1 000MW汽輪機(jī)油檔損壞原因和治理

孫 磊，曲海英

（華電國(guó)際電力股份有限公司 鄒縣發(fā)電廠，濟(jì)寧273522）

1 機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象及特征

華電國(guó)際電力股份有限公司鄒縣發(fā)電廠8號(hào)機(jī)組為某制造廠生產(chǎn)的1 000MW機(jī)組，自2011年3月起8號(hào)機(jī)組主機(jī)1～4號(hào)軸振多次出現(xiàn)異常波動(dòng)情況，一段時(shí)間后又逐漸恢復(fù)正常，出現(xiàn)頻率無(wú)規(guī)律，且未發(fā)現(xiàn)與機(jī)組負(fù)荷或其他參數(shù)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系和規(guī)律性；到2011年11月又發(fā)生異常波動(dòng)情況，期間振動(dòng)由20μm左右爬升至90μm，30min后振動(dòng)緩慢回落至正常值。

軸系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 軸系結(jié)構(gòu)

振動(dòng)的特征如下：

（1）機(jī)組正常帶負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，1號(hào)與2號(hào)軸振出現(xiàn)波動(dòng)異常，波動(dòng)幅值沒(méi)有呈周期性變化。

（2）1號(hào)與2號(hào)軸承振動(dòng)增大后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間又恢復(fù)至正常，有明顯的上升和下降階段；但表現(xiàn)出無(wú)規(guī)律性和非線性的一些特征，對(duì)歷史數(shù)據(jù)追查均未發(fā)現(xiàn)明確的參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，與振幅波動(dòng)期間機(jī)組的膨脹、缸溫等的變化也沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（3）進(jìn)一步查看振幅波動(dòng)期間的TDM數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，波動(dòng)的絕大部分為工頻分量，且伴隨著相位的變化，振幅回落后相位也基本回到波動(dòng)前的位置；高頻與低頻分量很小，排除氣流激振以及軸承失穩(wěn)等故障。

（4）振幅發(fā)生波動(dòng)的時(shí)刻大多數(shù)在夜間或機(jī)組升降負(fù)荷前后。

2 機(jī)組振動(dòng)異常判斷

基于上一節(jié)中所述機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象和特征，初步判斷該機(jī)組高壓和中壓部分可能存在動(dòng)、靜碰摩，從趨勢(shì)上看屬于軟摩擦。這種摩擦中動(dòng)、靜部分往往有退讓性或材料較軟，例如汽封、油檔等，因此振動(dòng)幅值上升較緩慢，且有時(shí)會(huì)自行回落，不易導(dǎo)致振動(dòng)發(fā)散。該振動(dòng)是由于動(dòng)、靜輕微摩擦引起，摩擦原因可能是油檔積碳或者軸封間隙變化等［1］：

（1）積碳摩擦是指潤(rùn)滑油與灰塵形成的油垢混合物黏結(jié)在油檔密封齒上，不斷被碾磨擠壓形成碳化顆粒，堆積到一定程度后與轉(zhuǎn)子發(fā)生接觸而產(chǎn)生摩擦、振動(dòng)。近幾年國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多臺(tái)機(jī)組發(fā)生積碳摩擦的案例。

（2）如果端部軸封間隙偏小或不均勻，在工況發(fā)生變化后也容易出現(xiàn)動(dòng)、靜接觸摩擦。如果摩擦較輕，汽封齒不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被磨平，動(dòng)、靜部分就會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間處于似接觸非接觸的狀態(tài)。

3 機(jī)組振動(dòng)異常后采取的措施

針對(duì)油檔積碳或者軸封間隙變化制定安全措施：

（1）認(rèn)真監(jiān)視汽輪機(jī)就地監(jiān)視柜和DCS內(nèi)有關(guān)參數(shù)，每2h就地檢查一次并做好記錄，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

（2）連續(xù)監(jiān)視軸振，在發(fā)生軸振異常時(shí)應(yīng)聯(lián)系熱工人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，保留發(fā)生軸振異常時(shí)段的參數(shù)變化數(shù)據(jù)和曲線。

（3）軸振發(fā)生異常波動(dòng)時(shí)要盡量避免大的操作，盡量穩(wěn)定負(fù)荷，避免因負(fù)荷大幅波動(dòng)產(chǎn)生疊加效應(yīng)；應(yīng)詳細(xì)記錄有關(guān)參數(shù)。

（4）機(jī)組正常運(yùn)行中要投入振動(dòng)保護(hù)，振動(dòng)振幅異常增大至跳閘值時(shí)保護(hù)應(yīng)正確動(dòng)作；否則應(yīng)立即打閘停機(jī)，投入盤(pán)車(chē)，檢查汽輪機(jī)本體有關(guān)參數(shù)，確認(rèn)無(wú)異常后連續(xù)盤(pán)車(chē)4h，轉(zhuǎn)子偏心小于20μm，其他沖轉(zhuǎn)條件滿(mǎn)足后方可重新沖轉(zhuǎn)。

（5）安排專(zhuān)人每天就地全面檢查兩次，每次檢查應(yīng)用聽(tīng)針傾聽(tīng)汽缸內(nèi)部和各軸封、油檔處有無(wú)異音，對(duì)各軸承振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行記錄。

（6）在下次小修期間對(duì)1～4號(hào)軸瓦油檔進(jìn)行揭軸承座檢查，并對(duì)1～4號(hào)軸封、軸頸進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查情況制定處理措施。

4 機(jī)組小修檢查及處理情況

8號(hào)機(jī)組自2012年1月16日至2月14日小修檢查發(fā)現(xiàn)：高壓轉(zhuǎn)子1號(hào)油檔處軸頸積碳、磨損，外油檔處軸頸磨損凹槽寬45mm，徑向最大深度約30mm；內(nèi)油檔處軸頸軸向磨損溝痕寬25mm，徑向最大深度為5mm；同時(shí)發(fā)現(xiàn)1號(hào)油檔銅齒有磨損痕跡，內(nèi)、外油檔間有硬質(zhì)油泥狀沉積物及鐵絲（見(jiàn)圖2）。

圖2 1號(hào)軸瓦油檔處理情況

4.1 原因分析

高壓后軸封位置距離1號(hào)油檔較近（只有25mm左右），缸體熱輻射及導(dǎo)熱導(dǎo)致油檔溫度升高；同時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)灰塵、保溫顆粒、油煙等落在油檔上形成油灰，油灰受高溫碳化，在油檔銅齒間形成高硬度碳化物，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸頸磨損，軸頸磨損后油檔滲漏情況加劇，新的油灰和油灰碳化物不斷堆積，造成軸頸進(jìn)一步磨損。以上過(guò)程周而復(fù)始，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸頸嚴(yán)重磨損。

4.2 處理措施

對(duì)1號(hào)油檔軸頸磨損部位進(jìn)行著色探傷及硬度檢測(cè)，探傷合格無(wú)裂紋，硬度不超標(biāo)。制作專(zhuān)用打磨工具對(duì)軸頸磨損處打磨，加工安裝新油檔。對(duì)汽輪機(jī)高中缸前后軸封處保溫治理，使用新型BFG節(jié)能絕熱保溫材料，減少軸封處的保溫厚度；在恢復(fù)保溫時(shí)注意對(duì)油檔部位的保護(hù)，避免保溫材料的顆粒等雜物進(jìn)入油檔齒之間。

8號(hào)機(jī)組2012年2月15日重新并網(wǎng)發(fā)電，連續(xù)運(yùn)行已經(jīng)有4個(gè)月，1號(hào)、2號(hào)軸承振動(dòng)異常現(xiàn)象消失，所有軸承振動(dòng)正常，從而可以進(jìn)一步判斷引起1號(hào)、2號(hào)軸承振動(dòng)異常的原因就是1號(hào)油檔處軸頸積碳、磨損。

5 氣密式油檔的應(yīng)用

由于高壓缸前后軸封位置距離油檔較近（1號(hào)油檔25mm左右，2號(hào)油檔60mm左右），缸體熱輻射及導(dǎo)熱導(dǎo)致油檔溫度升高；同時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)灰塵、保溫顆粒、油煙等落在油檔上形成油灰，油灰受高溫碳化，在油檔銅齒間形成高硬度碳化物，從而易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸頸磨損。8號(hào)機(jī)組在2009年大修中檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)油檔處軸頸磨損，在2012年8號(hào)機(jī)組小修中檢查發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子1號(hào)、4號(hào)油檔處軸頸積碳、磨損。為改善油檔積碳，避免對(duì)軸頸磨損，將8號(hào)機(jī)組1～4號(hào)油檔改為氣密式油檔。

5.1 氣密式油檔工作原理

在原主機(jī)梳齒密封油檔內(nèi)、外檔之間通入一股凈化、常溫及恒壓的壓縮空氣，形成一道氣密封腔室。利用氣壓密封有效阻止軸承箱外側(cè)蒸汽漏入軸承箱，解決油中進(jìn)水和油檔積碳等問(wèn)題；也可將軸承箱內(nèi)的透平油有效地密封在軸承箱內(nèi)，防止汽輪機(jī)油的外漏，確保機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行（見(jiàn)圖3）。

圖3 氣密式油檔結(jié)構(gòu)

5.2 氣密式油檔系統(tǒng)組成

氣密式油檔系統(tǒng)由兩部分組成：一部分為整套供氣裝置及控制裝置；另一部分為兩套特殊設(shè)計(jì)的帶有進(jìn)氣裝置的銅齒式密封油檔，并包含相應(yīng)的管路連接件。整套供氣裝置由兩套空氣干燥過(guò)濾器串聯(lián)，兩套并聯(lián)的空氣加熱器組成，加熱器運(yùn)行中可一備一用，也可同時(shí)運(yùn)行，并包含相應(yīng)的控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖4）。

圖4 供氣裝置示意圖

5.3 氣密式油檔運(yùn)行維護(hù)

氣密式油檔投用要注意如下幾點(diǎn)：

（1）機(jī)組正常運(yùn)行中，只要潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行，氣密式油檔的壓縮空氣均應(yīng)投入。

（2）經(jīng)常對(duì)1～4號(hào)油檔漏油情況進(jìn)行檢查，尤其在汽輪機(jī)潤(rùn)滑油投停、盤(pán)車(chē)投停、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升降過(guò)程中，壓縮空氣投運(yùn)初期更應(yīng)特別注意。

（3）油檔進(jìn)氣壓力控制在0.05～0.10MPa，壓力過(guò)低或波動(dòng)大容易引起油檔處漏油。壓縮空氣進(jìn)氣量過(guò)大會(huì)引起大軸局部溫差過(guò)大，損傷大軸。壓力超出范圍，及時(shí)分析原因并調(diào)整各進(jìn)氣分門(mén)，直至壓力達(dá)規(guī)定范圍。

（4）加熱器出口溫度控制在70～80℃，溫度過(guò)高、過(guò)低或溫度變化大，引起油檔處大軸溫度波動(dòng)，損傷大軸。

（5）加熱器出口壓縮空氣溫度如長(zhǎng)期超過(guò)80℃，或低于70℃，應(yīng)聯(lián)系熱工隊(duì)檢查處理。

（6）加熱器禁止長(zhǎng)期無(wú)壓縮空氣流動(dòng)情況下干燒，一般不應(yīng)超過(guò)5min，并保證加熱器溫度控制正常，否則應(yīng)及時(shí)開(kāi)啟壓縮空氣或停止加熱器工作。加熱管溫度不正常升高至100℃時(shí)應(yīng)分析是否壓縮空氣閥門(mén)關(guān)閉或流量過(guò)低引起，否則應(yīng)切換至備用加熱器運(yùn)行。故障加熱器應(yīng)停運(yùn)檢修。

（7）干燥過(guò)濾器頂部差壓顯示器顯示全為紅色時(shí)應(yīng)切換至備用過(guò)濾器運(yùn)行。

（8）干燥過(guò)濾器底部手動(dòng)排水門(mén)正常應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，油水應(yīng)通過(guò)自動(dòng)排水門(mén)排出，若油水觀察窗水位超過(guò)1／2，自動(dòng)排水口無(wú)油水排出，表明自動(dòng)排水裝置浮球閥故障，應(yīng)切換至備用濾網(wǎng)運(yùn)行。

（9）汽輪機(jī)熱態(tài)下投停加熱器，壓縮空氣溫度變化大時(shí)，注意監(jiān)視高中壓缸差脹變化，防止超限。

（10）正常運(yùn)行，每月進(jìn)行一次加熱器定期切換。切換時(shí)，先開(kāi)啟加熱器進(jìn)口門(mén)，投入加熱器運(yùn)行，待加熱管或出口溫度達(dá)70℃，開(kāi)啟加熱器出口門(mén)，再停止原運(yùn)行加熱器。切換前后應(yīng)在機(jī)組長(zhǎng)值班日志內(nèi)記錄1～4號(hào)油檔進(jìn)氣壓力、加熱器出口溫度。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)8號(hào)機(jī)組振動(dòng)異常進(jìn)行分析，判斷振動(dòng)異常的原因，并制定相應(yīng)的措施。利用機(jī)組大、小修對(duì)可能的故障點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的檢查和維修。為避免汽輪機(jī)油檔處軸頸積碳、磨損的事故再次發(fā)生，對(duì)汽輪機(jī)高、中壓缸前后軸封處保溫進(jìn)行治理，使用新型BFG節(jié)能絕熱保溫材料；同時(shí)把油檔改造為氣密式油檔，從根本上解決油檔處軸頸積碳、磨損問(wèn)題。

［1］陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2000.