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部分进汽方式下汽轮机组轴瓦金属温度偏高的分析及处理
2009-07-20 来源：电力装备网
山东华能德州电厂（253024）李杰王艳
［摘 要］结合德州电厂#4机组在通流改造后出现的轴瓦金属温度偏高现象，试验并分析了配汽方式对轴瓦金属温度的影响，提出了临时解决方案、即通过改变部分进汽方式下汽轮机的配汽方式来降低#2轴瓦金属温度高的问题。
［关键词］配汽方式；轴瓦金属温度；分析；处理
0 前言
反映汽轮机运行状态的参数可分为两类：一类是热力特性参数，如蒸汽流量、压力、温度、缸效率等；另一类是机械特性参数，如轴振、瓦振、轴承的金属温度等。轴承金属温度是检验一台机组机械特性的重要参数，是考核汽轮机组设计、安装及检修质量的一个重要指标，也是运行过程中监视的一个重要参数。对于传统的牌号为ZSnSb11Cu6的锡锑合金轴承，其正常运行温度一般要求低于95℃。近年来随着国内外各大汽轮机厂及专业轴承厂家对轴承合金的深入研究，通过对锡锑合金中诸如Cu元素含量的调整及其它微量元素的添加，轴承合金的软化温度、硬度以及允许运行温度也有了大幅的提高，如GE公司660MW机组所采用的可倾瓦其报警温度为116℃，停机温度为127℃；东方汽轮机厂开发出来的可倾瓦其报警温度为105℃，停机温度为115℃。虽然该温度的提高给机组连续运行提供了更大的空间，但在轴承温度过高的情况下运行仍是危险的，需要给予必要的处理。
1 机组轴系特点及配汽方式介绍
华能德州电厂#4机组投产于1994年，汽轮机系东方汽轮机厂生产的D42型300MW机组，型号为N300-16.7/537/537，为亚临界中间再热单轴双缸双排凝汽式汽轮机。汽轮机控制系统采用的是上海新华控制工程有限公司的DEH-Ⅲ型控制系统。
汽轮机高中压转子的#1、#2轴承为落地式支承，低压转子的#3、#4轴承座落在排汽缸上，#1～4号轴承均为椭圆轴承，各转子之间用刚性靠背轮连接，盘车装置位于#4轴承后部，轴系结构如图一所示。在2008年4月份通流改造中将#1、2轴瓦更换为5瓦块可倾瓦，其上瓦布置有3块瓦块、下瓦布置有2块瓦块（每块瓦块上装有一只Pt100金属温度测点），属于典型的支点间支承可倾瓦。
［关键词］配汽方式；轴瓦金属温度；分析；处理
0 前言
反映汽轮机运行状态的参数可分为两类：一类是热力特性参数，如蒸汽流量、压力、温度、缸效率等；另一类是机械特性参数，如轴振、瓦振、轴承的金属温度等。轴承金属温度是检验一台机组机械特性的重要参数，是考核汽轮机组设计、安装及检修质量的一个重要指标，也是运行过程中监视的一个重要参数。对于传统的牌号为ZSnSb11Cu6的锡锑合金轴承，其正常运行温度一般要求低于95℃。近年来随着国内外各大汽轮机厂及专业轴承厂家对轴承合金的深入研究，通过对锡锑合金中诸如Cu元素含量的调整及其它微量元素的添加，轴承合金的软化温度、硬度以及允许运行温度也有了大幅的提高，如GE公司660MW机组所采用的可倾瓦其报警温度为116℃，停机温度为127℃；东方汽轮机厂开发出来的可倾瓦其报警温度为105℃，停机温度为115℃。虽然该温度的提高给机组连续运行提供了更大的空间，但在轴承温度过高的情况下运行仍是危险的，需要给予必要的处理。
1 机组轴系特点及配汽方式介绍
华能德州电厂#4机组投产于1994年，汽轮机系东方汽轮机厂生产的D42型300MW机组，型号为N300-16.7/537/537，为亚临界中间再热单轴双缸双排凝汽式汽轮机。汽轮机控制系统采用的是上海新华控制工程有限公司的DEH-Ⅲ型控制系统。
汽轮机高中压转子的#1、#2轴承为落地式支承，低压转子的#3、#4轴承座落在排汽缸上，#1～4号轴承均为椭圆轴承，各转子之间用刚性靠背轮连接，盘车装置位于#4轴承后部，轴系结构如图一所示。在2008年4月份通流改造中将#1、2轴瓦更换为5瓦块可倾瓦，其上瓦布置有3块瓦块、下瓦布置有2块瓦块（每块瓦块上装有一只Pt100金属温度测点），属于典型的支点间支承可倾瓦。
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图1 轴系结构
该汽轮机的配汽方式是主汽经过2个高压主汽门后、再经过4个高压调节阀门(GV1-GV4)分别进入4组喷嘴组，机组启动时采用全周进汽的配汽方式，正常运行时采用部分进汽方式。机组通流改造前在部分进汽方式下，高压调门开启顺序为：GV3、GV4同时开启，然后开启GV1、Z后开启GV2，其部分进汽方式下阀门流量特性曲线见图二。其高压调门对应的喷嘴组及其喷嘴数如图三所示。
图２ 部分进汽方式下阀门流量特性曲线
图３ 高压调门对应的喷嘴组及其喷嘴数
2 轴瓦温度高的现象及原因分析
德州电厂#4汽轮机组于2008年3、4月份进行了通流改造，4月底进行了整机启动，在开机1200RPM低速暖机时，轴瓦金属温度均小于75℃，2000RPM高速暖机时#2瓦左瓦块的金属温度上升到85℃，3000RPM时该瓦块温度高达96℃。在制造厂建议下，机组进行了带负荷试验，在机组负荷为210MW左右时，该瓦块温度升到Z高104.4℃,接近制造厂的报警值。但随着机组负荷的进一步升高，其值有下降的趋势，在负荷为320MW时，该瓦块的温度下降到了102.2℃。整个升负荷过程中，润滑油的压力基本维持在0.14MPa，润滑油温度在37.4～37.5℃之间波动。
德州电厂#4汽轮机组于2008年3、4月份进行了通流改造，4月底进行了整机启动，在开机1200RPM低速暖机时，轴瓦金属温度均小于75℃，2000RPM高速暖机时#2瓦左瓦块的金属温度上升到85℃，3000RPM时该瓦块温度高达96℃。在制造厂建议下，机组进行了带负荷试验，在机组负荷为210MW左右时，该瓦块温度升到Z高104.4℃,接近制造厂的报警值。但随着机组负荷的进一步升高，其值有下降的趋势，在负荷为320MW时，该瓦块的温度下降到了102.2℃。整个升负荷过程中，润滑油的压力基本维持在0.14MPa，润滑油温度在37.4～37.5℃之间波动。
影响轴瓦温升的主要因素有轴瓦供油量、轴瓦的功耗，而轴瓦功耗的大小又与轴瓦载荷的大小成正比。在整个升负荷过程中，润滑油温度也较为稳定、通过对#2轴承箱回油量的观察可以发现#2的润滑油量也基本没有变化，而轴瓦金属温度却发生了如此大的变化，这说明在升负荷过程中该轴瓦功耗发生了变化，即轴瓦载荷发生了变化。在机组达到额定转速后，能够造成轴承载荷变化的因素主要有轴承座的标高及转子的轴心位置，而在整个升负荷过程中影响#2轴承座标高变化的特征参数如高中压缸膨胀、高差等均没有变化，表明#2轴瓦载荷的变化并不是由于#2轴承座标高变化引起的，那引起#2轴承载荷变化的原因便只有在升负荷过程中因高压调门开启数量及升程的变化造成高中压转子转子轴心位置发生变化这一原因。
3 配汽方式对轴系运行特性影响试验及结果分析
为了验证分析的结果，2008年4月30日在#4机组上进行了配汽方式对#1、2轴瓦金属温度影响的试验。试验条件是：维持机组主再蒸汽参数不变、维持机组负荷稳定、维持机组润滑油温度稳定，投入机组功率回路，将汽轮机进汽方式由部分进汽切为全周进汽。试验过程是：用手动置值的方式逐渐关闭#4高压调门，然后开启动#4高压调门，再关闭#1高压调门，观察并记录试验过程中#1、2轴瓦金属温度和#1、2轴振的变化。试验数据如下表：
为了验证分析的结果，2008年4月30日在#4机组上进行了配汽方式对#1、2轴瓦金属温度影响的试验。试验条件是：维持机组主再蒸汽参数不变、维持机组负荷稳定、维持机组润滑油温度稳定，投入机组功率回路，将汽轮机进汽方式由部分进汽切为全周进汽。试验过程是：用手动置值的方式逐渐关闭#4高压调门，然后开启动#4高压调门，再关闭#1高压调门，观察并记录试验过程中#1、2轴瓦金属温度和#1、2轴振的变化。试验数据如下表：
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试验时机组的相关参数：主汽压力为16.2MPa,主汽温度为537℃，机组负荷是259MW，润滑油压力为0.14MPa，润滑油温度在37.4～37.5℃试验参数显示，汽轮机的配汽方式改变会影响到#1、2轴瓦的金属温度，特别是在#1高压调门关闭的情况下， #1、2轴瓦左右两侧瓦块较全周进汽方式均有较大的变化，#1轴瓦左侧瓦块金属温度升高了0.3℃，#1轴瓦右侧瓦块金属温度降低了11.5℃，#2轴瓦左侧瓦块金属温度降低了7.9℃，#2轴瓦右侧瓦块金属温度升高了6.2℃。试验过程中#1轴振基本没有变化，#2轴振X向升高了约10μm，#2轴振Y向基本没有变化。
根据试验结果，征求了制造厂的意见，电厂对#4机组高压调门在部分进汽方式下的开启顺序进行了调整，由原来高压调门GV3、GV4同时开启，然后开启GV1、Z后开启GV2的方式改为高压调门GV2、GV3同时开启，然后开启GV4、Z后开启GV1的方式。调整配汽方式过程中#1、2轴承金属温度变化情况见照片４。
根据试验结果，征求了制造厂的意见，电厂对#4机组高压调门在部分进汽方式下的开启顺序进行了调整，由原来高压调门GV3、GV4同时开启，然后开启GV1、Z后开启GV2的方式改为高压调门GV2、GV3同时开启，然后开启GV4、Z后开启GV1的方式。调整配汽方式过程中#1、2轴承金属温度变化情况见照片４。
图４配汽改变过程中#1、2轴瓦金属温度变化曲线图
照片中各区间说明如下：
区间一：部分配汽，高压调门配汽顺序为 3、4→1→2调门；
区间二：配汽方式由3、4→1→2部分配汽转变为全周配汽的过程；
区间三：全周配汽运行；
区间四：配汽方式由全周配汽转变为2、3→4→1部分配汽的过程；
区间五：部分配汽，高压调门配汽顺序为2、3→4→1高压调门。
4 结论
对于运行中的汽轮机高压转子，除了受到轴向力及供旋转的切向力以外，还将受到由于部分进汽等因素造成的额外不平衡力，这个额外的不平衡力可以造成高压转子的偏斜，改变轴瓦载荷的分配，从而也影响的轴瓦金属温度。在部分进汽方式下，通过合理的改变阀门配汽特性可以改变额外不平衡力的方向及大小，改变轴瓦的载荷分配情况，从而改善个别轴瓦金属温度。尽管这种措施在一定程度上可以缓解汽轮机高压转子个别轴瓦金属温度高的问题，但因其调节量有限、也影响机组运行方式的灵活性，而Z根本的解决轴瓦温度高的方式还是在严格检修工艺的同时，通过轴瓦的标高调整来实现轴瓦负荷的重新分配。
５参考文献
[1] 陆燕荪，周鹤良，杨锦山，等。火力发电设备技术手册 [M]. 北京：机械工业出版社 1998
[2] 沈鸿，周建南，王道涵，等。机械工程手册 [M]. 北京：机械工业出版社 1997
区间一：部分配汽，高压调门配汽顺序为 3、4→1→2调门；
区间二：配汽方式由3、4→1→2部分配汽转变为全周配汽的过程；
区间三：全周配汽运行；
区间四：配汽方式由全周配汽转变为2、3→4→1部分配汽的过程；
区间五：部分配汽，高压调门配汽顺序为2、3→4→1高压调门。
4 结论
对于运行中的汽轮机高压转子，除了受到轴向力及供旋转的切向力以外，还将受到由于部分进汽等因素造成的额外不平衡力，这个额外的不平衡力可以造成高压转子的偏斜，改变轴瓦载荷的分配，从而也影响的轴瓦金属温度。在部分进汽方式下，通过合理的改变阀门配汽特性可以改变额外不平衡力的方向及大小，改变轴瓦的载荷分配情况，从而改善个别轴瓦金属温度。尽管这种措施在一定程度上可以缓解汽轮机高压转子个别轴瓦金属温度高的问题，但因其调节量有限、也影响机组运行方式的灵活性，而Z根本的解决轴瓦温度高的方式还是在严格检修工艺的同时，通过轴瓦的标高调整来实现轴瓦负荷的重新分配。
５参考文献
[1] 陆燕荪，周鹤良，杨锦山，等。火力发电设备技术手册 [M]. 北京：机械工业出版社 1998
[2] 沈鸿，周建南，王道涵，等。机械工程手册 [M]. 北京：机械工业出版社 1997
