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摘 要:本文闡述某发电厂于某年进行了1号汽轮机组设备A级检修,针对汽轮机本体设备在机组检修前存在的主要缺陷状况、在检修过程中发现的主要设备缺陷,给出了主要设备缺陷的处理方法,并对A级检修后取得的效果与检修前进行了对比分析。
关键词:汽轮机;本体设备;缺陷检修
0 概述
某发电厂1号机汽轮机由列宁格勒金属制造厂生产,型号为K-600-240-4,超临界压力,一次中间再热,单轴、四缸、四排汽、凝汽式。与之配套的型号为лл-1650-25-545кт(л-76)直流超临界参数锅炉。发电机型号为TBB-600-2EY3型三相隐极式发电机。
11号机组本体设备存在的主要问题
1.1 检修前
(1) 1号机速度级汽封环脱落未安装,影响机组效率。
(2)主机4号轴承在运行时轴振偏大在155μm左右。
(3)主机9、10号瓦在停机惰走时轴振动大(195μm左右)。
(4) 1号机低压末级叶片靠近叶顶部分有较严重水蚀且曾经发生过叶片断裂。
(5) 1号机组低压缸轴封处泄漏严重,影响机组真空严密性。
1.2 检修中发现问题
(1)高、中压缸喷嘴流道及结合面处被蒸汽冲蚀、损坏。
(2)高、中压隔板围带汽封损坏。
(3)高、中、低压内缸结合面空缸试扣间隙超标。
(4)中压转子弯曲严重超标。
(5)低压转子末级叶片顶部冲刷严重。
2 汽机本体缺陷原因分析及处理措施
2.1 围带汽封脱落
1号机高压缸调速级处围带汽封脱落未安装,影响机组效率。对此本次大修进行了改进性装复。
汽轮机的调节级围带汽封为弧块镶嵌结构, 叠装于高压内缸上的圆周向燕尾槽内。该型式汽封由于结构上的弱点,致使汽封弧块多次脱落,并对后几级的动静部分造成损伤。因此在上次A级检修中将围带汽封弧块全部拆除,经济损失均较大。
2.1.1 调节级围带汽封脱落原因
阻汽片脱落与该处的结构以及调节级的工作参数有较大的关系。调节级承受的焓降及压降是高压缸最大的一个级别,而该处阻汽片的原设计为阻汽片水平结合面敛缝。汽封片的弧段直径较大,燕尾槽的燕尾角度较小,当汽封弧块或燕尾槽发生塑性变形到一定程度而不能形成约束时,在动叶顶部引起的汽流涡动力较大。在较大的涡动力下会引起汽封弧段的振动,产生疲劳断裂,以致弧块在汽流力作用下脱落。
另外,汽封弧块和相对应的内缸间在机组启、停时出现温度差;或汽封弧块材料和汽缸材料的热膨胀系数不一样,前者大于后者;或动静部分摩擦时,汽封弧块的温度急骤升高等原因之一或综合影响,温度应力使汽封弧块或汽缸的燕尾槽部位产生塑性变形。
2.1.2 改进措施及施工工艺
(1)将燕尾槽改为T形槽。在调节级叶顶的内缸(或隔板套)内加工出T形槽,在T形槽内装入汽封片、填片和锁紧片。最后将锁紧片弯下并锁紧。此结构设计可靠,不会引起汽封片的窜动。
(2)焊补内缸上的原围带汽封燕尾槽。以采用和汽缸材料牌号相同或相近的焊条进行热焊为宜,而且由于焊接所引起的残余变形应在允许范围内。
(3)在焊补后内缸上的原燕尾槽部位加工出T形槽,用以固定改进后的围带汽封弧块。用作汽封弧块材料的热膨胀系数应小于高压内缸的热膨胀系数。
(4)装配6片1Cr13铁素体汽封片。这种材料在淬火后也不致硬化,因而即使在动静部分摩擦时既不会在叶片围带上磨出沟槽,也不会使汽封块过热膨胀。
(5)镶入新的汽封片装配牢固并进行锁紧。留足够汽封片径向的调整余量。在检修现场组装后调整阻汽片间隙合格。
(6)修后效果:如图1所示,将速度级围带汽封装复后,对减少调节级叶顶处的漏汽损失,提高调节级效率及提高整个高压缸的效率极为有利。高压速度级围带汽封装复后,在600 MW负荷时调节级后温度较修前下降了7°C。
2.2 试扣间隙不合格
高压内缸空缸试扣间隙不合格(紧1/3螺栓最大0.68 mm);中压内缸空缸试扣间隙不合格(紧1/3螺栓间隙1.25 mm)。1、2号低压内缸空缸试扣间隙不合格(最大1.25 mm)。
2.2.1 原因分析
(1)机组启、停或因机组在运行过程中汽缸存在温度差,使汽缸受热(冷却)不均匀产生热应力,伴随机组运行时间的延长及机组启停次数的增多,使汽缸发生变形。
(2)汽缸原设计刚度较差,易造成汽缸变形
2.2.2 处理方案及处理结果
(1)高、中压缸返回哈尔滨汽轮机厂进行汽缸结合面车铣研磨处理。处理后检查汽缸结合面接触良好,0.03 mm塞尺不入。
(2)低压缸处理方案为补焊研磨:清理内缸结合面后进行扣缸,在不紧固结合面螺栓和紧固1/3螺栓时分别测量结合面间隙,用油性记号笔标注在下缸的侧面上,标注0.03 mm塞尺不入的分界线。所选用焊条经金相光谱分析后进行确定确定后在低压下内缸结合面上堆焊后打磨,打磨掉表面氧化皮使被焊部位呈金属光泽并用丙酮擦拭干净,选择氩弧焊或电焊工艺采用分段焊法,焊接长度不超过30 mm。焊接采用直线焊法,焊条不做横向摆动,焊接后采用跟踪锤击消除应力,控制好焊接应力和变形。检查确认无焊接缺陷后,涂红丹粉于上缸结合面上,采用对研法,根据下内缸上的研磨迹痕刮研高点,补焊刮研后接触面积达到85%以上。经刮研后紧1/3螺栓,测量低压内缸结合面间隙,0.05 mm塞尺均不能通过。
2.3 中压转子弯曲超标
中压转子为整段式转子,采用对称分流式结构,前、后各有11级叶轮,转子全长7 585 mm,材质为25Cr2Mo1V,中心空直径D130 mm,前、后配重槽中心直径D790 mm,转子重26.895 t。1号机组在2002年机组大修时发现中压转子有弯曲现象(最大弯曲值为0.065 mm,弯曲标准值为小于或等于0.06 mm),当时未做处理。本次1号机组大修时发现中压转子的弯曲出现增大现象(最大弯曲值为0.15 mm)。中压转子弯曲位置与上次A级检修测量的位置相同。测量结果如图2。
2.3.1 原因分析
(1)通过中压转子做中心孔探伤检查以及全面无损金相检查,未发现异常情况。确定中压转子弯曲属于塑性变形。
(2)通过对机组运行参数的历史数据参数检查以及对中压转子的外观检查、金属检验等结果来分析,中压转子弯曲不是因为运行操作(如中压缸进冷汽、冷水现象)失误造成的,也不是在检修工作过程中造成的转子弯曲。
(3)中压转子存在原始的应力集中或时效处理不足等异常现象以及可能在加工、制造工艺方面存在问题,随着运行时间的延长使原本存在的缺陷发展为转子的永久性弯曲变形。
(4)中压缸进汽为再热蒸汽,温度为540℃,直接与进汽导流环相接触,经过金属传热和喷嘴漏汽,中压转子中部温度亦接近540℃,其转子温度场分布为中间温度最高,逐渐向两侧递减。中压转子级数多、转子长、且长期高速旋转运行,由于金属的高温蠕变松弛特性,高温区域又在转子的中间部位,致使中压转子在运行10年左右发生严重弯曲。
2.3.2 中压转子处理情况
(1)中压转子回火情况:2007年3月21日至3月28日,华北电力科学研究院对中压转子进行回火处理。第一次回火加温至660℃,用时20 h21 min,660℃至670℃恒温9 h,降温至100℃用时43 h。回火工作结束后,对中压转子各部位弯曲、晃动及瓢偏等数值进行了多次测量。根据几次数值测量确认中压转子回火后转子弯曲值无明显变化。
(2)中压转子共进行两次直轴处理,第一次试加压于4月9日至4月15日结束。第二次直轴于2007年4月17日20:00具备加热条件开始通电,85 h加热至666℃,加压及恒温共用时9 h,降温至100℃共用时24 h。至2007年4月25日中压转子直轴工作结束。直轴后中压转子弯曲由0.15 mm降至0.09 mm。
2.4 转子末级叶片叶顶冲蚀严重
1号机1、2号低压缸解体后,发现1、2号低压转子末级叶片司太立合金下部汽蚀、冲蚀严重,叶顶冲蚀较严重,长度大约为250 mm,如不进行处理,冲蚀部位将有可能继续加深,造成叶片断裂。
原因为末级叶片工作环境恶劣,长期低负荷运行造成蒸汽湿度大,湿蒸汽造成叶片水蚀。通过进行喷涂能有效阻止或减缓1号机低压缸转子末级叶片叶顶部位的汽蚀及水蚀,延长叶片使用寿命,提高1号机组运行的安全性。对冲蚀部位进行喷砂处理,喷砂角度应尽量垂直于待处理面(可按现场状况适当调整)。喷砂距离保持100~180 mm。喷砂后叶片表面应无氧化物及污垢,露出新的金属表面。并用丙酮将待喷涂部位清洗干净。喷砂工作结束后用压缩空气吹去待喷面的浮尘。叶片表面用丙酮清洗。确保叶片表面清洁,保证喷涂质量。
喷涂材料采用超音速喷涂专用金属复合粉末。喷涂叶片表面时,喷涂枪距为180~300 mm,角度垂直于叶片。移动速度15~30 cm/s,喷涂时叶片温度不大于120℃,涂层厚0.14~0.16 mm。
2.5 1号机1、2号低压缸轴封更换蜂窝汽封
目前1号机真空严密性试验为600 Pa/min,真空严密性不合格(标准为小于300 Pa/min),使机组热耗增加,严重影响了机组的经济运行。经电科院专家进行真空查漏确认,低压缸轴封为较严重的漏点,更换结构形式先进的蜂窝汽封可有效防止低压缸轴封泄漏。
处理方案如下:
(1)轴及轴套上结构形状仍保持不变,即汽轮机转子的外形无须改变。原汽封套(汽封体)及退让弹簧的形状保持不变。将原斜齿式汽封环拆掉,换上防振动蜂窝式轴端汽封即可。
(2)防振动蜂窝式汽封不会伤及转子密封套(对密封套的磨擦损伤仅为铁素体梳齿式汽封的1/6),能够抑制转子摆动振幅,提高机组运行的稳定性。可以有效消除转子汽流激振的发生,确保转子的运行稳定性。
(3)防振动蜂窝汽封的应用,使得在同等压力和间隙的条件下,低压缸端部泄漏量比使用传统汽封减少50%以上,在提高凝汽器内真空度的同时,有效降低抽汽器负担;同时减少轴封供汽量,达到降能节耗效果。
1號机1、2号低压缸轴封更换蜂窝汽封后,主机真空严密性试验提高到100 Pa/min。通过用氦气仪检查低压缸轴封处已将漏点消除。
3 结束语
1号机A级检修后,汽轮机本体设备一次冲车成功、一次定速成功、一次启动成功,主机设备运转正常,主机各轴承的轴振、瓦振、钨金温度等指标均在控制范围之内,达到了A级检修的预期效果。
参考文献
[1]汽轮机设备检修技术.北京:中国水利电力出版社,1995.
[2]陆颂元.汽轮发电机组振动.北京:中国电力出版社,2000.
[3]施维新.汽轮发电机组振动与事故.北京:中国电力出版社,2001.收稿日期:2007-07-31
关键词:汽轮机;本体设备;缺陷检修
0 概述
某发电厂1号机汽轮机由列宁格勒金属制造厂生产,型号为K-600-240-4,超临界压力,一次中间再热,单轴、四缸、四排汽、凝汽式。与之配套的型号为лл-1650-25-545кт(л-76)直流超临界参数锅炉。发电机型号为TBB-600-2EY3型三相隐极式发电机。
11号机组本体设备存在的主要问题
1.1 检修前
(1) 1号机速度级汽封环脱落未安装,影响机组效率。
(2)主机4号轴承在运行时轴振偏大在155μm左右。
(3)主机9、10号瓦在停机惰走时轴振动大(195μm左右)。
(4) 1号机低压末级叶片靠近叶顶部分有较严重水蚀且曾经发生过叶片断裂。
(5) 1号机组低压缸轴封处泄漏严重,影响机组真空严密性。
1.2 检修中发现问题
(1)高、中压缸喷嘴流道及结合面处被蒸汽冲蚀、损坏。
(2)高、中压隔板围带汽封损坏。
(3)高、中、低压内缸结合面空缸试扣间隙超标。
(4)中压转子弯曲严重超标。
(5)低压转子末级叶片顶部冲刷严重。
2 汽机本体缺陷原因分析及处理措施
2.1 围带汽封脱落
1号机高压缸调速级处围带汽封脱落未安装,影响机组效率。对此本次大修进行了改进性装复。
汽轮机的调节级围带汽封为弧块镶嵌结构, 叠装于高压内缸上的圆周向燕尾槽内。该型式汽封由于结构上的弱点,致使汽封弧块多次脱落,并对后几级的动静部分造成损伤。因此在上次A级检修中将围带汽封弧块全部拆除,经济损失均较大。
2.1.1 调节级围带汽封脱落原因
阻汽片脱落与该处的结构以及调节级的工作参数有较大的关系。调节级承受的焓降及压降是高压缸最大的一个级别,而该处阻汽片的原设计为阻汽片水平结合面敛缝。汽封片的弧段直径较大,燕尾槽的燕尾角度较小,当汽封弧块或燕尾槽发生塑性变形到一定程度而不能形成约束时,在动叶顶部引起的汽流涡动力较大。在较大的涡动力下会引起汽封弧段的振动,产生疲劳断裂,以致弧块在汽流力作用下脱落。
另外,汽封弧块和相对应的内缸间在机组启、停时出现温度差;或汽封弧块材料和汽缸材料的热膨胀系数不一样,前者大于后者;或动静部分摩擦时,汽封弧块的温度急骤升高等原因之一或综合影响,温度应力使汽封弧块或汽缸的燕尾槽部位产生塑性变形。
2.1.2 改进措施及施工工艺
(1)将燕尾槽改为T形槽。在调节级叶顶的内缸(或隔板套)内加工出T形槽,在T形槽内装入汽封片、填片和锁紧片。最后将锁紧片弯下并锁紧。此结构设计可靠,不会引起汽封片的窜动。
(2)焊补内缸上的原围带汽封燕尾槽。以采用和汽缸材料牌号相同或相近的焊条进行热焊为宜,而且由于焊接所引起的残余变形应在允许范围内。
(3)在焊补后内缸上的原燕尾槽部位加工出T形槽,用以固定改进后的围带汽封弧块。用作汽封弧块材料的热膨胀系数应小于高压内缸的热膨胀系数。
(4)装配6片1Cr13铁素体汽封片。这种材料在淬火后也不致硬化,因而即使在动静部分摩擦时既不会在叶片围带上磨出沟槽,也不会使汽封块过热膨胀。
(5)镶入新的汽封片装配牢固并进行锁紧。留足够汽封片径向的调整余量。在检修现场组装后调整阻汽片间隙合格。
(6)修后效果:如图1所示,将速度级围带汽封装复后,对减少调节级叶顶处的漏汽损失,提高调节级效率及提高整个高压缸的效率极为有利。高压速度级围带汽封装复后,在600 MW负荷时调节级后温度较修前下降了7°C。
2.2 试扣间隙不合格
高压内缸空缸试扣间隙不合格(紧1/3螺栓最大0.68 mm);中压内缸空缸试扣间隙不合格(紧1/3螺栓间隙1.25 mm)。1、2号低压内缸空缸试扣间隙不合格(最大1.25 mm)。
2.2.1 原因分析
(1)机组启、停或因机组在运行过程中汽缸存在温度差,使汽缸受热(冷却)不均匀产生热应力,伴随机组运行时间的延长及机组启停次数的增多,使汽缸发生变形。
(2)汽缸原设计刚度较差,易造成汽缸变形
2.2.2 处理方案及处理结果
(1)高、中压缸返回哈尔滨汽轮机厂进行汽缸结合面车铣研磨处理。处理后检查汽缸结合面接触良好,0.03 mm塞尺不入。
(2)低压缸处理方案为补焊研磨:清理内缸结合面后进行扣缸,在不紧固结合面螺栓和紧固1/3螺栓时分别测量结合面间隙,用油性记号笔标注在下缸的侧面上,标注0.03 mm塞尺不入的分界线。所选用焊条经金相光谱分析后进行确定确定后在低压下内缸结合面上堆焊后打磨,打磨掉表面氧化皮使被焊部位呈金属光泽并用丙酮擦拭干净,选择氩弧焊或电焊工艺采用分段焊法,焊接长度不超过30 mm。焊接采用直线焊法,焊条不做横向摆动,焊接后采用跟踪锤击消除应力,控制好焊接应力和变形。检查确认无焊接缺陷后,涂红丹粉于上缸结合面上,采用对研法,根据下内缸上的研磨迹痕刮研高点,补焊刮研后接触面积达到85%以上。经刮研后紧1/3螺栓,测量低压内缸结合面间隙,0.05 mm塞尺均不能通过。
2.3 中压转子弯曲超标
中压转子为整段式转子,采用对称分流式结构,前、后各有11级叶轮,转子全长7 585 mm,材质为25Cr2Mo1V,中心空直径D130 mm,前、后配重槽中心直径D790 mm,转子重26.895 t。1号机组在2002年机组大修时发现中压转子有弯曲现象(最大弯曲值为0.065 mm,弯曲标准值为小于或等于0.06 mm),当时未做处理。本次1号机组大修时发现中压转子的弯曲出现增大现象(最大弯曲值为0.15 mm)。中压转子弯曲位置与上次A级检修测量的位置相同。测量结果如图2。
2.3.1 原因分析
(1)通过中压转子做中心孔探伤检查以及全面无损金相检查,未发现异常情况。确定中压转子弯曲属于塑性变形。
(2)通过对机组运行参数的历史数据参数检查以及对中压转子的外观检查、金属检验等结果来分析,中压转子弯曲不是因为运行操作(如中压缸进冷汽、冷水现象)失误造成的,也不是在检修工作过程中造成的转子弯曲。
(3)中压转子存在原始的应力集中或时效处理不足等异常现象以及可能在加工、制造工艺方面存在问题,随着运行时间的延长使原本存在的缺陷发展为转子的永久性弯曲变形。
(4)中压缸进汽为再热蒸汽,温度为540℃,直接与进汽导流环相接触,经过金属传热和喷嘴漏汽,中压转子中部温度亦接近540℃,其转子温度场分布为中间温度最高,逐渐向两侧递减。中压转子级数多、转子长、且长期高速旋转运行,由于金属的高温蠕变松弛特性,高温区域又在转子的中间部位,致使中压转子在运行10年左右发生严重弯曲。
2.3.2 中压转子处理情况
(1)中压转子回火情况:2007年3月21日至3月28日,华北电力科学研究院对中压转子进行回火处理。第一次回火加温至660℃,用时20 h21 min,660℃至670℃恒温9 h,降温至100℃用时43 h。回火工作结束后,对中压转子各部位弯曲、晃动及瓢偏等数值进行了多次测量。根据几次数值测量确认中压转子回火后转子弯曲值无明显变化。
(2)中压转子共进行两次直轴处理,第一次试加压于4月9日至4月15日结束。第二次直轴于2007年4月17日20:00具备加热条件开始通电,85 h加热至666℃,加压及恒温共用时9 h,降温至100℃共用时24 h。至2007年4月25日中压转子直轴工作结束。直轴后中压转子弯曲由0.15 mm降至0.09 mm。
2.4 转子末级叶片叶顶冲蚀严重
1号机1、2号低压缸解体后,发现1、2号低压转子末级叶片司太立合金下部汽蚀、冲蚀严重,叶顶冲蚀较严重,长度大约为250 mm,如不进行处理,冲蚀部位将有可能继续加深,造成叶片断裂。
原因为末级叶片工作环境恶劣,长期低负荷运行造成蒸汽湿度大,湿蒸汽造成叶片水蚀。通过进行喷涂能有效阻止或减缓1号机低压缸转子末级叶片叶顶部位的汽蚀及水蚀,延长叶片使用寿命,提高1号机组运行的安全性。对冲蚀部位进行喷砂处理,喷砂角度应尽量垂直于待处理面(可按现场状况适当调整)。喷砂距离保持100~180 mm。喷砂后叶片表面应无氧化物及污垢,露出新的金属表面。并用丙酮将待喷涂部位清洗干净。喷砂工作结束后用压缩空气吹去待喷面的浮尘。叶片表面用丙酮清洗。确保叶片表面清洁,保证喷涂质量。
喷涂材料采用超音速喷涂专用金属复合粉末。喷涂叶片表面时,喷涂枪距为180~300 mm,角度垂直于叶片。移动速度15~30 cm/s,喷涂时叶片温度不大于120℃,涂层厚0.14~0.16 mm。
2.5 1号机1、2号低压缸轴封更换蜂窝汽封
目前1号机真空严密性试验为600 Pa/min,真空严密性不合格(标准为小于300 Pa/min),使机组热耗增加,严重影响了机组的经济运行。经电科院专家进行真空查漏确认,低压缸轴封为较严重的漏点,更换结构形式先进的蜂窝汽封可有效防止低压缸轴封泄漏。
处理方案如下:
(1)轴及轴套上结构形状仍保持不变,即汽轮机转子的外形无须改变。原汽封套(汽封体)及退让弹簧的形状保持不变。将原斜齿式汽封环拆掉,换上防振动蜂窝式轴端汽封即可。
(2)防振动蜂窝式汽封不会伤及转子密封套(对密封套的磨擦损伤仅为铁素体梳齿式汽封的1/6),能够抑制转子摆动振幅,提高机组运行的稳定性。可以有效消除转子汽流激振的发生,确保转子的运行稳定性。
(3)防振动蜂窝汽封的应用,使得在同等压力和间隙的条件下,低压缸端部泄漏量比使用传统汽封减少50%以上,在提高凝汽器内真空度的同时,有效降低抽汽器负担;同时减少轴封供汽量,达到降能节耗效果。
1號机1、2号低压缸轴封更换蜂窝汽封后,主机真空严密性试验提高到100 Pa/min。通过用氦气仪检查低压缸轴封处已将漏点消除。
3 结束语
1号机A级检修后,汽轮机本体设备一次冲车成功、一次定速成功、一次启动成功,主机设备运转正常,主机各轴承的轴振、瓦振、钨金温度等指标均在控制范围之内,达到了A级检修的预期效果。
参考文献
[1]汽轮机设备检修技术.北京:中国水利电力出版社,1995.
[2]陆颂元.汽轮发电机组振动.北京:中国电力出版社,2000.
[3]施维新.汽轮发电机组振动与事故.北京:中国电力出版社,2001.收稿日期:2007-07-31