李金峰

摘要：我廠汽輪機在機組帶高負荷時，軸向位移相較于低負荷時有較大的正常，對汽輪機安全運行造成很大安全隱患，本文根據(jù)我廠汽輪機的結(jié)構(gòu)特點及運行方式進行分析，找到根本原因，并研究制定相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞： 軸向位移 ?SSS離合器

0、概述

某燃氣熱電廠配置2臺M70IF4型燃機組成的1套“二拖一”燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電供熱機組。每套“二拖一”機組包括2臺M70IF4型燃機組成的燃氣輪發(fā)電機組、2臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪發(fā)電機組。每臺蒸汽輪機為雙缸雙排汽汽輪機，高中壓缸和低壓缸之間通過SSS離合器連接，發(fā)電機位于高中壓缸側(cè)。自2018年6月份高低壓推力瓦溫持續(xù)升高，低壓電推側(cè)瓦溫最高至102℃，對應(yīng)的回油溫度有相應(yīng)趨勢，高低壓軸向位移最高分別至-0.77mm/-0.47mm。

1、設(shè)備簡介

我廠汽輪機實際布置圖如下：

我廠汽輪機有兩根轉(zhuǎn)子，高壓缸轉(zhuǎn)子和低壓缸轉(zhuǎn)子，通過3S離合器連接，兩個轉(zhuǎn)子分別安裝軸向位移監(jiān)視測點，分別位于3瓦靠發(fā)電機側(cè)和7瓦靠盤車側(cè)，如下圖：

2、存在的問題

汽機有高低壓推力軸承，高中壓缸軸向推力大部分通過平衡活塞抵消，一部分由高中壓缸對稱分流抵消，剩余的由推力瓦承擔(dān)，低壓缸為對稱分流布置，軸向推力基本抵消。自2018年6月份高低壓推力瓦溫持續(xù)升高，低壓電推側(cè)瓦溫最高至102℃，對應(yīng)的回油溫度有相應(yīng)趨勢，高低壓軸向位移最高分別至-0.77mm/-0.47mm，并有以下主要特點：

1） 高低壓轉(zhuǎn)子同時向SSS離合器串動，或同時向SSS離合器兩側(cè)串動;軸向位移表現(xiàn)為同時向正或負變化;

2） 機組升負荷穩(wěn)定后，高低軸向位移仍在一直緩慢向負向增大，相應(yīng)側(cè)推力瓦溫逐漸升高;機組降負荷穩(wěn)定后，高低壓軸向位移一直緩慢向正向增大，相應(yīng)側(cè)推力瓦溫逐漸降低;

3） 高壓軸向位移升負荷時偏大，最高至-0.77mm;

3、原因分析

1）升負荷時高低壓轉(zhuǎn)子同時向SSS離合器串動，降負荷同時向SSS離合器兩側(cè)串動;軸向位移表現(xiàn)為同時向正或負變化。

分析：低壓缸為雙分流對稱布置，軸向推力基本平衡，正常情況下低壓轉(zhuǎn)子應(yīng)處于微平衡點，在負荷升降時不應(yīng)只往一個方向串動，出現(xiàn)此種情況有2方面可能：一是靠近發(fā)電機側(cè)的低壓缸分流量設(shè)計較大或運行期異常工況下導(dǎo)致發(fā)電機側(cè)低壓缸隔板汽封間隙變大，從而導(dǎo)致靠近發(fā)電機側(cè)低壓缸軸向推力大于另一側(cè);二是SSS離合器內(nèi)部嚙合部件異常，升負荷時SSS產(chǎn)生一個往其集中的扭力，導(dǎo)致高低轉(zhuǎn)子同時往SSS處串動，而降負荷時扭力瞬間減少，高低壓轉(zhuǎn)子又同時往SSS兩側(cè)串動;而高中壓轉(zhuǎn)子設(shè)計時升負荷串動方向即為低壓側(cè);

2）機組升負荷穩(wěn)定后，高低軸向位移仍在一直緩慢向負向增大，相應(yīng)側(cè)推力瓦溫逐漸升高;機組降負荷穩(wěn)定后，高低壓軸向位移一直緩慢向正向增大，相應(yīng)側(cè)推力瓦溫逐漸降低。

分析：正常情況下機組的軸向推力在升降負荷完成后與抵消力會達到平衡，軸向位移會基本穩(wěn)定在某個值，但我們的機組在升降負荷穩(wěn)定后，軸向位移卻一直在惡化，可以理解為軸向推力也在不斷增加或者抵消力在不斷降低;影響機組軸向推力的主要因素為：蒸汽流量、真空、蒸汽參數(shù)、SSS扭合力，在升降負荷完成后，蒸汽流量基本穩(wěn)定，即使有隔板汽封間隙變大、通流間隙變小等異常工況也不應(yīng)是一個持續(xù)變化的過程，此因素可以排除，蒸汽參數(shù)也基本穩(wěn)定可排除;分析運行參數(shù)，真空在升負荷后加之環(huán)境溫度影響確實在不斷惡化，會導(dǎo)致反動度不斷增大，會使機組的軸向推力也在不斷增加，但這不應(yīng)是主因，去年同期及同類型機組有類似的真空變化趨勢;對于SSS扭合力，如果升負荷穩(wěn)定后，SSS仍在其內(nèi)部異常下導(dǎo)致有一個持續(xù)的扭合力，通俗來說是以SSS越扭越緊，而在降負荷后，由于SSS內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致扭合力突減，越放越松，對高低壓轉(zhuǎn)子相當(dāng)于有一個釋放作用，高低壓轉(zhuǎn)子向SSS兩側(cè)緩慢串動，會很好的解釋上述情況;對于軸向推力的抵消力，對稱分流布置及平衡活塞基本可排除，而對于推力瓦產(chǎn)生的抵消力，如果推力盤與推力瓦塊間的油壓、油量在負荷穩(wěn)定后一直在變化，會影響抵消力。

3）高壓軸向位移升負荷時偏大

分析：經(jīng)初步分析原因為3S離合器在傳遞大的力矩時，不能吸收軸向位移導(dǎo)致。

3S離合器在傳遞扭矩的同時，軸向存在著一定的摩擦或者卡澀的力，在一定力的范圍內(nèi)使得SSS離合器軸向是互相鎖定的狀態(tài)，且汽輪機負荷越大SSS離合器傳遞的扭矩越大，這個軸向力越大，這種軸向互相鎖定程度越緊。又由于機組由中低負荷升到高負荷后，由于聯(lián)合循環(huán)機組的特性所致，汽溫在汽機負荷超過一定負荷時回逐漸減低，高壓轉(zhuǎn)子（輸出端轉(zhuǎn)子）的長度要逐漸變短。

以上原因造成了低壓側(cè)推力軸承持續(xù)往SSS離合器端移動，高壓側(cè)推力軸承持續(xù)往SSS離合器端移動，在移動值大于兩個推力瓦非工作面的間隙時，由于移動至均會超過兩個推力值之后，繼續(xù)造成推力瓦套產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)縮短到一定的程度，輸入端轉(zhuǎn)子和輸出端轉(zhuǎn)子在推力瓦上的力大到超過SSS離合器軸向摩擦或者卡澀的力，SSS離合器鎖定狀態(tài)發(fā)生了一個脫開，發(fā)生突變，由于脫開使輸入端轉(zhuǎn)子和輸出端轉(zhuǎn)子軸向的力得到了一定的釋放，轉(zhuǎn)子變短。

4、應(yīng)對措施

1） 由于機組特性的原因，低負荷時汽溫能夠通過減溫水控制在額定的范圍內(nèi)，高負荷時，由于燃機排氣溫度減低，導(dǎo)致及時減溫水關(guān)死，汽溫也會比額定低很多。

2） 機組漲負荷前，根據(jù)經(jīng)驗值，應(yīng)該將汽溫調(diào)整到目標(biāo)負荷所對應(yīng)的溫度，防止當(dāng)汽機負荷超過240MW后，汽溫再發(fā)生較大的降低。

3） 機組升負荷過程中，保證主再熱汽溫穩(wěn)定，嚴禁大量使用減溫水造成主再熱汽溫突降;

4） 機組高負荷穩(wěn)定期間（汽機240MW以上），主再熱汽溫控制在額定值±2℃內(nèi)，尤其避免出現(xiàn)汽溫持續(xù)降低甚至低負荷階段;

5） 機組降負荷過程保證汽溫平穩(wěn)，如燃機要降負荷至150MW左右，降負荷前提前開啟減溫水，降負荷過程中逐漸控制減溫器后溫度在450℃以下，對投入IGV跟蹤的燃機，尤其注意降至目標(biāo)負荷后的汽溫穩(wěn)定。

6） 高負荷下汽機自密封期間，軸封母管定期疏水保證軸封母管端部不積水，低壓軸封溫度控制在150℃。

7） 當(dāng)推力瓦溫度一個測點達到99℃，另一測點也明顯偏高（95℃），且仍有上升趨勢時，申請調(diào)度降低出力運行

8） 當(dāng)汽機高中壓缸或低壓缸軸向位移任一測點超過0.75mm，其余測點有明顯相同變化趨勢時，須立即申請調(diào)度降負荷，直到軸向位移低至0.75mm以下。

5、結(jié)論

汽機在負荷升高的過程中，因汽溫變化等原因，造成高、低壓轉(zhuǎn)子有縮短趨勢;而同時，由于低壓轉(zhuǎn)子傳遞的負荷隨著機組負荷的升高而升高，造成SSS離合器處摩擦力增大，使得SSS離合器處高、低壓轉(zhuǎn)子不能相對自由軸向滑動，造成整根總長度有變短趨勢，產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而對推力瓦處形成推力，造成推力瓦座等產(chǎn)生變形。

參考文獻：

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