广东某电厂第一套机组汽机大轴抱死问题分析
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一、系统概述
广东某2×400MW级燃气热电冷联产项目汽机采用上海电气生产双缸、三压再热、可调整抽凝、轴向排汽式型号为D168-12.47/2.88/1.8/0.39汽轮机，配套盘车装置为液压油马达式，正常运行当机组转速高于180rpm盘车自动脱开，转速低于120rpm盘车自动投入，本汽轮机设计盘车转速54rpm，调试期间分别发生两次盘车状态金属摩擦事件，首次为2018年1月4日停机后，第二次为2018年1月6日停机后。但第二次发生大轴抱死情况。
二、问题过程
2.1 第一次中低合缸发生金属摩擦事情经过
2018年1月4日17:30燃机负荷最大负荷200MW与汽机负荷最大80M。
2018年1月4日20:21经中调同意，对第一套燃机及汽机进行正常停机操作。手动按操作台上停机按钮，汽机惰走。
2018年1月4日20:57汽机转速降至299rpm时，开始对凝汽器进行破坏真空、停轴封，此时中压缸上下壁温差9℃。（考虑到#1机组凝汽器真空泵补水串水问题，安装单位需要对补水管道加装逆止阀。）
2018年1月4日22:45分开始上下缸温差开始逐步增大，
2018年1月5日02:59分，运行人员现场发现#1汽机轴封有金属摩擦声，盘车转速出现波动下滑情况，此时中压缸上下缸温温差51℃。
2018年1月5日03:50分调试人员通过调整盘车进油量，盘车转速降至0rpm。
2018年1月5日03:56由安装加力情况下重新投入盘车，并开启中压缸疏水门后温差逐步回落。
2018年1月5日7:24后重新投轴封拉真空后，上下壁温差进一步降低。
2018年1月5日9:30分中压缸上下缸温差降低至37℃。
参数、时间 | 17:30 | 20:21 | 00:52 | 03.29 | 04:19 |
汽机负荷MW | 80 | 10 | 0 | 0 | 0 |
转速rpm | 3000 | 3000 | 51.4 | 33.6 | 50.3 |
主汽压力MPa | 10.6 | 6.49 | 2.1 | 1.1 | 0.96 |
主汽温度℃ | 519.4 | 516.8 | 272.1 | 244.6 | 236.9 |
中压压力MPa | 2.3 | 1.55 | 1.4 | 1.0 | 0.9 |
中压温度℃ | 544.9 | 536.8 | 376.4 | 348.3 | 338.2 |
转子膨胀mm | 12.5 | 12.99 | 12.1 | 11.6 | 11.6 |
轴向位移mm | -0.19 | 0.078 | 0.08 | 0. | 0.1 |
1x/1y（轴振） | 29.8/29.1 | 19.9/21.6 | 27.3/17.4 | 58.0/59.5 | 32.0/21.7 |
2x/2y（轴振） | 90.6/48.1 | 68.2/37 | 19/18.7 | 32.236.2 | 21.4/22.1 |
3x/3y（轴振） | 92.3/38.8 | 85.8/33 | 12.3/13.6 | 13.2/14.0 | 17.0/14.8 |
4x/4y（轴振） | 32.6/30.2 | 31.8/30.7 | 6.8/5 | 6.8/4.6 | 6.9/5.2 |
5x/5y（轴振） | 39.5/34.2 | 40.4/34.1 | 7/7.1 | 6.0/6.9 | 8.0/6.7 |
1x/1y（瓦振） | 1.3/1.2 | 0.61/0.58 | 0.04/0.02 | 比较小 | 比较小 |
2x/2y（瓦振） | 0.6/0.6 | 0.62/0.64 | 0.01/0.03 | 比较小 | 比较小 |
3x/3y（瓦振） | 0.37/0.35 | 0.47/0.46 | 0.02/0 | 比较小 | 比较小 |
4x/4y（瓦振） | 2.5/2.69 | 2.18/2.33 | 0/0.02 | 比较小 | 比较小 |
5x/5y（瓦振） | 1.6/1.6 | 1.26/1.26 | 0.05/0.03 | 比较小 | 比较小 |
1瓦温度（最大） | 84.4 | 84.31 | 42.9 | 42.1 | 40.9 |
2瓦温度（最大） | 86.4 | 89.07 | 39.5 | 38.5 | 40.0 |
3瓦温度（最大） | 69.0 | 68.74 | 36.1 | 34.8 | 34.8 |
4瓦温度（最大） | 95.6 | 95.05 | 38 | 36.4 | 36.1 |
5瓦温度（最大） | 82.7 | 84.5 | 38.5 | 34.9 | 36.5 |
高压上下缸温 | 491/482 | 491/484 | 465.5/454.6 | 441.3/426.5 | 449.2/436.3 |
中压上下缸温 | 279/284 | 276/281 | 388.8/279.5 | 306.1/248.7 | 311.3/259.3 |
高中压轴封压力 | 3.04 | 3.6 | 退出 | 退出 | 退出 |
高中压轴封温度 | 263 | 271.3 | 退出 | 退出 | 退出 |
低压轴封压力 | 4.45 | 0.432 | 退出 | 退出 | 退出 |
低压轴封温度 | 148.8 | 161.9 | 退出 | 退出 | 退出 |
表1 首次中低合缸发生金属摩擦主要参数表
2.2 第二次中低合缸发生金属摩擦并大轴抱死事件概述
2018年01月06日16:59分汽机打闸停机开始惰走，惰走期间机组最大振动为932rpm时#2径向轴承X向轴振128.8μm，至17:57分盘车顺利投入机组停机过程振动参数及惰走时间可以判断机组轴系运行状态良好，18:00分至18:17分盘车转速逐渐降低至39rpm，18:25分盘车转速自动升速至48rpm期间机组振动、轴封、真空、高中低压缸上下缸温差等参数正常，就地检查发现低压缸处内部有明显金属摩擦声，考虑到机组高转速盘车状态下会使摩擦部位损伤进一步严重随即将机组盘车进油手动门慢慢关小将机组调整至低速盘车状态，18:30分#1径向轴承X向轴振及#2径向轴承X向轴振突变至37μm和28μm转速迅速降至0rpm，立即开大盘车进油手动门盘车无法投入，18:35分就地手动盘车同样无法盘动转子随即退轴封及真空，此时盘车已无法正常投入。
机组停机至盘车抱死时间段主要参数如下图表：
参数、时间 | 16:00 | 16:59 | 17:58 | 18:17 | 18:27 |
汽机负荷MW | 131.6 | 10.4 | 0 | 0 | 0 |
转速rpm | 3000 | 3000 | 51 | 40 | 47 |
主汽压力MPa | 12.2 | 4.0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
主汽温度℃ | 552.1 | 546.5 | 211.1 | 229.2 | 236.9 |
中压压力MPa | 2.9 | 1.4 | 0 | 0 | 0 |
中压温度℃ | 541.9 | 536.4 | 107.4 | 120.3 | 122.7 |
转子膨胀mm | 13.7 | 14.1 | 13.3 | 13.0 | 12.9 |
轴向位移mm | -0.1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1x/1y（轴振） | 17.8/22.2 | 20.1/21.8 | 12.8/17.3 | 12.7/15.6 | 13.1/17.9 |
2x/2y（轴振） | 57.8/29.8 | 48.0/32.5 | 15.2/18.1 | 15.1/16.4 | 15.2/16.3 |
3x/3y（轴振） | 71.2/29.2 | 67.5/32.7 | 12.2/13.0 | 11.4/11.7 | 12.4/12.7 |
4x/4y（轴振） | 34.5/32.8 | 32.8/31.9 | 7.0/5.7 | 6.1/4.6 | 6.3/6.8 |
5x/5y（轴振） | 42.6/35.5 | 43.0/35.6 | 7.3/6.4 | 5.6/5.9 | 6.1/6.1 |
1x/1y（瓦振） | 0.6/0.5 | 0.8/0.8 | 比较小 | 比较小 | 比较小 |
2x/2y（瓦振） | 0.6/0.6 | 0.4/0.4 | 比较小 | 比较小 | 比较小 |
3x/3y（瓦振） | 0.2/0.2 | 0.2/0.2 | 比较小 | 比较小 | 比较小 |
4x/4y（瓦振） | 2.7/2.8 | 2.2/2.4 | 比较小 | 比较小 | 比较小 |
5x/5y（瓦振） | 1.7/1.8 | 1.6/1.6 | 比较小 | 比较小 | 比较小 |
1瓦温度（最大） | 83.8 | 83.2 | 49.2 | 47.4 | 46.2 |
2瓦温度（最大） | 86.4 | 88.3 | 49.0 | 46.9 | 45.9 |
3瓦温度（最大） | 66.7 | 66.3 | 41.6 | 39.5 | 38.6 |
4瓦温度（最大） | 95.8 | 95.6 | 45.6 | 42.5 | 41.4 |
5瓦温度（最大） | 84.1 | 84.5 | 45.2 | 42.4 | 41.4 |
高压上下缸温 | 533/528 | 531/526.4 | 523/517 | 520/514 | 519/512 |
中压上下缸温 | 271/275 | 260.3/265.1 | 285/293 | 291/292 | 293/292 |
高中压轴封压力 | 5.1 | 4.2 | 5.0 | 4.5 | 4.9 |
高中压轴封温度 | 301 | 212 | 204 | 223 | 232 |
低压轴封压力 | 3.3 | 4.0 | 4.0 | 3.9 | 4.4 |
低压轴封温度 | 130.2 | 147.1 | 142.5 | 142.6 | 144.5 |
表2 机组停机至盘车抱死时间段主要参数
图1 机组停机至盘车抱死时间段主要参数图
三、问题分析
3.1 中低压缸遇冷导致膨胀不均汽缸变形（上下缸温差大）中低压缸动静碰磨：
3.1.1 中低压缸动静碰磨可能原因分析：
汽缸进冷气冷水。
由于保温措施原因，及实际环境因素导热不均。
停机过程中气温变化过大。
3.1.2 发生动静碰磨的可能性部位分析：
围带和叶顶的损伤。
叶片与导气环碰磨。
机组处于极热态停机惰走至盘车转速，18:30分中压缸上壁温度300.5℃，下壁温度291.2℃，低压后缸上壁温度38.5℃，低压后缸下壁温度38.5℃，从中低压缸上下壁温差可以看出中压缸体及低压缸后缸（不包括低压缸进气段）膨胀状态正常。
怀疑点：低压补气管路进口管道未保温导致停机后低压进气温度骤降造成低压补气段缸体变形低压转子动静摩擦抱死；
此次机组极热态停机堕走至投入盘车状态时低压补气调阀后至低压缸缸体内管路一直未包入保温，怀疑当机组停机后低压进气温度骤降造成低压补气段缸体变形低压转子动静摩擦抱死。
3.2 中低压转子热弯曲导致中低压缸动静碰磨；
机组处于极热态停机惰走至盘车转速，18:00分至18:25分#1径向轴承振动及#2径向轴承振动均在12μm至15μm波动振动参数正常，中低压转子未出现热弯曲现象。
3.3 润滑油顶轴油系统运行不正常；
18:20分润滑油母管温度38℃，润滑油母管油压0.41MPa，润滑油泵顶轴油泵及盘车运行正常。
3.4 中低压轴封碰磨及轴封遇冷导致齿间隙变小导致大轴抱死
大轴发生了热弯曲导致，热弯曲判断相关参数（目前数据分析比较小）。
轴封发生进冷气冷水导致轴封的畸变。
轴封安装间隙过小，导致轴封动静碰磨。
④轴封温度不匹配引起热应力，导致轴封碰磨。
⑤轴封有可能从轴加风机倒吸冷空气进入气缸。
18:30分高压轴封压力5.4kPa温度236℃，低压轴封压力4.41kPa温度145℃并且停机惰走过程中轴封系统运行正常未出现轴封温度剧烈下降及轴封压力负压等现象。
但是低压轴封厂家说明并未提供供汽压力参数并且本汽轮机为轴向布置汽轮机低压轴封处于低压缸排汽段内，正常运行无法监控到轴封状态。
四、处理措施及过程
机组盘车无法投入后立马采取措施如下：
① 破坏真空、退轴封供汽；
② 关闭高中低压缸本体及主再热蒸汽管道上所有疏水手动门及气动门，检查切断所有缸体冷源，采取闷缸措施；
③ 每次间隔2小时打开高中低压缸疏水气动门5分钟，密切监视高中低压缸上下缸温差，当出现温差大于40℃或者温差急剧上升时开启疏水门观察；
④ 投入润滑油加热器关闭润滑油冷却器进回水手动门及调门提升润滑油温度减小润滑油粘度；
⑤ 18:35分开始每隔半小时安装配合试试手动盘车；
⑥ 监视低压缸排汽温度及低压缸压力，排汽温度超过45℃手动投入水幕喷水；
18:40分在各转轴表面架千分表观察转轴顶起高度（由于温度原因#1、#2瓦未架）初步观察其他各瓦顶起高度正常，暂时手动将#2轴承顶轴油进油手动门开大一圈后再次手动盘车还是无法盘动。
19：15分微调#1轴承顶轴高度将顶轴油进油手动门开大半圈并且将顶轴油泵停止后启动重新建立油膜后再次手动盘车还是无法盘动。
20:00分手动盘车无法盘动。
21:46分停止顶轴油泵并在各轴瓦表面再次架千分表（#2瓦表面温度太高无法架表），10分钟后启动顶轴油泵重新做各轴瓦抬轴试验参数如下表：
轴承 | #1 | #2 | #3 | #4 | #5 |
顶轴高度（μm） | 80 | 以前开度 | 82 | 85 | 95 |
左侧进油压力（MPa） | 6.8 | 6.0 | 5.2 | 5.5 | \ |
右侧进油压力（MPa） | 6.8 | \ | 5.1 | 5.5 | \ |
抬轴试验做完后再次启动手动盘车，无法盘动。
22:30分会同安装进入凝汽器低压缸处手动在末级叶片加力，盘车无法盘动，并且检查低压缸末级叶片无动静碰磨。
23:15分润滑油温度上升至43℃，就地手动盘车无法盘动。
23:31分中压缸上下缸温差已升高至40℃，就地再次检查所有关于中压缸本体疏水、进汽等无异常现场，手动打开中压缸疏水门1、2观察一段时间后下缸温度温降无明显变化，关闭中压缸疏水门1、2。
2018年01月07日00:10分再次试手动盘车，无法盘动。
01:30分润滑油母管温度已提升至48℃，停止顶轴油泵运行后再次开启顶轴油泵重新建立顶轴油膜后就地手动盘车，无法盘动。
02:46分中压缸上下缸温差已达56℃，手动打开中压缸疏水门1、2及高压缸疏水1、2、3观察一段时间后下缸温度温降无明显变化，关闭中压缸疏水门1、2及高压缸疏水1、2、3。
晚上前期每半小时手动试盘车一次，后期每一小时盘车一次直至现在，盘车依然无法手动盘动（液压油马达同时进油）。
五、结论及分析
5.1 依照盘车无法投入前机组运行状态和参数分析，可以将中低压转子热弯曲导致中低压缸动静碰磨、润滑油顶轴油系统运行不正常等问题导致盘车当时无法投入排除。
5.2 盘车转速波动前高压轴封压力5.4kPa温度236℃，低压轴封压力4.41kPa温度145℃，停机惰走过程中轴封系统运行正常未出现轴封温度剧烈下降及轴封压力负压等现象，考虑到前几次机组启动后振动大问题，不排除轴封齿被磨大轴封压力无法完全密封中低压缸导致机组从轴封处吸入冷气轴封齿间隙变小大轴抱死，所以下次投入轴封真空时应再次整定轴封系统运行压力。
5.3 机组停机后中压缸上下缸温差在再次检查中压缸本体疏水及现场保温管道等状态正常后温度逐渐拉大，最大中压缸上下缸温差达80℃，可能逐渐成为机组盘车无法投入的另一个主要因素。
5.4 运行人员密切监视机组润滑油系统运行正常，谨防润滑油断油导致因缸温热传导至轴瓦造成轴瓦巴氏合金温度过高损坏。
5.5 #2轴瓦外部温度下降后对顶轴油系统细调，再做一次轴瓦抬轴试验，以确定各轴瓦顶起高度。
5.6 保温原因上下缸温差大原因分析
保温设计厚度（传热）问题，下缸设计要求厚度160mm，上缸130mm，实际下缸抽查两次200mm、210mm，下缸抽查两次100mm、150mm。
环境温度原因，目前室外温度比较低，而汽机保护罩壳里面温度比较高，这其中会导致穿堂风压力较高，风速较大，导致汽机底部温度较低，顶部温度较高。上下缸的散热边界条件不一样。导致较大的上下温差较大。
保温不完全，低压补气、支撑架及低压缸肋条不完全保温。
针对以上三点现场已做出以下措施：
增加中压缸底部保温厚度；
关闭厂房零米内所有大小门、视情况停止房顶排气风扇运行、缸体底部增加小太阳等外部热源增加缸体底部环境温度；
再次检查缸体及管道所有保温，增加低压补气、支撑架及低压缸肋条保温。
至2018年01月07日13:00中压缸上下缸温差已基本稳定并有逐步缩小趋势。
来源于：电力安全生产
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