東汽1000MW機(jī)組低速碾瓦原因分析與處理

蔣序東 許金峰/華潤(rùn)電力溫州有限公司

火電機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)的工作可靠性對(duì)汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著舉足輕重的作用。雖然各發(fā)電廠在預(yù)防汽輪機(jī)燒瓦事故上采取了不少預(yù)防措施，但有些措施做得不徹底。加之突發(fā)性，燒瓦事件屢見不鮮。以下結(jié)合華潤(rùn)蒼南發(fā)電廠2 臺(tái)1 000 MW 東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)組在停機(jī)惰走中出現(xiàn)的可傾瓦燒瓦事故，以及華能海門發(fā)電廠曾發(fā)生的類似情況，進(jìn)行分析并提出處理措施。

1 汽輪機(jī)設(shè)備概況

華潤(rùn)蒼南發(fā)電廠1 號(hào)、2 號(hào)汽輪機(jī)均為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型號(hào)：N1008-25/600/600型，額定出力1 008 MW，最大連續(xù)出力1 055MW，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。1 號(hào)機(jī)組和2 號(hào)機(jī)組分別于2014 年1 月和6 月正式投入商業(yè)運(yùn)行。機(jī)組軸系由汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子A、低壓轉(zhuǎn)子B 及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所組成，各轉(zhuǎn)子均為整體轉(zhuǎn)子，無中心孔，各轉(zhuǎn)子間用剛性聯(lián)軸器連接。

    汽輪發(fā)電機(jī)組軸系中1、2、3、4 號(hào)為可傾瓦式軸承，采用6瓦塊結(jié)構(gòu)，對(duì)稱布置，5-10號(hào)為橢圓形軸承。推力軸承位于高壓缸和中壓缸之間的2 號(hào)軸承座。采用傾斜平面式雙推力盤結(jié)構(gòu)。見圖1。

汽輪機(jī)汽缸共設(shè)有3 個(gè)死點(diǎn)，分別位于中壓缸和低壓缸A 之間的軸承箱以及低壓缸A 和低壓缸B的中心線附近。死點(diǎn)處的橫鍵限制汽缸的軸向位移，同時(shí)在前、中軸承箱及2 個(gè)低壓缸的縱向中心線前后設(shè)有縱向鍵，引導(dǎo)汽缸沿軸向自由膨脹而限制橫向跑偏。

2 故障情況

2.1 故障一

2 號(hào)機(jī)組某次啟動(dòng)時(shí)，22:54，汽輪機(jī)在中速暖機(jī)后由于F 磨煤機(jī)事故跳閘。手動(dòng)打閘汽輪機(jī)。主汽門關(guān)閉后汽輪機(jī)開始惰走。23:23，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速268 r/min。2 號(hào)瓦溫度開始上升至66.7℃；23:24 磨煤機(jī)故障處理完畢。點(diǎn)火投粉成功。重新掛閘沖轉(zhuǎn)，23:27 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升至337 r/min時(shí)，2 號(hào)瓦溫度上升至113.5℃，立即手動(dòng)打閘，23:28 2號(hào)瓦溫度達(dá)到最大值130.1℃。機(jī)組停運(yùn)后翻瓦檢查發(fā)現(xiàn)，2 號(hào)瓦出現(xiàn)齒形磨損。鎢金部分碾磨嚴(yán)重，3 號(hào)瓦也出現(xiàn)不同程度的磨損。

2.2 故障二

1號(hào)機(jī)組某次按照調(diào)度要求停運(yùn)。23:30 負(fù)荷86.6 MW，打閘汽輪機(jī)，主汽門關(guān)閉。汽輪機(jī)開始惰走，2 號(hào)瓦溫度最高顯示為138 ℃。溫度變化趨勢(shì)見圖2。

2.3 故障三

相同類型機(jī)組事故：華能海門發(fā)電廠一期2臺(tái)1 000 MW 機(jī)組。其中1 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)后首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化機(jī)組。在某次汽輪機(jī)低速惰走過程中2號(hào)軸承瓦溫突升。最高達(dá)到149℃。3 號(hào)、4號(hào)軸承瓦溫也伴隨有升高。

根據(jù)2 次由閥門嚴(yán)密性試驗(yàn)得到的升降曲線。從2號(hào)瓦溫度與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線可以看出。在2次降速滑停過程中均發(fā)生了瓦溫突升：第1 次滑停時(shí)在388 r/min下，2 號(hào)瓦溫度突升至108℃，時(shí)間大約3 min； 第2 次滑停時(shí)在584 r/min 下，2 號(hào)瓦溫度突升至84℃； 在轉(zhuǎn)速下降到381 r/min時(shí)，2 號(hào)瓦溫度突升至149 ℃，時(shí)間大約6 min。在對(duì)可傾瓦增加頂軸油管路后，再次啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)，后因磨煤機(jī)故障機(jī)組跳閘，機(jī)組惰走至0 r/min，因盤車手動(dòng)投不上，轉(zhuǎn)子完全靜止8 min 后直接沖轉(zhuǎn)，沖轉(zhuǎn)至1 686 r/min，因3、7、8 號(hào)瓦振動(dòng)大停機(jī)至0 r/min，汽輪機(jī)再次沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，穩(wěn)約20 min后，3、4 號(hào)瓦振動(dòng)突升約70 um，而后緩慢上升，因軸瓦振動(dòng)大而停機(jī)惰走過程中，在汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)3 號(hào)軸承瓦溫出現(xiàn)突升現(xiàn)象。

華潤(rùn)蒼南發(fā)電廠發(fā)生的1 與2 號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)2 號(hào)可傾瓦與相同類型的華能海門發(fā)電廠1 號(hào)汽輪機(jī)組的2號(hào)可傾瓦在低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生燒瓦事故情況相類似，都是在機(jī)組停運(yùn)惰走或者沖轉(zhuǎn)至大約300 r/min時(shí)發(fā)生可傾瓦溫度突升而燒瓦。在機(jī)組打閘后惰走過程中，隨著轉(zhuǎn)速的下降，可傾瓦軸承溫度都會(huì)出現(xiàn)短暫的上升，繼而下降，但唯有2號(hào)軸承在轉(zhuǎn)速低于300 r/min時(shí)溫度發(fā)生突升。

3 可傾瓦的特點(diǎn)分析

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

   可傾瓦通常由3～5塊或更多塊能在支點(diǎn)上自由傾斜的弧形巴氏合金瓦塊組成，瓦塊在工作時(shí)可以隨轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度的不同而自由擺動(dòng)。在軸徑四周形成多個(gè)油楔，每一塊瓦塊通過其背面的球面銷及墊片支撐在軸承套中。瓦塊可以繞其球面支撐銷擺動(dòng)； 軸承中分面上部瓦塊、背面分別裝有彈簧，從瓦塊一端壓迫瓦塊，人為地建立油楔，潤(rùn)滑油從各瓦塊之間的間隙進(jìn)入軸承，從軸承的兩端油封環(huán)開孔處排出，如果忽略瓦塊的慣性、支點(diǎn)的磨擦力及油膜剪切內(nèi)磨擦力等的影響，每個(gè)瓦塊作用到軸徑上的油膜作用力總是通過軸徑的中心，不會(huì)產(chǎn)生引起軸徑渦動(dòng)的失穩(wěn)力，因此具有較高的穩(wěn)定性，理論上可以完全避免油膜震蕩的產(chǎn)生。另外，由于瓦塊可以自由擺動(dòng)增加了支撐柔性，還具有吸收轉(zhuǎn)軸振動(dòng)能量的能力，即具有很好的減振性，可傾瓦剖面圖如圖3所示。

3.2 可傾瓦的缺點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)看，可傾瓦有許多優(yōu)點(diǎn)，可傾瓦軸承在穩(wěn)定性、承載力及功耗等性能方面均居各種支持軸承之首，三油楔軸承、橢圓軸承次之，圓筒形軸承最差，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝檢修較困難、成本較高，可傾瓦尚有以下缺陷：（1）瓦塊鎢金磨損嚴(yán)重時(shí)需要更換瓦塊，（2）調(diào)整墊片或銷磨損嚴(yán)重，凸面磨損或墊片碎裂時(shí)需要更換新銷與墊片，（3）機(jī)組大修找中心軸瓦位置需要大幅調(diào)整，軸承墊鐵接觸不良，振動(dòng)大等，其中前兩者均屬于更換新配件，歸為可傾瓦的配瓦，后者屬于在原有基礎(chǔ)上的調(diào)整、刮研，歸為可傾瓦的調(diào)整。

3.3 可傾瓦的穩(wěn)定動(dòng)壓油膜

  可傾瓦軸承潤(rùn)滑油膜中的壓力分布p(x,z)

式(1)壓力分布的合力即為油膜的承載力。由式(1)可看出，建立穩(wěn)定的動(dòng)壓油膜需具備的3個(gè)條件:(1)相對(duì)運(yùn)動(dòng)2 表面必須形成一個(gè)收斂楔形，(2)被油膜分開的2 個(gè)表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度v，其運(yùn)動(dòng)方向必須使?jié)櫥�油從大口流進(jìn)，小口流出，(3)潤(rùn)滑油必須有一定的粘度，供油要充分。

同時(shí)可以看出楔形間隙進(jìn)出口截面油膜厚度之比越大，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度v 越大，液體粘度越高，油膜承載能力越大。轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸頸與軸瓦低部2 個(gè)摩擦表面在相互滑動(dòng)時(shí)，每個(gè)表面都帶動(dòng)著1 個(gè)附著油膜，形成2 個(gè)摩擦表面之間的液體摩擦。這個(gè)壓力很高的油膜支撐著轉(zhuǎn)子重量在軸瓦中的滑動(dòng)，由滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的原理得知：軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小是油膜形成的一個(gè)關(guān)鍵原因，轉(zhuǎn)速低時(shí)形成的油膜厚度較薄且承載能力較差。

4 可傾瓦軸承燒瓦分析

瓦溫突升基本發(fā)生在汽輪機(jī)打閘后惰走至300 r/min 左右，由于轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)潤(rùn)滑油油膜作用小。

華潤(rùn)蒼南發(fā)電廠1 號(hào)汽輪機(jī)惰走時(shí)1、3、4號(hào)溫度都在隨著轉(zhuǎn)速下降而下降。唯有2 號(hào)瓦在低轉(zhuǎn)速時(shí)溫度突然上升。由于2 號(hào)瓦比壓最大，在油膜失效后，軸頸與瓦塊鎢金之間發(fā)生了直接剛性摩擦，造成軸瓦磨損，在汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子切向速度下降，受重力作用，軸頸下沉，使可傾瓦的徑向半徑太小，瓦塊潤(rùn)滑油進(jìn)油通道變小，進(jìn)油量不足，造成斷油。由于1-4號(hào)瓦缺少頂軸油油路設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速下降后，油膜變薄，油質(zhì)中存在固體顆粒進(jìn)一步破壞潤(rùn)滑效果，使液體摩擦變成顆粒摩擦，導(dǎo)致軸頸與鎢金表面遭到破壞，軸頸也發(fā)生劃傷，在2號(hào)機(jī)組翻瓦時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)瓦有齒狀劃痕，同時(shí)在軸承濾網(wǎng)處發(fā)現(xiàn)有固體顆粒物，說明有硬質(zhì)固體顆粒卡在軸頸與軸瓦之間，在旋轉(zhuǎn)的軸頸帶動(dòng)下，隨旋轉(zhuǎn)劃傷了軸頸與鎢金，進(jìn)一步加劇惡化了油膜的壓力分布。最終導(dǎo)致軸承鎢金被碾壓直至破壞。見圖4、5。

2 臺(tái)機(jī)組都是在低轉(zhuǎn)速(300 r/min 左右)發(fā)生2 號(hào)可傾軸承燒瓦事件，但是其他可傾瓦都沒有明顯的溫度上升趨勢(shì)，機(jī)組振動(dòng)也未見明顯增大趨勢(shì)，說明汽輪機(jī)軸系的設(shè)計(jì)上，2 號(hào)瓦在低轉(zhuǎn)速下所受的壓比為最大，軸頸與軸瓦之間的油膜變稀薄，距離更為靠近，此時(shí)若油中存在不合格的顆粒物，很容易在低轉(zhuǎn)速下卡在軸頸與瓦之間，在軸頸旋轉(zhuǎn)中，出現(xiàn)齒狀的的碾磨。

5 防止可傾瓦燒瓦的預(yù)防處理措施

(1)摩擦檢查轉(zhuǎn)速調(diào)整。將汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)摩擦檢查轉(zhuǎn)速由200 r/min 改為600 r/min，即汽輪機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)過程中，先以100 r/min 的升速率升速至600 r/min。保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定進(jìn)行摩擦檢查；

(2)高壓缸正暖方式調(diào)整。汽輪機(jī)正暖方式調(diào)整為600 r/min 摩擦檢查結(jié)束后，直接由中調(diào)門控制轉(zhuǎn)速升速至1 500 r/min，然后在工程師站手動(dòng)開啟高調(diào)門至暖缸開度(根據(jù)實(shí)際情況確定開度)，進(jìn)行高壓缸正暖；

(3)潤(rùn)滑油溫度控制。汽輪機(jī)啟動(dòng)期間，轉(zhuǎn)速＜1 500 r/min 時(shí)，控制主機(jī)潤(rùn)滑油溫度在32℃左右；轉(zhuǎn)速≥1 500 r/min 時(shí)，油溫按正常運(yùn)行油溫控制在38~45℃。啟機(jī)階段油溫控制均采取手動(dòng)設(shè)定目標(biāo)油溫方式控制油溫，汽輪機(jī)停機(jī)期間當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由3 000 r/min下降至2 500 r/min時(shí)，自動(dòng)向主機(jī)潤(rùn)滑油冷卻器出水調(diào)節(jié)門發(fā)出目標(biāo)油溫32℃的指令，自動(dòng)控制油溫，期間加強(qiáng)對(duì)油溫的監(jiān)視，必要時(shí)手動(dòng)干預(yù)調(diào)節(jié)，確保轉(zhuǎn)速＜1 500r/min時(shí)，潤(rùn)滑油溫控制在32℃左右，

(4)汽輪機(jī)惰走控制。汽輪機(jī)停機(jī)惰走期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各軸瓦金屬溫度下降情況做對(duì)比(重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)2 號(hào)軸瓦金屬溫度的監(jiān)視)。若發(fā)生軸瓦金屬溫度出現(xiàn)異常升高或下降趨勢(shì)與其他存在明顯差異時(shí)，視情況調(diào)整凝汽器真空(緊急情況下可按破壞真空緊急停機(jī)處理)，盡量縮短惰走時(shí)間；

(5)加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油質(zhì)的監(jiān)視。特別是在機(jī)組啟停時(shí)保證潤(rùn)滑油品質(zhì)，及時(shí)投入潤(rùn)滑油凈化裝置，特別在汽輪機(jī)停運(yùn)前，加強(qiáng)對(duì)油質(zhì)的取樣化驗(yàn)檢查；

(6)封堵1 個(gè)回油孔或者縮小回油孔徑，保證軸頸浸油深度，以保證油膜厚度與冷卻效果；

(7)聯(lián)系廠家改變可傾瓦瓦片弧度。增大進(jìn)油量，提升冷卻效果，2 號(hào)汽輪機(jī)可傾瓦已經(jīng)改成進(jìn)出油面間隙大一點(diǎn)的可傾瓦版本。從幾次啟停機(jī)情況來看，未發(fā)生汽輪機(jī)惰走時(shí)發(fā)生的瓦溫突升現(xiàn)象，效果有待繼續(xù)觀察；

(8)給1-4 號(hào)軸承增設(shè)一頂軸油路。但會(huì)出現(xiàn)一些負(fù)面的因素，如加頂軸油路后管道會(huì)出現(xiàn)滲油，頂軸油壓加入會(huì)導(dǎo)致可傾瓦瓦片擺動(dòng)受阻卡澀等情況。

6 結(jié)語

華潤(rùn)蒼南發(fā)電廠2 臺(tái)汽輪機(jī)可傾瓦燒瓦事故與華能海門發(fā)電廠1 號(hào)機(jī)組燒瓦情況類似，通過對(duì)瓦塊改造，保證低轉(zhuǎn)速下油膜厚度，能提高潤(rùn)滑油冷卻效果，在多次啟停機(jī)的過程中未再發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)低速時(shí)可傾瓦溫度發(fā)生突升情況，取得了明顯的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬廣.轉(zhuǎn)子可傾瓦軸承系統(tǒng)完全動(dòng)力模型及穩(wěn)定性分析[D].上海院復(fù)旦大學(xué)。2007.

[2]胡代舜.大型汽輪機(jī)事故及預(yù)防[J].電力安全技術(shù)。1999(2):5-7.

原文標(biāo)題：1 000 MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速軸承燒瓦的分析及處理
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