汽輪機通流改造后偏心運行中旁路原因探討及解決方案

邱巍玲

（廈門華夏國際電力發展有限公司，廈門 361026）

汽輪機在開機升速過程中，受熱不均或重力等原因易造成轉子偏心值過大。偏心就是轉子運動中心偏離轉子幾何中心，偏心大說明轉子有彎曲。運行人員通過觀察偏心測量值的變化去分析轉子是否有彎曲。開機停機過程中盲目升速或降速，易引起轉子受熱不均，同時造成轉子彎曲。因此，偏心是運行人員在開機停機過程中重要的監視參數。

目前，華夏電力公司四臺機組的汽輪機監測系統（Turbine Supervisory Instrumentation）(以下簡稱TSI系統）均采用本特利公司的3500系統對汽輪機的偏心、鍵相、振動、軸向位移、差脹等重要參數進行監視。偏心探頭與鍵相探頭安裝在汽輪機前軸承箱油泵小軸自由端最前端，偏心探頭垂直地面安裝，兩個鍵相探頭與偏心探頭成45°夾角，鍵相探頭與偏心探頭安裝位置較接近，測量數值有一定的參考價值。偏心探頭采用本特利公司3500系統推薦使用的8mm電渦流探頭，型號為330103-00-04-10-02-00。8mm探頭與型號330180-90-00的前置器及型號330130-080-00-00延伸電纜構成一個完整的偏心測量系統。

四臺機組在汽輪機高低壓缸通流改造前，TSI系統對偏心的測量都很正常，未出現過偏心旁路現象。四臺機組在汽輪機高低壓缸通流改造后，汽輪機偏心先后在運行中間斷出現旁路現象。在啟停機過程中也經常出現偏心通道旁路現象，偏心測量數值無顯示，造成運行人員無法對汽輪機轉子偏心進行正常監視，無法正常進行汽輪機啟停操作，只能采取延長轉子盤車時間、調整探頭間隙等臨時措施，汽輪機啟停操作不當極易造成汽輪機轉子永久彎曲，造成重大損失。，因此，人們積極查找偏心通道旁路原因，以盡快解決問題。但因這問題涉及汽機專業和熱工專業，且偏心探頭安裝在汽輪機前軸承箱內，汽輪機運行時無法進行直觀的檢查，只能通過測量間隙電壓和檢查測量回路，進行初步判斷；進一步檢查只能等汽輪機停止運行時，打開前軸承箱上蓋或人孔門檢查，查找原因需較長時間。

表1 偏心間隙電壓的代表性數值

1 收集資料及分析原因

人們對四臺機都進行資料收集，以下以#2機收集的資料為例，進行原因分析。#2機于2012年進行汽輪機高低壓通流改造。改造前偏心測量顯示正常，未出現過異常狀況，改造后即出現偏心運行中旁路、偏心測量數值無顯示現象。經過兩年多次收集#2機開機前、升速過程、檢修安裝、正常運行帶不同負荷及停機后，偏心間隙電壓具有代表性數值如表1所示。

檢修后第二次停機15d后，開前軸承箱檢查，測量偏心間隙電壓14.76V，用塞尺測量間隙2.10mm。鍵相間隙電壓12.77V，用塞尺測量間隙1.83mm。停機33d后，省電力調度中心通知啟動#2機組發電。投盤車運行后，運行人員告知分散控制系統上偏心無顯示。測量偏心間隙電壓18.95V，通道旁路，鍵相間隙電壓15.34V，通道正常。此后多次測量偏心間隙電壓，均為19V左右，通道旁路。經與領導技術協商，決定停盤車，開前軸承箱人孔門，調整偏心間隙，滿足開機時對偏心的要求。調整前：測量偏心間隙電壓18.33V，用塞尺測量間隙2.55mm。鍵相間隙電壓14.79V，用塞尺測量間隙2.10mm。調整后：偏心間隙電壓16.06V，間隙2.25mm，通道正常。鍵相間隙不變。不能將偏心探頭間隙調小太多的原因是擔心汽輪機運行中間隙會逐漸變小，間隙太小可能引起探頭與轉子測量面磨擦，造成探頭損壞。

根據收集資料、幾次調整偏心間隙和檢修全面檢查，筆者初步排除了偏心測量裝置本身有問題，造成測量值擺動大，數值無法讀取的原因。同時發現，偏心與鍵相在高轉速時同時電壓變小，低于卡件門檻電壓，偏心通道旁路，說明探頭與轉子測量面實際間隙變??；在轉速降至600～200r/min時電壓逐漸升高，高于卡件門檻電壓，通道正常；在停機后開汽輪機前軸承箱檢查，測量偏心探頭間隙，與其電壓值線性對應。經分析，筆者認為偏心旁路主要原因是探頭與軸測量面之間的間隙過大或過小，導致間隙電壓過大或過小，高于或低于TSI 3500框架模件的門檻電壓（2.5～17.5V），引起偏心旁路。得出初步結論，熱工TSI系統偏心測量裝置測量準確，偏心旁路是機械問題。

引起探頭與軸測量面之間的間隙過大或過小分析可能存在的原因有：一是汽輪機軸系運行中熱膨脹大，導致軸與探頭間隙變?。欢怯捎谔筋^支架固定在汽缸前軸承箱上，汽缸前軸承箱熱膨冷縮幅度比軸大，導致探頭與軸測量面間隙變化范圍變大。

2016年#2機檢修期間，汽機專業檢查主油泵端蓋，測量其與軸之間的間隙，確認軸系不存在熱膨脹過大問題。針對原因二，汽機專業在檢修檢查時（冷態），用塞尺測量前軸承箱缸體墊片間隙，發現與上次檢修的數據進行對比，各墊片間隙發生變化。同時在機組運行時（熱態），還發現汽缸前軸承箱熱膨脹幅度較通流改造前大，各墊片間隙測量值明顯擴大，前軸承箱有輕微向上翹起現象。汽機專業咨詢上海汽輪機廠，對汽機前軸承箱缸體的熱膨脹較大問題，目前暫無解決措施。因此，偏心旁路問題需由熱工專業采取相應的技術措施探討解決。

2 解決方案

通過原因分析可知，汽輪機改造后，因汽缸熱膨冷縮幅度擴大，運行中探頭與軸測量面之間的間隙變化量已經超過原來偏心8mm探頭0.25～2.3mm的測量范圍。根據本特利探頭的特性，要解決這一問題，需做到以下三點：一是電渦流探頭的線性量程范圍應將探頭與軸測量面之間的間隙變化量極限值包含在內；二是安裝位置滿足探頭要求的最小靶面尺寸或最小軸直徑的要求；三是探頭能測量轉子偏心電壓峰-峰值。

大量查閱本特利相關產品資料，筆者終于找到一款11mm電渦流探頭型號330703-00-04-10-02-00滿足以上要求。于是，制定出偏心探頭具體更換方案，提出將偏心探頭由8mm探頭（線性電壓7.87V/mm，測量間隙范圍0.25～2.3mm）更換為11mm探頭330703-00-04-10-02-00（線性電壓3.94V/mm，測量間隙范圍0.5～4.1mm），擴大間隙測量范圍。同時，將原前置器和延伸電纜更換為能與11mm電渦流探頭匹配的前置器330780-90-00及延伸電纜330730-080-00-00。重新加工探頭支架，支架應有足夠的剛性，支架的自振頻率應大于機組自振頻率的10倍，以避免或減少被測物體振動時支架受到自激振動。探頭支架安裝孔螺紋與11mm電渦流探頭相匹配，且應保證安裝孔中心線與安裝支架弧形半徑重合。安裝探頭支架時，應確保探頭支架弧形與測量軸同心度滿足要求。筆者將偏心測量裝置更換方案提交本特利公司審核，讓該公司幫忙論證是否可行。更換方案很快得到美國本特利公司的認可，經報批技術部及公司領導后，購買探頭、前置器和延伸電纜，并繪制圖紙加工安裝支架。

3 實施效果

前期準備工作準備就序后，利用2017年上半年#1、#2機檢修，更換了#1、#2機偏心探頭支架，對#1、#2機偏心探頭及前置器、延伸電纜進行了更換。偏心探頭安裝間隙電壓10.5V，用塞尺測量間隙2.7mm。較8mm探頭相同間隙電壓下，偏心探頭與軸測量面之間的間隙已擴大近一倍，可供汽缸前軸承箱熱膨冷縮幅度也擴大一倍。偏心探頭重新安裝后，#1、#2已開停機多次并穩定運行半年以上，偏心從開機到穩定運行再到停機過程中，測量的間隙電壓值在5～15V，未超出TSI 3500框架模件的門檻電壓（2.5～17.5V），未再出現旁路的現象，且開停機時偏心測量數量顯示正常。事實證明，汽輪機通流改造后，偏心運行中旁路已被徹底解決。#3、#4機偏心探頭也將于2018年檢修期間更換。

4 結語

本次對汽輪機通流改造后偏心運行中旁路問題的解決，打破了本特利公司偏心測量的固有配置，創造性地采用11mm的電渦流探頭及其他配套設備，開拓了思路，也為其他熱工測量問題的解決提供借鑒和經驗。

[1]何洪流.本特利3500在600MW超臨界機組的應用[J].貴州電力技術，2012，（2）：19-20.

[2]肖玲.本特利3500系統在大型機組中的應用[J].自動化應用，2012，（11）：53-54.