210MW汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)隔板故障原因分析及處理

1、210mw汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)隔板故障原因分析及處理趙偉1黃智2王曉峰1郭廣富2齊賀樓3王予生2賈憲周2尹金亮2潘富停2（1中電投河南分公司河南鄭州450000；2平東熱電有限公司河南平頂山467021；開封京華發(fā)電公司河南開封475000）摘要：平東熱電有限公司210mw機(jī)組為國產(chǎn)首臺旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)供汽的大型抽凝機(jī)組，同型多臺機(jī)組出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)隔板卡澀和旋轉(zhuǎn)隔板拐臂由于過力矩斷裂問題，由中電投河南分公司和哈汽廠組成專家組，對旋轉(zhuǎn)隔板故障原因進(jìn)行了分析，制定了旋轉(zhuǎn)隔板處理方案并在大修中實施，取得顯著成效。關(guān)鍵詞：抽汽式汽輪機(jī)；噴嘴配汽式旋轉(zhuǎn)隔板；供熱工況；deva合金材料；1前言河南平頂山平東熱電有限公司“以大

2、代小”工程項目，由于其供熱為工業(yè)用汽和城市采暖系統(tǒng)合一其采暖期抽汽量約700t/h，電廠位于市中心，“以大代小”工程項目機(jī)組容量限制在200mw級，采用成熟的超高壓、一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)廠開發(fā)設(shè)計了具有旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)級的大流量（最大370 t/h，調(diào)壓力0.7845-1.275mpa）的抽凝型汽輪機(jī)。其兩臺機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠設(shè)計生產(chǎn)的n210/c140-12.75/535535型超高壓、一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排單抽汽輪機(jī)組，本機(jī)最大純凝工況電功率為224410kw，最大工業(yè)抽汽370t/h，最高抽汽壓力1.275mpa，汽輪機(jī)帶一段調(diào)節(jié)抽汽及六段回?zé)岢槠?/p>

3、，其抽汽為噴嘴配汽式旋轉(zhuǎn)隔板級單閥控制抽汽流量和壓力系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)隔板采用壓力卸載方式，同時采用deva自潤滑fe-ni合金作為密封面材料，以減少摩擦阻力，從而使旋轉(zhuǎn)隔板的驅(qū)動力矩減少，結(jié)構(gòu)緊湊，其旋轉(zhuǎn)隔板潤滑材料、工作壓力和溫度屬國內(nèi)200mw級抽凝機(jī)組中首次使用，填補(bǔ)了國內(nèi)200mw等級抽汽機(jī)組的空白，新的抽汽調(diào)節(jié)方式對于抽汽機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和可靠性有很大的影響，它的運行和技術(shù)改造情況可以為國內(nèi)后來建設(shè)的同類型機(jī)組的制造提供有益的經(jīng)驗。2平東公司210mw旋轉(zhuǎn)隔板抽汽系統(tǒng)主要設(shè)計特點國產(chǎn)大型抽凝125mw-600mw單抽或雙抽機(jī)組，均為兩缸兩排汽，在實現(xiàn)抽汽的調(diào)節(jié)方式上有很大的不同。一是135mw

4、-600mw級大容量抽汽供熱機(jī)組一般采用在汽輪機(jī)通流部分中設(shè)置調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)級來實現(xiàn)抽汽的調(diào)節(jié)，采用調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)級可克服一些50mw及以下機(jī)組用旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)抽汽時在個別電廠“卡死”，同時亦提高了該調(diào)節(jié)級的經(jīng)濟(jì)性；其次是135mw600mw級大容量抽汽供熱機(jī)組除了在通流部分中設(shè)置調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)級來進(jìn)行調(diào)節(jié)抽汽外，還在相應(yīng)的抽汽管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，配合汽輪機(jī)通流部分中的調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)級進(jìn)行調(diào)節(jié)抽汽。國內(nèi)的50mw及以下的抽汽系列機(jī)組大多采用在機(jī)組通流部分中設(shè)置旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)級來實現(xiàn)抽汽的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)隔板是抽汽供熱式汽輪機(jī)特有的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)隔板的優(yōu)點是汽缸結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子長度縮短；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)隔板通流部

5、分的結(jié)構(gòu)要比抽汽調(diào)節(jié)閥復(fù)雜得多，間隙安裝時，易超差，在壓差大的時候，容易卡澀，降低了機(jī)組的安全可靠性。2.1旋轉(zhuǎn)隔板和連桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)隔板分為噴嘴配汽式和節(jié)流配汽式兩種，本機(jī)采用旋轉(zhuǎn)隔板來控制抽汽的流量和壓力。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)隔板是由轉(zhuǎn)動隔板、罩環(huán)和靜止隔板組成，轉(zhuǎn)動隔上有大小及間距不同的葉柵，通過雙側(cè)進(jìn)油油動機(jī)雙側(cè)進(jìn)油油動機(jī)帶動連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動隔板的操縱使旋轉(zhuǎn)隔板快速開啟和關(guān)閉，確保機(jī)組的安全可靠性，轉(zhuǎn)動隔板位置不同，隔板上的噴嘴開啟的通流面積不同，以控制進(jìn)入低壓部分的蒸汽流量，最小排汽工況，通過80t/h的流量，以冷卻低壓部分，避免過熱。2.2旋轉(zhuǎn)隔板的壓力卸載方式旋轉(zhuǎn)隔板的壓力卸載原理為：其

6、罩環(huán)“k”平衡室壓力，由于罩環(huán)間隙“e”設(shè)計為0.38-0.43mm，其通流面積遠(yuǎn)小于于級后相連通的罩環(huán)平衡室平衡通道“q”，所以罩環(huán)“k”平衡室壓力為級后壓力；同時采用自潤滑的材料(p)作為靜止隔板的密封材料，轉(zhuǎn)動隔板與靜止隔板形成密封腔室，由平衡通道“q” 于級前相連通見圖一。其平衡動態(tài)過程為：由于級前壓力高于級后，轉(zhuǎn)動隔板存在向后的壓力，并且間隙“e”變大，罩環(huán)“k”平衡室增大，由于罩環(huán)“k”平衡室的壓力卸載作用，變成轉(zhuǎn)動隔板后壓力大與前面，當(dāng)轉(zhuǎn)動隔板與靜止隔板密封良好時，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)動隔板向前的運動使轉(zhuǎn)動隔板與靜止隔板之間壓力下降，最終形成動態(tài)平衡。圖一：旋轉(zhuǎn)隔板壓力卸載裝置前后平衡室汽流

7、流動示意圖2.3抗磨塊（deva合金材料）應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉動作時，為了防止二者接觸表面磨損，故在易損部位設(shè)計抗磨塊deva自潤滑fe-ni合金，以保護(hù)二者接觸表面，以減少摩擦阻力（deva自潤滑fe-ni合金設(shè)計的摩擦系數(shù)0.327），從而使旋轉(zhuǎn)隔板的驅(qū)動力矩減少，轉(zhuǎn)動隔板與靜止隔板之間抗磨塊主要承受轉(zhuǎn)動部分的壓力。圖二：旋轉(zhuǎn)隔板結(jié)構(gòu)簡圖（所示尺寸均為制造廠設(shè)計圖紙尺寸）及3故障現(xiàn)象及原因分析3.1調(diào)試期曾出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)隔板卡澀現(xiàn)象平東公司#6、7供熱汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)隔板在供熱調(diào)試期間曾出現(xiàn)卡澀在54%位置不能調(diào)壓現(xiàn)象；本型汽輪機(jī)在停機(jī)后盤車狀態(tài)旋轉(zhuǎn)隔板處動靜碰磨現(xiàn)象。表現(xiàn)為致使三段抽汽不能參于調(diào)節(jié)，造成抽

8、汽時旋轉(zhuǎn)隔板不能關(guān)小，抽汽壓力低，不能保證供汽需要；不抽汽時，旋轉(zhuǎn)隔板不能開大，又無法多帶電負(fù)荷，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行。在汽輪機(jī)盤車狀態(tài)，開關(guān)旋轉(zhuǎn)隔板油動機(jī)后產(chǎn)生盤車電流增大和擺動，嚴(yán)重時盤車盤不動轉(zhuǎn)子。3.2旋轉(zhuǎn)隔板卡澀造成杠桿軸斷裂問題設(shè)備檢查情況2007年8月25日對平東公司兩臺機(jī)組機(jī)組進(jìn)行供熱調(diào)試，發(fā)現(xiàn)低壓油動機(jī)關(guān)閉到位，旋轉(zhuǎn)隔板汽缸外杠桿動作，但供熱壓力、電負(fù)荷不變。停機(jī)后檢查。發(fā)現(xiàn)杠桿軸在花鍵結(jié)構(gòu)起始處斷裂，斷裂位置離花鍵右端部（即油動機(jī)杠桿端）約10mm，斷裂基本發(fā)生在一個圓截面上，此處花鍵公徑90mm。見照片。旋轉(zhuǎn)隔板的轉(zhuǎn)動環(huán)、罩環(huán)及靜環(huán)（隔板體）存在不同程度的嚴(yán)重變形，

9、旋轉(zhuǎn)隔板各部設(shè)計間隙見圖二。首先，罩環(huán)與轉(zhuǎn)動環(huán)之間軸向間隙，設(shè)計值為0.380.43mm，轉(zhuǎn)動環(huán)外圓與罩環(huán)軸向間隙測量值為，上半部分均小于0.05mm，下半部分左下方一處小于0.05mm，其余在0.40mm左右；罩環(huán)內(nèi)圓與轉(zhuǎn)動環(huán)軸向間隙測量值為，上半部分左側(cè)中分面附近為0.50mm，其余部分均不大于0.30mm，弧頂部位僅為0.050.10mm。其次，轉(zhuǎn)動環(huán)內(nèi)弧與靜環(huán)（隔板體）配合槽道軸向間隙，設(shè)計1.00mm，實測整圓均為0.05mm不過，間隙嚴(yán)重偏小。第三，轉(zhuǎn)動環(huán)外弧與靜環(huán)（隔板體）deva自潤滑fe-ni合金密封面存在間隙，不能形成密封。3.3原因分析平東6、7機(jī)組與華北某熱電廠機(jī)組為同

10、型號機(jī)組，均為哈汽廠生產(chǎn)制造，出廠序號為：平東6、7機(jī)組為1、2機(jī)，某熱電廠10、11機(jī)組為4、5機(jī)，其在投產(chǎn)后兩個月的時間，均由旋轉(zhuǎn)隔板故障而停機(jī)后揭高中缸。根據(jù)檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，deva合金結(jié)合面與動環(huán)配合部分，安裝間隙遠(yuǎn)大于設(shè)計值（d值設(shè)計為1.40-1.60mm，本次現(xiàn)場實測為3.203.4mm mm）其間隙有較大改變，由于遠(yuǎn)大于設(shè)計間隙值，使旋轉(zhuǎn)隔板靜環(huán)deva合金密封面與動環(huán)配合部分不能有效形成有效密封，不能使旋轉(zhuǎn)隔板的軸向壓力卸載，在進(jìn)行抽汽調(diào)節(jié)時，動環(huán)前后壓差增大，同時，動環(huán)與罩環(huán)軸向間隙e值設(shè)計為0.380.43mm與單缸50mw供熱機(jī)組設(shè)計值相同，汽輪機(jī)廠放大設(shè)計后，沒有考慮5

11、0mw等級抽汽溫度（270）到200mw等級其抽汽參數(shù)為再熱后第一級溫度較高（抽汽溫度430）的變化，旋轉(zhuǎn)隔板級組膨脹后造成動靜消失，故判定為deva合金結(jié)合面與動環(huán)配合部分活動安裝間隙大于遠(yuǎn)大于設(shè)計間隙，不能形成有效的密封，一方面不能使轉(zhuǎn)動環(huán)軸向壓力卸載，另一方面deva合金結(jié)合面與動環(huán)不能有效配合定位和支撐，使動環(huán)在h處受力，嚴(yán)重咬死，同時使旋轉(zhuǎn)隔板的轉(zhuǎn)動環(huán)、罩環(huán)及靜環(huán)（隔板體）造成變形。而解體后發(fā)現(xiàn)罩環(huán)e值處磨損不太嚴(yán)重，只存在局部拉毛問題，其為旋轉(zhuǎn)隔板變形（波浪式變形）引起動、靜隔板拉毛。所以deva合金密封面與動環(huán)配合部分是否能形成有效良好的密封是主要原因，當(dāng)密封良好軸向壓力卸載正常

12、，旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)節(jié)工作正常；當(dāng)密封不好，軸向壓力卸載變差，旋轉(zhuǎn)隔板變形卡澀，其密封是否正常和旋轉(zhuǎn)隔板變形互為因果，當(dāng)旋轉(zhuǎn)隔板嚴(yán)重變形，密封不能形成，軸向壓力不能卸載，將發(fā)生動、靜隔板咬死和旋轉(zhuǎn)隔板拐臂由于過力矩斷裂的事故。當(dāng)旋轉(zhuǎn)隔板嚴(yán)重徑向變形，出現(xiàn)在汽輪機(jī)盤車狀態(tài)，開關(guān)旋轉(zhuǎn)隔板油動機(jī)后產(chǎn)生盤車電流增大和擺動，嚴(yán)重時出現(xiàn)盤車跳閘現(xiàn)象。4改進(jìn)方案及修復(fù)程序經(jīng)計算，對旋轉(zhuǎn)隔板靜環(huán)隔板deva合金面進(jìn)行車削1.60mm，旋轉(zhuǎn)隔板變形進(jìn)行機(jī)械加工、將靜環(huán)隔板與轉(zhuǎn)動環(huán)之間間隙f，h值由1.00mm 和2.00mm分別放大到1.85mm 和2. 05mm，罩環(huán)與轉(zhuǎn)動環(huán)之間軸向間隙e值，由原設(shè)計值為0.380.

13、43mm放大為0.701.00mm，對旋轉(zhuǎn)隔板傳動杠桿進(jìn)行了更換。4.1首先對轉(zhuǎn)動隔板進(jìn)行瓢偏測量：在消除瓢偏后，確定加工尺寸，轉(zhuǎn)動隔板內(nèi)外環(huán)徑向、圓周變形量測量部位示意圖見圖三，經(jīng)過瓢偏測量，轉(zhuǎn)動隔板變形量不大，內(nèi)、外環(huán)均沒有出現(xiàn)變形，內(nèi)環(huán)端面圓周架百分表測量，跳動0.21mm，內(nèi)環(huán)相對外環(huán)向后（靜環(huán)方向）輕微變形0.19mm。外環(huán)徑向沒有出現(xiàn)變形，外環(huán)端面圓周架百分表測量，跳動0.18mm，沒有對轉(zhuǎn)動隔板進(jìn)行機(jī)械加工，只對磨損嚴(yán)重處（拉毛部分）進(jìn)行手工打磨圓滑過渡處理。圖三：轉(zhuǎn)動隔板各部間隙示意圖4.2動環(huán)與隔板體軸向間隙f、h值：由于現(xiàn)場解體后，兩側(cè)間隙都已經(jīng)咬死拉毛。圖紙規(guī)定動環(huán)與隔板

14、體軸頸小端面軸向間隙f值為（1.00mm），實測為0，改造方案規(guī)定可以放大到1.50mm左右； 圖紙規(guī)定動環(huán)與隔板體軸頸大端面軸向間隙為h值為（2.00mm），實測為0，改造方案規(guī)定可以放大到2.05mm左右；在對其車削后將尺寸加大到：f1.85mm，h2.05mm?，F(xiàn)在間隙分別為1.85mm 和2.05mm。4.3罩環(huán)軸向間隙e、x值情況：設(shè)計動環(huán)與罩環(huán)軸向間隙e、x均為0.38-0.43mm，解體后發(fā)現(xiàn)罩環(huán)e值處磨損不太嚴(yán)重，只存在局部拉毛問題,實測為0；方案規(guī)定可以放大到0.701.00mm，組裝測量為e值0.85mm。現(xiàn)在上部間隙為1.101.20mm，下部間隙為1.20mm。x值處圓

15、周都有拉毛問題，且無間隙, 方案規(guī)定可以放大到0.701.00mm，設(shè)計同意最大允許不超過1.20mm；組裝測量為x值0.90-1.00mm，繼續(xù)加工車削到最大間隙為1.2mm。鑒于此處加工后無法進(jìn)行裝配間隙測量，采用壓鉛絲的方法進(jìn)行,確保x值為1.20mm。4.4動環(huán)與隔板體徑向間隙n：由于制造廠提供的是靜環(huán)此處加工公差和轉(zhuǎn)動隔板此處加工公差，靜環(huán)加工公差為上偏差為0.20mm，下偏差為0.35mm，轉(zhuǎn)動隔板上偏差為0.00mm，下偏差為0.20mm。這樣配合間隙在0.200.55mm?，F(xiàn)場解體后發(fā)現(xiàn)此間隙實測為0，存在局部拉毛問題。在對其手工打磨圓滑過渡后，用塞尺測量中分面兩側(cè)間隙為0.5

16、0-0.60mm。圖紙規(guī)定動環(huán)與隔板體徑向間隙為0.200.55mm，經(jīng)過設(shè)計同意，允許放大到單面0.600.70mm，繼續(xù)加工到間隙為0.60-0.70mm（半徑間隙）。加工完成后，要把轉(zhuǎn)動隔板在靜止隔板上進(jìn)行組裝，對徑向配合間隙（n值）進(jìn)行實際測量，方法為：用百分表推出上、下，左、右總配合間隙，確保直徑總間隙為1.20-1.40mm。4.5deva合金結(jié)合面人工研磨處理：安裝間隙大于設(shè)計值（d值設(shè)計為1.40-1.60mm，本次現(xiàn)場實測為3.203.4mm mm），對deva進(jìn)行機(jī)械車削，（見附圖四）車削總量為1.60mm。然后對deva合金結(jié)合面進(jìn)行人工研磨處理，使其接觸面積大于65以上

17、。檢查間隙d值為1.501.57mm，符合設(shè)計圖紙要求。工作帶即deva合金與動環(huán)配合部分，上半左內(nèi)、右外工作帶約五分之一部分間隙0.05mm，其余0.05mm不入，滿足改造方案規(guī)定的結(jié)合面積大于等于65%即合格的要求。待添加的隱藏文字內(nèi)容2圖四：旋轉(zhuǎn)隔板靜環(huán)隔板低瓦合金車削示意圖5改造效果改造后，兩臺機(jī)組供熱正常投入，抽汽壓力流量調(diào)節(jié)正常。2007年12月23-24日，由河南電力研究院對機(jī)組進(jìn)行了測試，中缸效率比改造前提高1個百分點，見下表：項目機(jī)組 #6機(jī)#7機(jī)修前中缸效率91.0591.68修后中缸效率91.5191.955.1環(huán)保效應(yīng)良好，保證了上大壓小任務(wù)的完成近年隨著國家能源產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整,將逐步淘汰能耗高的小型火電機(jī)組，而同時城市熱網(wǎng)的負(fù)荷需求和熱廠供熱能力的不足又十分突出，在多方共同努力下，提出合理的改造方案，并在大修中實施，使平東熱電有限公司兩臺機(jī)組旋轉(zhuǎn)隔板卡澀和旋轉(zhuǎn)隔板拐臂斷裂等問題圓滿解決，保證中電投河南分公司和河南省“上大壓小”2007年度任務(wù)的完成，取得顯著社會和經(jīng)濟(jì)效益。5.2機(jī)組安全可靠性得到提高平東公司兩臺機(jī)組旋轉(zhuǎn)隔板安全可靠性問題的解決，保證兩臺抽凝機(jī)組抽汽工況的良好運行，說明再熱200mw等級抽凝型旋轉(zhuǎn)隔板型抽汽機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)良好。5.3經(jīng)濟(jì)性明顯經(jīng)統(tǒng)計，老廠2006年平均供熱量 430gj，用超高