某電廠汽輪機高壓缸偏移故障診斷

楊杰虎

摘 要：某電廠2×1 050 MW機組1#機安裝完成后，于2015-01-22首次整套啟動。在運行中存在高負荷時，#1、#2軸振增大及高中壓缸膨脹不足；2015-04-17機組調停后又發現高壓缸右側貓爪脫空、高壓缸水平偏斜。停機揭開#1、#2軸承蓋，測量高壓缸前后端部汽封，發現汽缸偏斜：高壓缸前端汽封右側較原始安裝值增大0.2 mm，后端汽封左側較原始安裝值增大0.25 mm，確認高壓缸缸體存在偏斜現象。汽缸偏移造成汽輪機各軸承振動達279 μm而被迫中斷試運行。根據現場測量的數據分析，初步決定對汽缸膨脹作全面檢查，根據檢查情況判斷引起汽缸偏移的原因，并采取相應的有效處理措施，為今后機組類似故障的診斷積累了寶貴經驗。

關鍵詞：汽輪機；高壓缸；偏移故障；膨脹

中圖分類號：TK263.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.150

某電廠2×1 050 MW機組1#機汽輪機采用國內首次應用的九級回熱系統圓筒缸設計的百萬機組，主機參數28 MPa/600 ℃/620 ℃，由1個高壓缸（逆流）+1個雙分流中壓缸+1個雙分流低壓缸組成。高壓主汽、調節閥布置在機頭側，中壓聯合汽閥布置在中壓缸兩側。高壓缸進汽方式為全周進汽，高壓缸缸體自重約160 t，由左前、左后、右前、右后4個貓爪支撐在基礎上，貓爪間距——前后4.9 m，左右2.1 m。缸體設3個絕對死點：#3軸承箱下方1個、2個低壓缸的中心線附近各1個。推力軸承安裝在#2軸承后，#1、#2軸承箱采用自潤滑滑塊設計。

機組于2015-01-22整套啟動，運行至2015-01-25開始增加負荷至910 MW，機組振動1X/1Y/2X/2Y方向軸振最大分別為165.3 μm、231.7 μm、198.4 μm和279.7 μm，前左貓爪抬起0.70 mm，后左貓爪抬起達0.90 mm。甩負荷5 h后趨于正常。停機揭開#1、#2軸承蓋，測量高壓缸前后端部汽封，發現汽缸偏斜：高壓缸前端汽封右側較原始安裝值增大0.2 mm，后端汽封左側較原始安裝值增大0.25 mm，確認高壓缸缸體存在偏斜現象。

1 故障診斷推理

針對機組出現的問題，對設計進行了以下核查：①設計院安排了非本工程的設計人員重新建模計算和校核。②設計監理對設計圖紙和計算書進行了核查，認為管道布置、支吊架設置和計算結果滿足設計要求，對設備接口的推力和力矩均在汽機廠要求范圍內。③汽輪機廠安排了管道應力計算人員用核電管道應力計算軟件對主汽、冷段管道進行了重新建模計算，結果與設計院基本一致。④對國內其他電廠也出現過高壓缸貓爪脫空的類似情況進行調研，了解到冷段管道布置及支吊架設置與本工程類似。運行時，靠A排側貓爪抬起；原因為靠B排側的立管剛性支吊架安裝較設計低，未能承載，管道自重以冷段水平管段為杠桿導致高壓缸翻轉；處理方案是分別在冷段主管水平段和立管上切口，重新調整2個切口之間的水平管段后無應力對口焊接，缺陷排除后貓爪未再脫空。

2 全面檢查

檢查結果為：①汽機房內冷段彈簧吊架指針偏離冷態位置5～10 mm，未正確承載；②冷段立管#6剛性吊架單側脫空，管夾標高比設計值低約9 mm，承載不足；③冷段#2Y向限位支架兩側存在較大間隙，不起限位作用；汽機廠配供的導汽管設計規格為Φ560×110，實際到貨規格為Φ596×126，壁厚增加14.5%.

3 故障原因分析

根據全面檢查的結果，基本可以判定，本次機組安裝振動偏大的原因有以下幾點。

由于管道已全部安裝就位并保溫，而高壓缸本身位移量極小，難以通過外部測量完全排查出所有因素，結合調研情況和計算驗證，分析認為使1號機組高壓缸貓爪脫空和高壓缸水平偏移為多種因素綜合作用的結果：①冷段管道#6剛吊管夾高度偏差導致剛吊實際承受荷載小于設計值，當#2限位失效時，管道自重以力矩方式作用到高壓缸上；②由于加工制造或現場安裝原因，靠近高壓缸的導汽管、主汽閥、冷段管道支吊架未按設計正確承載、管系未正確膨脹，會造成作用于高壓缸的推力力矩過大；③管道焊接時如果強行冷拉對口，會導致殘留推力力矩作用于高壓缸。

4 處理措施

針對檢查過程中發現的缺陷以及診斷分析，我們采取了有針對性的處理措施。

由各單位組織專家對處理方案進行了討論，考慮到冷段管道切口易于實施，決定對1號機組冷段管道進行切口處理。處理方案如圖1所示。2015-05-15，將冷段管道切口后，右側貓爪回座，#2限位支架管部向爐側移動約5 mm，切口兩側冷段管道水平徑向錯口約15 mm，軸向間隙約40 mm，垂直方向錯口約15 mm。

機組冷段管道切口后調整了剛吊和彈簧，以使切口垂直方向自然對口，2號限位支架重新調整，消除間隙。6號鋼吊向上調整15 mm，消除切管后的管道錯口量。此外，并未采取其他措施改變管系的冷態狀態。

2015-05-24完成上述工作，機組啟動，在啟機暖缸過程中，檢測發現高壓缸左前貓爪上抬0.42 mm，左后貓爪上抬0.79 mm。2015-05-25并網，100 MW負荷切缸后，抬起貓爪回落。

右側貓爪回座后在各次啟停及運行過程中均未出現脫空；但非正常工況下當冷段管道溫度快速降低時，高壓缸左側前、后貓爪出現過同時脫空，冷段溫度恢復正常后左側貓爪回座。

當負荷為800～1 050 MW時，加負荷速率為5～8 MW/min（不能滿足電網AGC要求）；各軸承振動指標趨于穩定，振動最大值均小于90 μm，缸體膨脹較廠家給定值仍偏小（滿負荷時47 mm，設計值50 mm）。

通過對高排母管進行切口處理、高排管道支吊架調整后，高壓缸運行相關指標較上次停機前明顯改善，但機組啟動和甩負荷時高壓缸貓爪仍存在上抬現象，高壓缸膨脹不暢，#1、#2軸振偏大等現象尚未得到徹底解決。

對冷段管道及高旁與冷段連接處進行柔化處理。設計院按業主要求根據現場條件提出了3種冷段柔化布置方案供比選。經專家審查，認為方案一管系柔性改善更好，吸收綜合偏差的能力更強，決定冷段柔化方案原則上按方案一實施。各方案如圖2所示。

冷段柔化方案確定后，設計院與汽輪機廠針對方案一進一步細致配合，各工況計算推力力矩均滿足汽輪機廠要求。冷段柔化方案修改了高排支管、高旁出口與冷段主管之間的管段，未改變原設計管系的熱脹體系。具體修改如圖3所示。

高排母管限位支架由球面限位結構改為拉桿限位結構，高壓缸左側（上半）導汽管恒力支架運改為恒力吊架，加固了主汽門左側限位拉桿固定支架，拆除了右側限位拉桿銷子。左側高導管法蘭解開檢測，出現錯口，經東汽廠核算，對汽缸作用力影響較小（導汽管向機頭位移18.7 mm、向下位移8.0 mm；法蘭間距23 mm、上張口1.4 mm、前張口0.8 mm）。

5 處理總結

根據以上措施處理后，機組于2016-01-04重新啟動，高壓缸貓爪無抬起現象，貓爪負荷分配均勻（左前83T，右前82T，左后110T，右后109T）。機組膨脹正常（高壓缸左側49.5 mm，高壓缸右側50.3 mm）。檢測高壓缸缸體未出現偏斜現象

2016-01-06機組帶滿負荷運行，缸體膨脹、脹差和各瓦溫數據正常；各軸振達到優良水平；機組加減負荷速率達到15 MW/min，滿足電網AGC要求。最終順利完成機組性能考核試驗，全過程機組各軸承振動平穩，參數正常。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕