200MW汽轮机供热旋转隔板故障原因分析及处理.doc

2013年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文200MW汽轮机供热旋转隔板故障原因分析及处理华电新疆发电有限公司红雁池电厂 孙强摘要华电新疆发电有限公司红雁池电厂#4机组为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司设计制造带旋转隔板调节供汽的200MW大型抽凝机组。投产后旋转隔板多次发生卡涩问题，对供热造成较大影响，现对旋转隔板故障原因进行了总结分析，制定了旋转隔板处理方案并在大修中实施，取得显著成效。关键词抽汽式汽轮机；旋转隔板；供热工况；Deva合金材料；1、前言华电新疆发电有限公司红雁池电厂#3、#4汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司设计制造，型号：C135/N20012.7/535/535，为超高压中间再热、单抽汽冷凝式汽轮机、单轴结构，通过刚性联轴器直接带动发电机工作。汽轮机两组高压主汽阀、两个中压主汽阀置于机组两侧，新汽通过两个高压主汽阀，四个高压调节阀（一个主汽阀和两个调节阀组成一体），进入高压汽缸，高压缸排汽经过中间再热器后，再通过两个中压主汽阀，四个中压调节阀进入中压缸。供暖抽汽口在中压缸下半，通过旋转隔板来实现，旋转隔板采用压力卸载方式，同时采用Deva自润滑Fe-Ni合金作为密封面材料，以减少摩擦阻力，从而使旋转隔板的驱动力矩减少，其结构布置紧凑。2、200MW旋转隔板抽汽系统主要设计特点调节旋转隔板是抽汽供热式汽轮机特有的结构，旋转隔板的优点是汽缸结构简单；缺点是隔板结构复杂，旋转隔板通流部分的结构要比抽汽调节阀复杂得多，间隙安装时，易超差，在压差大的时候，容易卡涩，降低了机组的安全可靠性。2.1旋转隔板和连杆机构调节旋转隔板分为喷嘴配汽式和节流配汽式两种，本机采用旋转隔板来控制抽汽的流量和压力。调节旋转隔板是由转动隔板、罩环和静止隔板组成，转动隔板上有大小及间距不同的叶栅，通过双侧进油油动机带动连杆机构来实现对转动隔板的操纵，使旋转隔板快速开启和关闭，确保机组的安全可靠性，转动隔板位置不同，隔板上的喷嘴开启的通流面积不同，以控制进入低压部分的蒸汽流量。低压缸最小排汽工况设计为通过80t/h的流量，以冷却低压部分，避免过热。2.2旋转隔板的压力卸载方式旋转隔板的压力卸载原理为：其罩环“K”平衡室压力，由于罩环间隙“E”设计为0.38-0.43mm，其通流面积远小于于级后相连通的罩环平衡室平衡通道 “Q” 面积，所以罩环“K”平衡室压力为级后压力；同时采用自润滑的材料(P)作为静止隔板的密封材料，转动隔板与静止隔板形成密封腔室，由平衡通道“Q” 于级前相连通见图一。其平衡动态过程为：由于级前压力高于级后，转动隔板存在向后的压力，并且间隙“E”变大，罩环“K”平衡室增大，由于罩环“K”平衡室的压力卸载作用，变成转动隔板后压力大与前面，当转动隔板与静止隔板密封良好时，表现为转动隔板向前的运动使转动隔板与静止隔板之间压力下降，最终形成动态平衡。图一：旋转隔板压力卸载装置前后平衡室汽流流动示意图2.3抗磨块（Deva合金材料）应用在旋转导叶动作时，为了防止二者接触表面磨损，故在易损部位设计抗磨块Deva自润滑Fe-Ni合金，以保护二者接触表面，以减少摩擦阻力（Deva自润滑Fe-Ni合金设计的摩擦系数0.327），从而使旋转隔板的驱动力矩减少，转动隔板与静止隔板之间抗磨块主要承受转动部分的压力。图二：旋转隔板结构简图（所示尺寸均为制造厂设计图纸尺寸）3 故障现象及原因分析3.1调试期曾出现旋转隔板卡涩现象华电红电#4供热汽轮机旋转隔板在供热调试期间曾出现卡涩在75%位置不能调压现象，造成抽汽时旋转隔板不能关小，抽汽压力低，不能满足供汽需要。3.2旋转隔板卡涩问题设备检查情况2012年10月华电红电#4机组大修揭中压缸对旋转隔板进行检查，旋转隔板的转动环、罩环及静环（隔板体）存在不同程度的严重变形，旋转隔板各部设计间隙见图二。首先，罩环与转动环之间轴向间隙，设计值为0.38-0.43mm，转动环外圆与罩环轴向间隙测量值为，上半部分卡死无间隙，下半部分左下方一处小于0.05mm，其余在0.40mm左右；其次，转动环外弧与静环（隔板体）Deva自润滑Fe-Ni合金密封面部分弧段有破损。3.3、原因分析根据检查结果发现，动环与罩环轴向间隙E值设计为0.38-0.43mm旋转隔板级组膨胀后造成动静消失，故判定为Deva合金结合面与动环配合部分活动安装间隙远大于设计间隙，不能形成有效的密封，一方面不能使转动环轴向压力卸载，另一方面Deva合金结合面与动环不能有效配合定位和支撑，使动环在H处受力，严重咬死，同时使旋转隔板的转动环、罩环及静环（隔板体）造成变形。解体后发现罩环E值处磨损不太严重，只存在局部拉毛问题，其为旋转隔板变形（波浪式变形）引起动、静隔板拉毛。所以Deva合金密封面与动环配合部分不能形成有效良好的密封是主要原因，当密封良好轴向压力卸载正常，旋转隔板调节工作正常；当密封不好，轴向压力卸载变差，旋转隔板变形卡涩，其密封是否正常和旋转隔板变形互为因果，当旋转隔板严重变形，密封不能形成，轴向压力不能卸载，将发生动、静隔板咬死和旋转隔板拐臂由于过力矩断裂的事故。4 改进方案及修复程序旋转隔板变形进行机械加工处理；将静环隔板与转动环之间间隙F，H值由1.00mm 和2. 00mm分别放大到1.85mm 和2. 05mm；罩环与转动环之间轴向间隙E值，由原设计值为0.38-0.43mm放大为0.70-1.00mm；对旋转隔板破损的Deva合金密封面弧段进行更换。4.1首先对转动隔板进行瓢偏测量：转动隔板内外环径向、圆周变形量测量部位示意图见图三，经过瓢偏测量，转动隔板变形量不大，内、外环均没有出现变形，内环端面圆周架百分表测量，跳动0.15mm，内环相对外环向后（静环方向）轻微变形0.02mm。外环径向没有出现变形，外环端面圆周架百分表测量，跳动0.15mm，没有对转动隔板进行机械加工，只对磨损严重处（拉毛部分）进行手工打磨圆滑过渡处理。4.2、动环与隔板体轴向间隙F、H值：由于现场解体后，两侧间隙都已经咬死拉毛。图纸规定动环与隔板体轴颈小端面轴向间隙F值为（1.00mm），实测为0.5，本次调整放大到1.50mm左右； 图纸规定动环与隔板体轴颈大端面轴向间隙为H值为（2.00mm），实测为1.5，本次调整放大到2.05mm左右。图三：转动隔板各部间隙示意图4.3、罩环轴向间隙E、X值情况：设计动环与罩环轴向间隙E、X均为0.38-0.43mm，解体后发现罩环E值处磨损不太严重，只存在局部拉毛问题,实测为0-0.3mm；本次调整放大到0.70mm，组装测量为E值0.85mm。现在上部间隙为1.10-1.20mm，下部间隙为1.20mm。X值处圆周都有拉毛问题，本次调整放大到0.70-1.00mm。5改造效果改造后，机组供热正常投入，抽汽压力流量调节正常。通过改造，经过采暖期的运行，旋转隔板运行调整正常，证实改造方案是成功的。#4机组旋转隔板安全可靠性问题的解决，抽凝机组抽汽工况的良好运行；不仅保证了机组的正常出力和安全运行，有效地提高经济效益，也满足了冬季高峰期供暖需求，创造了社会效益。 参 考 文 献1 哈汽200MW机组说明书。作者简介：孙强，男，工程师，华电新疆发电有限公司红雁池电厂设备维护部副主任，地址：乌鲁木齐市红雁池路97号邮政编码：830047