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低压缸后轴封套筒脱出的原因分析及处理 |
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| 低压缸后轴封套筒脱出的原因分析及处理 |
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作者：佚名 文章来源：技术论文 点击数： 更新时间：2008-10-13 8:55:09  |
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广州恒运企业集团公司C厂6号机型号是N210－12．7／535／535的中间再热超高压三缸二排汽凝汽式汽轮机（东方汽轮机厂生产），1998年6月投运，至1998年9月20日揭中低压缸检查时，共运行733．7 h，期间冷态开机5次，热态开机2次。
1 事故发生
1.1 事故过程
1998年9月11日12时，锅炉B引风机发出喘振信号引起跳闸停机。经检查判断是误动，重新开机，汽轮机中压缸差胀－1．9 mm，检查无其它异常，继续冲转，转速升至3 000 r／min时，汽轮机中压缸差胀最大升至－2．41 mm，12时05分并网，12日1时35分，负荷升至40 MW时锅炉突然灭火，汽机转速降至1 800 r／min时振动突然增大，全开真空破坏门，4，5号瓦盖振幅达60μm，轴振幅达130μm，转速降至1 200 r／min时，4，5号瓦盖振幅达75μm，轴振幅达230μm，转速到“0”，投盘车，盘车电流5 A，略有1 A左右摆动，5 min后电流摆动增大，最大电流达20 A（额定电流10 A），10 min后，盘车跳开，即手动投入盘车，盘不动。
1.2 事故现象
检修人员用行车盘动转子，同时揭开盘车装置检查，发现小齿轮有磨损，修刮后装复，再次投盘车，盘车电流有微弱摆动，送轴封抽真空至设计参数后，多次检查准备冲转，盘车电流突然由5 A增大到10 A，电动机发热，盘车跳开。9月12日14时16分 、9月14日9时、14日19时50分、19日14时30分启动时均出现上述现象，准备冲转时盘车跳开。全面检查发现低压后缸两个防爆门垫片均破裂，进行了更换，同时进行的检查项目有：调整了顶轴油压，监视了转子顶起高度均在允许范围内。检查中、低压转子四个支承轴瓦及推力瓦，结果发现支承瓦完好，推力瓦的非工作面瓦块有磨损，进行了修刮。1998年9月20日再次确定冲转方案，即先送低压缸轴封汽，后送中、高压缸轴封汽，汽源温度控制在250℃左右，压力控制在额定范围 ，全面加强监视低压缸膨胀和变形情况。1998年9月20日15时30分又开始冲转 ，转速为500r／min时，振动情况良好，转速为1 500 r／min时，振动情况良好，准备暖机20 min，但5 min后，低压后缸轴封处发出剌耳的金属磨擦声，且连续不断，接着紧急打闸停机。
2 事故调查及原因分析
2.1 揭缸检查
技术人员现场分析判断为轴封套部分有磨擦，决定揭开低压缸进一步检查，发现以下情况：
a）低压转子后汽封套筒向发电机侧轴面位移约20 mm，定位卡圈脱出；
b）轴封套筒端头磨损深度达1 mm，转子凸肩磨损，轴封套筒表面发蓝、光洁。
c）低压转子前轴封套无位移，但表面发蓝。
d）中压缸转子14级围带顶部有轻微的磨擦痕迹。
2.2 原因分析
2.2.1 汽封供汽系统不合理
该机组单机运行，设计启动汽源由B厂50MW机组新蒸汽供给（压力为8．9 MPa，温度为535℃）。B厂新蒸汽经减温减压器后入供汽联箱，由除氧器平衡管和供汽联箱两路，分别供高、中、低压轴封供汽管。热态启动时，运行规程规定，高压缸内壁温大于150℃时，高、中压缸轴封用高温汽源，汽温在250℃左右，且与转子的温差小于100℃。现场由减温减压器调节供联箱温度，由于供汽联箱出口至低压缸汽封管无减温装置，使低压缸汽封温度也在280℃，低压缸汽封温度要求140～170℃，1998年9月10日引风机跳闸停机后，9月12～9月19日4次冲转时，低压缸轴封汽温均是280℃左右 。由此可见汽封供汽系统在机组热态启动时，不能同时满足高、中、低压缸轴封不同的汽温要求。
2.2.2 轴封套与轴的过盈量偏小
查厂家图纸和有关资料得知，低压轴封套简装配过盈量设计为0．35～0．43 mm ，汽封套筒和低压转子的材质均为34CrNi3 Mo，在20～300℃时，该材质的膨胀系数αV为13．3×10－6℃－1，轴封套壁厚90 mm。轴封套和轴的传热是一个多层圆筒壁的导热过程，其套筒表面至轴内孔壁温度是全递减状态分布。单层圆筒导热时，当d2／d1＜2，圆筒壁的导热可把它当作平壁来处理，其误差≤4%。该轴封套最大外径d2＝735 mm，轴封套内径（配合面处）d1＝555 mm，则d2／d1＝1．32＜2，这时轴封套的导热可视为中径d＝645 mm的展开平壁考虑。如求抵消过盈量的所需要的轴封与轴之间的极限温差，则：膨胀量＝温度差×圆周长×膨胀系数，当轴套过盈量取上限0.35 mm时，可得温度差Δt＝40．7℃；当轴套过盈量取下限0．45 mm时，其温度差Δt＝50．1℃，这样，轴封套过盈量取上限比取下限的温度相差9．4℃
综上述分析，将低压缸后轴封套脱落原因归为以下3个方面：
a）轴封供汽系统不合理，无法满足厂家对低压缸轴封汽源温度的要求。低压轴封汽源温度偏高，使质量比转子小的汽封套筒加热快，温差大，从而使套筒紧力消失 ，而出现松动，导致汽封套筒轴向位移20 mm，定位环脱落，这是事故的主要原因。
b）设计图纸表明低压轴封套筒与转子装配过盈量为0．35～0．43 mm，脱落侧轴封套筒实际装配尺寸过盈量可能在下限，造成温差相差9．7℃，使该后轴封套较前端轴封套在同样运行条件下更容易脱出。
c）高、中、低压缸胀差不相匹配，其中中压缸胀差超过标准（最高值为－2．41 mm），汽封汽压太高，进汽量大，汽封温度上升快，也是可能因素之一。
3 事故处理及系统改造
根据轴封套脱出及端头磨损情况分析认为，更换该部件一无备品，二修复时间长 ，经与制造厂家商定，采取修复加固方案处理。
3.1 处理方案
取出旧定位圈，修理并装复，加热汽封套筒保证有足够的膨胀间隙使套筒向叶轮侧固定到位，然后在汽封套筒圆周上每隔120°处钻一个孔，攻丝，装配M20的定位螺钉，长度为90．5 mm，见图1所示。这样能防止汽封松动，保证同心。为了降低低压缸轴封供汽温度，加装一套减温减压装置。
3.2 修复加固具体施工工艺
修复加固具体施工工艺：将定位圈修复，装配到定位槽中，确认到位；4把铁焊枪对称加热汽封套筒，注意用还原焰，防止氧化汽封套筒；将汽封套筒快速加热到300～350℃，用红外线测温仪测温，检查套筒是否有松动并一次将汽封套筒推到定位处，并顶住约2～3 h；用压缩空气吹住定位处，以便迅速冷却收缩；盘动转子至轴封套筒表面温度至60℃左右；汽封套筒冷至常温，将低压转子放入缸内，复查转子情况 ；无异常，在轴封套距端头20 mm处，钻孔攻丝，均匀分布3个M20定位螺钉孔，深度一致，误差小于0．5 mm，攻钻螺纹深度要一致，且保证不要损伤转子；加工螺钉，其相互之间的质量差别不超过2 g，旋入螺孔，且端头略低于汽封套筒外圆；用样冲眼锁定，以防定位螺钉松动；打磨套筒端头磨损处。
3.3 轴封汽源系统改进
按厂家对汽封汽源参数的要求，结合现场实际情况，在系统上加装一套减温减压装置，该装置设计压力2．5 MPa，设计温度300℃，采用凝结水喷水减温，喷水工作压力0．7～1 MPa，喷水量为450 kg／h。原供汽联箱来汽经减温减压后压力控制在0．1～0．15 MPa，温度为（130±5）℃，专供机组启动时汽机低压汽封用汽，正常运行时，切换至除氧器平衡管。
3.4 修复改进后的效果
1998年9月轴封装复，新加装减温减压装置投入运行后，至1999年5月，机组共运行2 919h，开机10次，运行正常。
4 结束语
a）210 MW汽轮机组，由于设计原因使轴封套脱出，这类事故在国内同类型机组中极为罕见，它严重威胁着整台发电机组的安全，不可轻视。
b）低压缸汽封供汽可单独调控，系统设计时不可缺少，采用加减温减压器的改进工程小，效果好。
c）轴封套的修复方法，费用低，时间短，能满足使用要求，但对以后该转子需要做其它修理时，带来不便。
d）控制轴封套的温开率是防止脱出的有效手段，因此，在控制汽封汽温的同时 ，根据机组真空要求，尽量降低汽封压力，可减少热量传递。
e）亦不可忽视汽轮机差胀、轴向位移、大轴晃动、汽封片等因素对轴封套的影响。
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