王智雷

（國(guó)能吉林龍華熱電股份有限公司白城熱電廠，吉林 白城 137000）

0 引言

汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙通常指隔板汽封、軸端汽封與大軸或動(dòng)葉柵與汽缸之間的間隙，正常運(yùn)行情況下，其受進(jìn)汽量、進(jìn)汽壓力等因素影響在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)不斷變化。而當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，動(dòng)靜間隙將低于設(shè)計(jì)下限發(fā)生動(dòng)靜碰磨，嚴(yán)重時(shí)引起軸彎曲、軸承振動(dòng)，甚至軸系斷裂事故［1-2］。其中，軸承箱油檔或汽封處積碳是一種典型因動(dòng)靜間隙消失引起的振動(dòng)故障［3］，其發(fā)生位置較為隱蔽而不易被巡視人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，常因處理不當(dāng)造成機(jī)組跳閘或無(wú)法按時(shí)啟動(dòng)。

某機(jī)組1號(hào)軸振首次發(fā)生振動(dòng)波動(dòng)后，振動(dòng)幅度逐漸增大，同時(shí)2號(hào)軸振也隨之有所波動(dòng)，波動(dòng)時(shí)間在15 min左右。通過(guò)參數(shù)分析及檢查發(fā)現(xiàn)振動(dòng)故障原因?yàn)?號(hào)軸瓦油檔碳化摩擦［4］。某廠1號(hào)機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，1號(hào)及2號(hào)軸瓦振動(dòng)出現(xiàn)無(wú)規(guī)律增大現(xiàn)象，最高達(dá)180μm以上。利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查后發(fā)現(xiàn)軸承座油檔存在積碳現(xiàn)象［5］。可見(jiàn)對(duì)于絕大多數(shù)機(jī)組，由于軸承箱油檔與汽封間隔距離較小，在汽封壓力過(guò)大或間隙不合理時(shí)均能夠?qū)е掠蜋n積碳問(wèn)題［6-9］。

1 設(shè)備概況

某電廠1號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為高溫高壓、單缸單軸濕冷凝汽式汽輪機(jī)，其軸系由高壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子組成，各轉(zhuǎn)子間采用剛性聯(lián)軸器連接，每根轉(zhuǎn)子均由2個(gè)支撐軸承支撐，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。軸封為自密封汽封系統(tǒng)，由高、中壓缸軸端汽封的漏汽，經(jīng)汽封母管向低壓缸端部汽封供汽。在機(jī)組開(kāi)機(jī)或高壓汽封量不足時(shí)，汽封由外部其他蒸汽供汽。設(shè)計(jì)采用梳齒迷宮式汽封，高中壓缸、低壓缸及高中壓平衡汽封間隙均按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下限控制安裝。

圖1 1號(hào)機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)示意

2 故障現(xiàn)象及現(xiàn)場(chǎng)檢查

該機(jī)組自投產(chǎn)后，軸系各項(xiàng)振動(dòng)指標(biāo)整體運(yùn)行情況良好。2019年2月，該汽輪機(jī)1號(hào)軸振幅值在30～42μm波動(dòng)，隨運(yùn)行時(shí)間呈緩慢上漲趨勢(shì)，且歷次重新開(kāi)機(jī)后1瓦軸振振幅均有較大增幅，2瓦軸振振幅受1瓦影響亦隨之增大。直至2020年1月，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)汽輪機(jī)因1瓦軸振大無(wú)法定速。

在振動(dòng)發(fā)生后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查閱機(jī)組負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、潤(rùn)滑油壓力、支撐瓦溫及推力瓦溫、脹差、各段抽汽管壁溫度等參數(shù)歷史曲線與各瓦軸振歷史曲線進(jìn)行對(duì)比，未發(fā)現(xiàn)其中存在必然關(guān)聯(lián)，由此可排除進(jìn)冷汽情況。由于該機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行期間軸振呈緩慢上漲趨勢(shì)，不符合動(dòng)平衡產(chǎn)生的振動(dòng)特點(diǎn)。

調(diào)取振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，頻譜顯示1瓦及2瓦軸振頻譜分量均以1倍頻為主，振幅波動(dòng)過(guò)程中其相位亦呈不穩(wěn)定間歇性變化，并伴有少量0.5倍頻和2倍頻頻譜分量，且Y向通頻增量大于X向振動(dòng)增量，符合局部隨機(jī)碰磨振動(dòng)特征，常見(jiàn)原因有油檔、汽封等密封部件發(fā)生動(dòng)靜摩擦。為進(jìn)一步明確故障原因，現(xiàn)場(chǎng)查閱2瓦及軸承箱設(shè)計(jì)圖紙，同時(shí)進(jìn)行解體檢查。

解體檢查后，發(fā)現(xiàn)該汽輪機(jī)高壓軸封體表面存在大量碳沫，缸內(nèi)高壓通流部分多級(jí)隔板、葉片全周表面等明顯附著一層細(xì)碳沫。各段汽封環(huán)間隔內(nèi)均塞滿硬質(zhì)碳化物，部分軸封阻汽片存在變形和斷裂掉落情況。為探究碳化物來(lái)源，經(jīng)進(jìn)一步解體檢查，發(fā)現(xiàn)汽封體兩側(cè)高壓汽封供汽及回汽管道內(nèi)堆積大量油泥及碳化物。

3 原因分析及處理

3.1 從積碳形成機(jī)理分析

依據(jù)解體檢查結(jié)果，汽輪機(jī)無(wú)法定速原因?yàn)?瓦軸封處存在大量積碳。為了探究碳化物形成機(jī)理原因，查閱機(jī)組設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)4瓦與低壓軸封為整體布置結(jié)構(gòu)，軸瓦油檔間隙偏大且與低壓汽封距離較小。機(jī)組運(yùn)行期間部分潤(rùn)滑油濺入軸封供汽管路，潤(rùn)滑油在高溫蒸汽加熱下，產(chǎn)生的油煙沿低壓軸封管路竄入高壓軸封。機(jī)組在啟動(dòng)及正常運(yùn)行期間軸封供汽溫度維持在220～240℃，在高溫蒸汽輻射下沉積油泥形成碳化物［1-2］，附著在軸封體、隔板等部件表面。

3.2 從動(dòng)靜碰磨機(jī)理分析

隨著機(jī)組啟停次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間增加，逐漸形成質(zhì)地堅(jiān)硬的碳化物［3-4］沉積在汽封環(huán)間隔，造成油檔的高度增加、油檔與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子間隙減小，最終發(fā)生局部動(dòng)靜碰磨。從機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象以來(lái)總體呈上漲趨勢(shì)，該碳化物形成及堆積時(shí)間至少在10個(gè)月以上。隨機(jī)碰磨可使碳化物短期內(nèi)沉積厚度減薄，振動(dòng)幅值出現(xiàn)間歇性下降，但隨著碳化物沉積量逐漸增多，長(zhǎng)期隨機(jī)碰磨將造成轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱形成熱彎曲，加劇汽輪機(jī)振動(dòng)，動(dòng)靜部件碰磨劇烈程度隨之增加，造成部分汽封阻汽片脫落。

3.3 處理措施

現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)油檔等處碳化油垢徹底進(jìn)行清理，同時(shí)在低壓汽封與油檔間設(shè)置隔板，防止?jié)櫥驮俅螢R入軸封系統(tǒng)。經(jīng)處理后，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)1號(hào)及2號(hào)軸振恢復(fù)至原始水平。停機(jī)檢修時(shí)，未再發(fā)現(xiàn)高壓汽封處存在碳化物沉積情況。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)某電廠1號(hào)機(jī)組1號(hào)及2號(hào)軸振間歇性振動(dòng)原因分析及處理，可見(jiàn)汽封積碳碰磨引起的振動(dòng)呈不穩(wěn)定持續(xù)變化特點(diǎn)，積碳大量聚集后振動(dòng)快速爬升，具體結(jié)論及建議如下。

1）該機(jī)組軸系振動(dòng)的根本原因是軸瓦潤(rùn)滑油濺入低壓軸封供汽管路，由軸封蒸汽帶入高壓軸封段，使碳化后的高壓軸封與轉(zhuǎn)子碰磨。

2）從積碳形成機(jī)理看，碳化物從形成到沉積硬化，最終導(dǎo)致動(dòng)靜間隙減小碰磨，整個(gè)過(guò)程持續(xù)10個(gè)月以上，需引起足夠重視。

3）對(duì)于同類(lèi)型機(jī)組，應(yīng)建立完善振動(dòng)臺(tái)賬。發(fā)生振動(dòng)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)排查軸封積碳情況，避免因振動(dòng)值持續(xù)增大，引發(fā)汽封齒等其他部件變形或損壞而造成嚴(yán)重事故。

4）鑒于軸瓦油檔與汽封間隔距離較小的特點(diǎn)，徹底解決該問(wèn)題的方法是采取軸瓦與低壓軸封分開(kāi)布置改造方式，使油檔與軸封之間保持必要的空隙，一方面減弱高溫輻射強(qiáng)度，另一方面避免灰塵雜物進(jìn)入軸管道，保持軸封在清潔環(huán)境下運(yùn)行。