度沒有明顯變化。
  四、改變進(jìn)汽方式與軸承溫度之間的關(guān)系試驗(yàn)
  黃島電廠#3機(jī)組配汽方式為:正常運(yùn)行時(shí),閥門開啟順序?yàn)?1→#2→#3→#4順序開啟,采用滑壓運(yùn)行的方式,負(fù)荷130-150MW時(shí),#1、2調(diào)門的開度50%左右,在高負(fù)荷段190-225MW時(shí),#1、2高調(diào)全開,#3高調(diào)部分開啟,#4高調(diào)滿負(fù)荷且參數(shù)比較低時(shí)參與調(diào)節(jié)。見下圖四
 

圖四 閥桿升程曲線
  來自鍋爐的高壓蒸汽通過高壓調(diào)門,進(jìn)入高壓調(diào)節(jié)級(jí)作功時(shí),會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片產(chǎn)生汽流力的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)均勻進(jìn)汽,汽流力均勻的分布于整個(gè)圓周,轉(zhuǎn)子能夠自平衡;但當(dāng)采用噴嘴進(jìn)汽時(shí),調(diào)節(jié)級(jí)部分進(jìn)汽,由于調(diào)節(jié)級(jí)水平方向上較大的不平衡汽流力的影響,轉(zhuǎn)子軸心位置發(fā)生變化,在機(jī)組的軸承處產(chǎn)生附加載荷,改變軸承靜動(dòng)特性,靠近調(diào)節(jié)級(jí)的高壓轉(zhuǎn)子#2軸承受到的影響Z大,出現(xiàn)振動(dòng)異常、瓦溫升高等異?,F(xiàn)象。
  2006年7月7日上午,對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行試驗(yàn),通過調(diào)整改變汽輪機(jī)進(jìn)汽方式,使#2軸承烏金溫度恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。原運(yùn)行方式為#1、2噴嘴調(diào)節(jié),它們?nèi)糠植荚谄啓C(jī)的上缸,這時(shí)開啟#3門,逐漸關(guān)閉#1門,改變調(diào)節(jié)閥噴嘴進(jìn)汽方式,#2軸承下瓦烏金迅速降到80度,直到正常溫度60度左右,機(jī)組汽缸膨脹,上下缸溫差沒有任何變化。機(jī)組滿負(fù)荷后運(yùn)行正常,消除了#2軸承溫度高這一缺陷。
  表四 在負(fù)荷不變的情況下的試驗(yàn)表

  表五 切換調(diào)門直至帶滿額定負(fù)荷后軸瓦溫度之間關(guān)系試驗(yàn)
  原運(yùn)行方式為#1、2噴嘴調(diào)節(jié),它們?nèi)糠植荚谄啓C(jī)的上缸,這時(shí)開啟#3門,逐漸關(guān)閉#1門,改變調(diào)節(jié)閥噴嘴進(jìn)汽方式,調(diào)整調(diào)門開度差,運(yùn)行方式改為#1、3、4門參與調(diào)節(jié)。由此分析,#2軸承烏金溫度高的原因是受到不均衡外力的作用,該軸承負(fù)載過大,使得建立起來的油膜減薄,從而引起軸瓦烏金升高。
  軸承在運(yùn)行過程中,在潤滑油通暢的情況下,如果承載過重,則油膜減薄,容易破裂造成軸徑和軸瓦間干磨擦,烏金溫度升高;如果承載過輕,則油膜加厚,容易發(fā)生軸承振動(dòng)大。因此,汽輪機(jī)的Z佳運(yùn)行方式就是使軸承油膜適度,即不厚也不薄。
  通過以上的分析,黃島電廠#3機(jī)的進(jìn)汽方式對(duì)轉(zhuǎn)子的位置有一個(gè)不平衡力,使得軸徑與軸瓦烏金無法建立起來油膜,軸徑與軸瓦烏金發(fā)生干磨擦現(xiàn)象,烏金溫度升高。一般情況下需要停機(jī)處理,解決的方法有:
  (1)減小#2瓦承載,減小軸承比壓。軸承比壓P=P1/λD  P1為軸承載荷,λ為軸承長度,D為軸承直徑。根據(jù)油膜壓力比較,該軸承比壓較高,對(duì)軸瓦低部墊鐵降低0.20-0.30mm。
 ?。?)增加軸瓦進(jìn)油,改變?cè)械倪M(jìn)油節(jié)流孔,擴(kuò)大進(jìn)油量。
 ?。?)重新分配進(jìn)入推力瓦和支持瓦的進(jìn)油量。
 ?。?)檢查軸瓦接觸角,油海徑向形態(tài)修刮為拋物線形狀。
 ?。?)減小軸瓦頂部間隙,增大瓦口間隙。
  但這些措施改變軸瓦的結(jié)構(gòu)形式,工作量大,檢修費(fèi)用高、不容易操作。因此,通過改變調(diào)節(jié)閥噴嘴進(jìn)汽方式來降低軸承烏金溫度,不需要停機(jī)即可解決處理好,是一項(xiàng)簡便易于操作的新技術(shù)。
  五、效果和結(jié)論
  黃島發(fā)電廠#3機(jī)#2軸承在汽輪機(jī)啟動(dòng)帶負(fù)荷后,軸瓦烏金溫度升高并隨負(fù)荷變動(dòng)而線性變化,非常敏感。按照此調(diào)整進(jìn)汽方式方法改進(jìn)后,#3瓦溫度由Z高溫度99℃,降到60℃左右安全穩(wěn)定運(yùn)行,軸承振動(dòng)也沒有異?,F(xiàn)象,Z終解決了#2軸承烏金溫度高無法帶滿負(fù)荷問題,機(jī)組恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài),徹底得到了很好的解決。
  這次處理并徹底解決#3機(jī)#2軸承烏金溫度高問題,探討出一條不需要停機(jī)即可解決軸承溫度高問題,黃島發(fā)電廠在全省20萬千瓦機(jī)組等級(jí),這一技術(shù)難題上創(chuàng)出了一條新路子,可以在同型號(hào)機(jī)組以及在解決軸承溫度高問題上予以推廣和應(yīng)用。
  實(shí)踐證明,該調(diào)整方法簡便易于操作,節(jié)約了大量人力和檢修費(fèi)用,減少一次停機(jī)消缺費(fèi)用(開停機(jī)燃油費(fèi)約30萬元,停機(jī)48小時(shí)搶修費(fèi)用),取得非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益。