论文部分内容阅读
[摘 要]简单介绍了我公司汽轮发电机组的基本情况,阐述了汽轮机大轴弯曲对汽轮机安全经济运行的危害,针对汽轮机大轴弯曲的问题,从各个方面进行分析,找出大轴弯曲的原因,并提出相应的事故处理及预防措施。
[关键词]汽轮机;大轴弯曲;原因;现象;处理
中图分类号:TK26 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)33-0042-01
汽轮机是火力发电厂的主要设备之一,其利用锅炉来的蒸汽热能转化为转子的机械能,从而带动发电机发电,完成燃料的化学能到电能的转变。我公司选用的2×135MW汽轮机是上海汽轮机厂制造的超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽反动式凝汽式机组,其特点是高中压汽缸合缸布置,蒸汽流向反向布置,高中压转子合用一根大轴,为双流结构,为平衡轴向推力,高压与中压反流布置,转子支撑于1#、2#径向轴承上;低压缸为径向扩压双排汽结构,低压转子为双流对称结构,保证了通流部分的推力平衡,低压转子支撑于2#、3#径向轴承上,高中压转子通过刚性联轴器连接。
汽轮机大轴弯曲事故,一直是汽轮发电机组恶性事故中最为突出的一种,在国家电力生产25项重大事故中就有防止大轴弯曲事故。这种事故多数发生在高压、大容量、高参数的汽轮机中。一旦大轴发生弯曲,轻者汽轮机振动增大、动静部分摩擦,重者发生大轴断裂,轴瓦烧瓦事故。它不仅增加机组的非计划停运时间、耗用相当多的检修费用,而且还可能对人身设备造成很大的伤害,是火力发电厂绝对不愿发生的事。因此无论在运行还是在平时操作时,都要避免发生大轴弯曲事故。
汽轮机大轴弯曲的现象:
(1) 汽轮机多个轴承发生异常振动,轴承箱晃动;
(2) 轴端汽封冒火花或形成火环;
(3) 停机后转子惰走时间明显缩短;
(4) 停机后盘车投不上或盘车电流较正常值大,且周期性变化;
(5) 停机后大轴偏心值大。
大轴弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。热弹性弯曲即热弯曲,是指转子内部温度不均匀,转子受热或受冷后膨胀不均或受阻造成转子的弯曲,这时转子所受热应力未超过材料在该温度下的屈服极限。所以,通过延长盘车时间,当转子内部温度均匀后,这种弯曲会自行消失,恢复正常。永久弯曲则不同,转子局部受到急剧加热或冷却,产生非常大的热冲击,而受热部位膨胀受到约束,产生很大的热应力,其应力值超过转子材料在该温度下的屈服极限,使转子局部产生压缩性变形,当转子温度均匀后,该部位将有残余拉应力,塑性变形并不消失,造成转子的永久弯曲。汽轮机大轴弯曲的原因是多方面的,在运行中造成的大轴弯曲主要有几种情况:
(1)启动时上下缸温差大。启动前,由于上下缸保温条件不同、质量不同,疏水条件不同,造成上汽缸比下汽缸温度高,大轴存在暂时热弯曲。机组强行启动引起强烈震动,使得动静间隙消失,引起动静部分发生摩擦,从而使摩擦部分的转子局部过热。由于转子的局部过热,使过热部分的金属膨胀受到周围材质的约束,从而产生压缩应力。如果这种压缩应力超过了材料的屈服极限,就将产生塑性变形。在转子冷却以后,摩擦的局部材料受冷变短,故又受到残余拉应力的作用,从而造成大轴弯曲变形。当转速低于第一临界转速时,大轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的方向基本一致,所以往往产生越摩越弯,越弯越摩的恶性循环,以致使大轴产生永久弯曲。当转子转速大于第一临界转速时,大轴的弯曲方向和转子的离心力方向趋于相反,故又摩擦面自动脱离接触的趋向,所以高速时,引起大轴弯曲的危害性比低速时要小得多。大轴永久弯曲后,往往可以发现在事故过程中,转子热弯曲的高位恰好是永久弯曲后的低位,其间有180°的相位差,这也说明了因热弯曲摩擦而发热的部位,恰好是受周围温度低的金属挤压产生塑性变形的部位。
(2)气缸进冷水冷气。停机后在气缸温度较高时,操作不当会使冷水冷气进入气缸造成大轴弯曲。因为高温状态的转子,下侧接触到冷水时,会产生局部骤然冷却,这时转子将出现很大的上下温差,产生热变形。气缸和转子的热变形将很快使盘车中断,转子被冷却的局部在材料收缩时,因受到周围温度较高的材料的约束,从而产生很大的拉应力,造成大轴弯曲。
(3)轴封供汽操作不当。当汽轮机热态启动使用高温轴封蒸汽时,轴封蒸汽系统必须充分暖管,否则疏水将被带入轴封内,致使轴封体不对称地冷却,大轴产生热弯曲。
(4)运行人员在机组启动或运行中由于未严格执行规程规定的启动条件、紧急停机规定等,硬撑硬顶也会造成大轴弯曲。
(5)停机后及抽真空时盘车装置不正常,未能及时投入。
(6)转子的原材料存在过大的内应力或转子自身不平衡,在较高的工作温度下经过一段时间的运行以后,内应力逐渐得到释放,从而使转子弯曲变形。
(7)轴瓦或推力瓦磨损,使轴系轴心不一致造成动静摩擦产生弯曲事故。
运行中大轴弯曲的处理:
(1) 机组出现轴承异常振动尤其是多个轴承异常振动时,应立即查找原因汇报值长,设法消除振动。
(2) 机组振动达到停机值或轴封冒火花时,应立即破坏真空紧急停机。
(3) 停机后立即投入盘车运行,开启汽机本体所有疏水,严密监视上、下缸温差及盘车电流、偏心值等参数,严防冷水、冷气进入汽轮机,将汽轮机与外界系统可靠隔离。
(4) 停机后,若轴封摩擦严重,应将转子高点置于最高位置,采取闷缸处理,关闭汽缸疏水,保持上、下缸温差、监视转子弯曲度正常后,再手动盘车180°,以确认转子弯曲度正常,投入连续盘车。当盘车盘不动时,严禁用吊车强行盘车。
(5) 停机后因盘车故障暂时不能投用,应监视转子弯曲度的变化情况,当弯曲度较大时,应采用定时手动盘车180°,待盘车正常后及时投入连续盘车。当盘车电机过流、汽缸上下温差超过规定或听到有明显的金属摩擦声应停止连续盘车,改为定期盘车。停机6小时内每20分钟盘车180°,6小时后每30分钟盘车180°,12小时后每小时盘车180°,并密切监视TSI偏心表中的数据,认真记录偏心度数值、盘车时间和次数。
(6) 停机后连续盘车不少于2小时,汽机上、下缸温差、盘车电流、转子偏心值达到启动条件,汇报值长方可重新启动,启动时严密监视转子振动、偏心值等参数,发现异常应立即打闸停机。
防止大轴弯曲的技术措施如下:
1)、汽缸应具有良好的保温条件,防止上下缸温差过大;
2)、考虑热状态变化的条件,合理调整汽轮机动静间隙;
3)、主蒸汽管道、旁路系统应有良好的疏水系统,主蒸汽导管和汽缸的级内外疏水符合要求,在机组启停时应充分疏水;
4)、隔板和轴端汽封弧段应有足够的退让间隙;
5)、汽缸各部位温度计齐全可靠;
6)、启动前必须测大轴晃动度,检查上、下汽缸温差,超过规定严禁启动;
7)、热态启动中要严格控制进汽温度和轴封供汽温度,切换轴封汽源时要谨慎,供汽压力要缓慢升高,一定要先送轴封汽再抽真空;
8)、加强振动监视,冲转过程中应严格监视机组振动。中速暖机前轴承振动不超过0.03mm,过临界转速时,当轴承振动超过0.1mm,或相对轴振动超过0.26mm应立即打闸停机。
9)、汽轮机停止后严防汽缸进冷水冷气。
10)、严格监视主、再热蒸汽温度的变化,当汽温在10分钟内下降50℃应打闸停机。
结论
在生产运行尤其是在启停机过程中,应严密监视TSI盘中的数据跟踪数据变化趋势,对大轴弯曲度、机组振动及时对比分析,查找原因,采取措施防止设备损坏事故的发生。
参考文献
[1] 《汽轮机运行》,中国电力出版社,1995年4月.
[2] 《集控运行工》,天津科学技术出版社,2012年9月.
[3] 《济三电力集控运行规程》,2013年8月.
[关键词]汽轮机;大轴弯曲;原因;现象;处理
中图分类号:TK26 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)33-0042-01
汽轮机是火力发电厂的主要设备之一,其利用锅炉来的蒸汽热能转化为转子的机械能,从而带动发电机发电,完成燃料的化学能到电能的转变。我公司选用的2×135MW汽轮机是上海汽轮机厂制造的超高压、一次中间再热、单轴、双缸双排汽反动式凝汽式机组,其特点是高中压汽缸合缸布置,蒸汽流向反向布置,高中压转子合用一根大轴,为双流结构,为平衡轴向推力,高压与中压反流布置,转子支撑于1#、2#径向轴承上;低压缸为径向扩压双排汽结构,低压转子为双流对称结构,保证了通流部分的推力平衡,低压转子支撑于2#、3#径向轴承上,高中压转子通过刚性联轴器连接。
汽轮机大轴弯曲事故,一直是汽轮发电机组恶性事故中最为突出的一种,在国家电力生产25项重大事故中就有防止大轴弯曲事故。这种事故多数发生在高压、大容量、高参数的汽轮机中。一旦大轴发生弯曲,轻者汽轮机振动增大、动静部分摩擦,重者发生大轴断裂,轴瓦烧瓦事故。它不仅增加机组的非计划停运时间、耗用相当多的检修费用,而且还可能对人身设备造成很大的伤害,是火力发电厂绝对不愿发生的事。因此无论在运行还是在平时操作时,都要避免发生大轴弯曲事故。
汽轮机大轴弯曲的现象:
(1) 汽轮机多个轴承发生异常振动,轴承箱晃动;
(2) 轴端汽封冒火花或形成火环;
(3) 停机后转子惰走时间明显缩短;
(4) 停机后盘车投不上或盘车电流较正常值大,且周期性变化;
(5) 停机后大轴偏心值大。
大轴弯曲通常分为热弹性弯曲和永久性弯曲。热弹性弯曲即热弯曲,是指转子内部温度不均匀,转子受热或受冷后膨胀不均或受阻造成转子的弯曲,这时转子所受热应力未超过材料在该温度下的屈服极限。所以,通过延长盘车时间,当转子内部温度均匀后,这种弯曲会自行消失,恢复正常。永久弯曲则不同,转子局部受到急剧加热或冷却,产生非常大的热冲击,而受热部位膨胀受到约束,产生很大的热应力,其应力值超过转子材料在该温度下的屈服极限,使转子局部产生压缩性变形,当转子温度均匀后,该部位将有残余拉应力,塑性变形并不消失,造成转子的永久弯曲。汽轮机大轴弯曲的原因是多方面的,在运行中造成的大轴弯曲主要有几种情况:
(1)启动时上下缸温差大。启动前,由于上下缸保温条件不同、质量不同,疏水条件不同,造成上汽缸比下汽缸温度高,大轴存在暂时热弯曲。机组强行启动引起强烈震动,使得动静间隙消失,引起动静部分发生摩擦,从而使摩擦部分的转子局部过热。由于转子的局部过热,使过热部分的金属膨胀受到周围材质的约束,从而产生压缩应力。如果这种压缩应力超过了材料的屈服极限,就将产生塑性变形。在转子冷却以后,摩擦的局部材料受冷变短,故又受到残余拉应力的作用,从而造成大轴弯曲变形。当转速低于第一临界转速时,大轴的弯曲方向和转子不平衡离心力的方向基本一致,所以往往产生越摩越弯,越弯越摩的恶性循环,以致使大轴产生永久弯曲。当转子转速大于第一临界转速时,大轴的弯曲方向和转子的离心力方向趋于相反,故又摩擦面自动脱离接触的趋向,所以高速时,引起大轴弯曲的危害性比低速时要小得多。大轴永久弯曲后,往往可以发现在事故过程中,转子热弯曲的高位恰好是永久弯曲后的低位,其间有180°的相位差,这也说明了因热弯曲摩擦而发热的部位,恰好是受周围温度低的金属挤压产生塑性变形的部位。
(2)气缸进冷水冷气。停机后在气缸温度较高时,操作不当会使冷水冷气进入气缸造成大轴弯曲。因为高温状态的转子,下侧接触到冷水时,会产生局部骤然冷却,这时转子将出现很大的上下温差,产生热变形。气缸和转子的热变形将很快使盘车中断,转子被冷却的局部在材料收缩时,因受到周围温度较高的材料的约束,从而产生很大的拉应力,造成大轴弯曲。
(3)轴封供汽操作不当。当汽轮机热态启动使用高温轴封蒸汽时,轴封蒸汽系统必须充分暖管,否则疏水将被带入轴封内,致使轴封体不对称地冷却,大轴产生热弯曲。
(4)运行人员在机组启动或运行中由于未严格执行规程规定的启动条件、紧急停机规定等,硬撑硬顶也会造成大轴弯曲。
(5)停机后及抽真空时盘车装置不正常,未能及时投入。
(6)转子的原材料存在过大的内应力或转子自身不平衡,在较高的工作温度下经过一段时间的运行以后,内应力逐渐得到释放,从而使转子弯曲变形。
(7)轴瓦或推力瓦磨损,使轴系轴心不一致造成动静摩擦产生弯曲事故。
运行中大轴弯曲的处理:
(1) 机组出现轴承异常振动尤其是多个轴承异常振动时,应立即查找原因汇报值长,设法消除振动。
(2) 机组振动达到停机值或轴封冒火花时,应立即破坏真空紧急停机。
(3) 停机后立即投入盘车运行,开启汽机本体所有疏水,严密监视上、下缸温差及盘车电流、偏心值等参数,严防冷水、冷气进入汽轮机,将汽轮机与外界系统可靠隔离。
(4) 停机后,若轴封摩擦严重,应将转子高点置于最高位置,采取闷缸处理,关闭汽缸疏水,保持上、下缸温差、监视转子弯曲度正常后,再手动盘车180°,以确认转子弯曲度正常,投入连续盘车。当盘车盘不动时,严禁用吊车强行盘车。
(5) 停机后因盘车故障暂时不能投用,应监视转子弯曲度的变化情况,当弯曲度较大时,应采用定时手动盘车180°,待盘车正常后及时投入连续盘车。当盘车电机过流、汽缸上下温差超过规定或听到有明显的金属摩擦声应停止连续盘车,改为定期盘车。停机6小时内每20分钟盘车180°,6小时后每30分钟盘车180°,12小时后每小时盘车180°,并密切监视TSI偏心表中的数据,认真记录偏心度数值、盘车时间和次数。
(6) 停机后连续盘车不少于2小时,汽机上、下缸温差、盘车电流、转子偏心值达到启动条件,汇报值长方可重新启动,启动时严密监视转子振动、偏心值等参数,发现异常应立即打闸停机。
防止大轴弯曲的技术措施如下:
1)、汽缸应具有良好的保温条件,防止上下缸温差过大;
2)、考虑热状态变化的条件,合理调整汽轮机动静间隙;
3)、主蒸汽管道、旁路系统应有良好的疏水系统,主蒸汽导管和汽缸的级内外疏水符合要求,在机组启停时应充分疏水;
4)、隔板和轴端汽封弧段应有足够的退让间隙;
5)、汽缸各部位温度计齐全可靠;
6)、启动前必须测大轴晃动度,检查上、下汽缸温差,超过规定严禁启动;
7)、热态启动中要严格控制进汽温度和轴封供汽温度,切换轴封汽源时要谨慎,供汽压力要缓慢升高,一定要先送轴封汽再抽真空;
8)、加强振动监视,冲转过程中应严格监视机组振动。中速暖机前轴承振动不超过0.03mm,过临界转速时,当轴承振动超过0.1mm,或相对轴振动超过0.26mm应立即打闸停机。
9)、汽轮机停止后严防汽缸进冷水冷气。
10)、严格监视主、再热蒸汽温度的变化,当汽温在10分钟内下降50℃应打闸停机。
结论
在生产运行尤其是在启停机过程中,应严密监视TSI盘中的数据跟踪数据变化趋势,对大轴弯曲度、机组振动及时对比分析,查找原因,采取措施防止设备损坏事故的发生。
参考文献
[1] 《汽轮机运行》,中国电力出版社,1995年4月.
[2] 《集控运行工》,天津科学技术出版社,2012年9月.
[3] 《济三电力集控运行规程》,2013年8月.