600MW汽輪機軸向位移大故障處理

陳 強

（廣東粵華發電有限責任公司，廣東 廣州 510731）

某電廠2號機是東方-日立超臨界600MW汽輪機。2007年底通過168h試運行，并正式投入商業運行。

1 TSI汽輪機安全監視系統介紹

根據600MW汽輪機組監視參數的要求， TSI系統對轉速、軸振動、瓦振動、軸位移、脹差、偏心、鑒相、汽缸熱膨脹、超速保護等進行監測，并能輸出報警及停機邏輯信號和模擬信號(4mA～20 mA或0～10V）。所有監測數據均可以通過通訊的方式在DEH或DCS系統的畫面上顯示，供機組運行人員監視。

1.1 高中壓及低壓缸脹差測量

測試模塊由2套PR6426/00-CS型渦流傳感器和1塊MMS6210型監測器組成，主要測量高中壓及低壓缸轉子和汽缸的相對膨脹值。

高中壓脹差(DEHI)運行限制值：正常運行范圍為-5.3mm≤DEHI≤+10.3mm，報警范圍為-6.6 mm≤DEHI≤-5.3mm和+10.3mm≤DEHI≤+11.6mm。遮斷值為DEHI≤-6.6mm和DEHI≥+11.6mm。其中，高中壓轉子脹差=轉子膨脹量-汽缸膨脹量。

1.2 軸向位移測量

測試模塊由2套PR6424/01-CS型渦流傳感器和1塊MMS6210型監測器組成，主要對大軸的竄動量進行監測，并給出“與”邏輯停機信號。

軸向位移(SP)運行限制值：正常運行范圍為-1.05mm≤SP≤+0.6mm，報警范圍為-1.65 mm≤SP≤-1.05mm和+0.6mm≤SP≤+1.2 mm。遮斷值為SP≤-1.65mm和SP≥+1.2mm。其中，正值表示大軸向機頭方向竄動，負值表示大軸向機尾方向竄動。

2 汽輪機本體結構設計與軸向推力關系介紹

汽輪機采用高中壓合缸對流布置，用以減少軸向推力；轉子葉輪上設置有平衡孔，以減少壓力及前后壓差，減少軸向推力；同時，在中軸承箱內設置推力軸承，用于平衡汽輪機作功過程的軸向推力。低壓轉子自身采用對流布置設計，基本上可互相抵消軸向推力。

機組開機過程中，采用中壓缸啟動方式。這決定了機組在開機過程中軸向推力方向是指向機尾的。隨著機組切缸、投入高壓缸運行后，指向機頭的軸向推力漸漸變大；當高壓缸側指向機頭側的軸向力大于中壓缸側指向機尾的軸向力時，軸向合力最終指向機頭側。正常負荷運行狀態下，兩側推力瓦機頭方向側的推力瓦的溫度高，可以說明機組運行后最終的軸向力是指向機頭側的。

軸向位移測點安裝在2號瓦和3號瓦之間，在中軸承箱內。軸向位移主要監視轉子竄動，防止轉子軸向竄動過大，引起汽輪機動靜碰磨，而最終導致事故發生。

根據高中壓缸對稱布置，汽輪機靜葉在前、動葉在后的特點，以及軸向位移監測點的位置，可以得出：

(1) 當機組軸向力指向機頭時，中壓缸內的軸向動靜間隙趨向變小；

(2) 當機組軸向力指向機尾時，高壓缸內的軸向動靜間隙趨向變小。

3 軸向位移大事故

2號機組C級檢修完畢后于2008-06-30并網，機組負荷為85MW時，軸向位移達到-1.664mm(軸向位移報警定值為-1.05mm，跳機保護定值為-1.65mm)，TSI軸向位移遮斷保護動作跳機。機組再次啟動并網后，負荷為120MW時，軸向位移仍一直偏大(為-1.34mm左右)，故機組沒有繼續升負荷。根據表1所示汽輪機高中壓缸軸向通流間隙數據可知，本汽輪機軸向動靜最小通流間隙為3.5 mm(位置處于中壓缸末級)，熱態下高中壓缸和高中轉子的整體脹差約為4.84mm。假設轉子和汽缸是均勻膨脹的情況下，以軸向位移測量處為零點，則從零點至中壓末級這段長度內，高壓脹差約為1.3 mm(1.3+1.75=3.05,3.05＜3.5)。如果末級處的脹差值和軸向位移量之和小于最小通流間隙值，機組就不會發生動靜碰磨。在咨詢汽輪機廠家設計人員的意見以后，將軸向位移跳機保護定值修改放大為-1.85mm。機組繼續升負荷至600MW，此時汽輪機軸向位移穩定在-1.75mm。

表 1 軸向通流間隙表 mm

4 產生軸向位移大的原因分析

(1) 在2號汽輪機C級檢修中，測量到推力間隙為0.96mm(原安裝值為0.49mm,標準值為0.45 mm～0.51mm),但未及時處理，消除過余間隙以使推力盤間隙恢復到標準值。啟機后將此過余間隙帶入軸向位移。

(2) 2號汽輪機在機械推軸確定好測量零位后，安裝軸向位移測量探頭。經檢查設備檢修和運行歷史記錄，安裝調整完畢后約3h軸向位移值從0跳變到-0.45mm。在此期間無人員對轉子或測量裝置做任何操作，可判斷汽輪機推軸確定零位時推力瓦體同時隨轉子移動較大，但推力瓦體并未在外加推力消除后馬上復位，而是過了一段時間后才釋放應力、復位，造成軸向位移值跳變。機組檢修完畢投入汽輪機盤車后，軸向位移值即超過了報警值，達到-1.29mm。

(3) 2009-01-10開始對2號機進行大修，并對推力瓦進行了以下檢查：

① 測量推力間隙過程中，發現球面的軸向位移為0.25mm，超過設計范圍值(0.13mm)。

② 測得球面間隙為0.07mm，設計范圍是：±0.025mm。

③ 測得推力間隙為0.96mm，設計范圍是：0.45mm～0.51mm。

5 處理過程

(1) 測量推力間隙過程：

① 轉子位置決定后，蓋上半軸承推力瓦體，最終在裝配狀態測量。

② 千分表均應在左、右側安裝。

③ 在只有汽輪機轉子時，用49kN的推力推動轉子以測量推力間隙；在汽輪發電機組連接時，用98kN推力推動轉子以測量推力間隙。通過正、反向墊環加工調整推力間隙至設計范圍，作上述測量時球面的軸向位移不超過0.13mm。

(2) 根據高中壓通流間隙重新調整推力瓦零點，并將推力間隙調整至設計范圍。通過重新裝配正、反向調整墊環，最終測量推力間隙為0.46mm。

(3) 調整球面間隙至設計范圍。通過調整球面中分面墊片將球面間隙調整至-0.02mm。

(4) 球面的軸向位移大，主要是因為球面間隙過大，使球面在瓦套內的移動范圍變大。球面間隙調整至設計范圍后，測量推力間隙過程中球面位移為0.11mm。

6 結束語

2009-03-10大修結束后，開機時，軸向位移正常；機組正常帶負荷運行時，軸向位移保持在-0.52 mm左右。在軸向位移大危及機組安全運行，而機組又不具備條件徹底檢查處理的情況下，可通過修改機組TSI遮斷保護定值來穩定機組的運行。修改保護定值后，機組安全、穩定運行至下一個大修期。