汽輪機套管斷裂后故障分析

汽輪機套管斷裂后故障分析

0u3000邊界條件發(fā)電機構(gòu)的動力軸向推油的主要功能是接受載荷壓機運行中的軸向推油，并維持載荷壓車和靜態(tài)部件之間的正常向心距離。因此，動力軸的正常工作是發(fā)電機構(gòu)安全運行的先決條件之一。推力軸承瓦塊溫度是推力軸承運行狀態(tài)的一個重要參數(shù),一旦造成瓦塊溫度超高,烏金燒損,轉(zhuǎn)子便會發(fā)生不允許的軸向位移,使汽輪機通流部分發(fā)生碰磨事故。某電廠600MW汽輪機為上海汽輪機廠生產(chǎn)制造的C157型N600/16.67/538/538亞臨界直接空冷凝汽式汽輪機,由一個單流高壓缸,一個單流中壓缸和兩個雙流低壓缸組成。調(diào)節(jié)級采用與高壓缸汽流方向一致的順流布置,高中壓合缸。由于雙流低壓缸對稱布置,推力相互抵消,自然平衡;高中壓缸軸封左右對稱,推力自然平衡。因此,推力平衡僅為高中壓動葉的推力及平衡活塞之間的平衡。剩余不平衡力由推力軸承(LEG型)承受。本文對溫度套管斷裂及引發(fā)推力軸承溫度異常偏高的原因和處理方案進行了詳細分析與介紹,可供現(xiàn)役同型機組或同類機組發(fā)生相似問題后借鑒。1調(diào)整等級后，測量管道破裂故障1.1性能檢查及斷點分析該機組于2008年4月21日正式并網(wǎng)發(fā)電。2009年1月18日發(fā)生調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度測量內(nèi)套管斷裂漏汽,溫度信號失去,擇機通過內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)外套管也已經(jīng)穿透。2012年11月29日發(fā)生第二只內(nèi)套管斷裂漏汽。大修揭缸后發(fā)現(xiàn)兩只測溫外套管均多段斷裂,斷裂碎塊(如圖1所示)散落在調(diào)節(jié)級后與第一級前腔室內(nèi),斷點發(fā)生在高壓內(nèi)缸內(nèi)壁、套管變徑處(如圖2所示)。斷裂脫落套管造成調(diào)節(jié)級動葉整圈打擊卷邊(如圖3所示),卷邊最大深度達5.5mm,每只葉片損傷面積約為40mm×15mm,經(jīng)無損探傷檢查無裂紋。1.2軸向位移和推力瓦溫對最大響應(yīng)的影響內(nèi)套管斷裂漏汽后,監(jiān)測到非工作面(調(diào)端)推力瓦溫度有升高趨勢。經(jīng)與上汽廠溝通聯(lián)系,得知同型機組已經(jīng)發(fā)生過類似故障,初步判斷為套管斷裂漏汽對軸系產(chǎn)生了一定影響。至2013年6月21日大修前,由斷裂前最高溫度75℃緩慢遞增并穩(wěn)定至最高溫度88℃,未達到報警值99℃;同時軸向位移跟隨推力瓦溫增長,由最大值-0.15mm增長至最大值-0.39mm(-靠調(diào)端,+靠電端)。此期間技術(shù)人員加強TSI監(jiān)視,推力瓦溫升高趨勢逐漸放緩并趨于穩(wěn)定狀態(tài),距離報警值還有安全余量,因其它運行參數(shù)無明顯變化,暫不影響正常帶負荷,于是逐漸安排大修時揭缸檢查處理。2失敗分析與處理2.1內(nèi)套管與外缸焊接注意事項調(diào)節(jié)級后蒸汽測溫套管分為內(nèi)套管與外套管,測溫的熱電偶放置于內(nèi)套管中,引線接至缸外。外套管插入高壓內(nèi)缸及其隔板套內(nèi),最終露出到調(diào)節(jié)級后的腔室,用以測量調(diào)節(jié)級后蒸汽的溫度。其固定方式為外套管與內(nèi)缸有過盈配合(0.05mm)的接觸面,用以克服由于蒸汽沖刷而產(chǎn)生的激振力,在末端要求與內(nèi)缸焊接后熱處理。為防止外套管與持環(huán)碰磨,要求其與持環(huán)保持2.5mm的間隙。測溫的內(nèi)套管通過外缸插入到外套管內(nèi),要求與外套管保持同心,并有6.5mm的膨脹間隙,保證在運行當中不發(fā)生碰摩。最后內(nèi)套管與外缸焊接以保持密封(如圖4所示)。根據(jù)該廠套管斷裂形態(tài)及同型機組發(fā)生相同或相似故障反饋給上汽的信息,發(fā)生故障的電廠都存在現(xiàn)場安裝時外缸、內(nèi)缸和持環(huán)上的熱電偶孔不對中的情況,現(xiàn)場或返廠進行了擴孔或修正。即由于測溫套管在加工和裝配方面存在問題,最終導(dǎo)致套管斷裂。(1)注意到了不對中,進行內(nèi)缸擴孔后導(dǎo)致過盈配合的接觸面消失,由于外套管受到蒸汽的沖刷,產(chǎn)生的高頻振動只靠焊接部位克服,易發(fā)生斷裂脫落情況;同時外套管和內(nèi)缸之間的焊接質(zhì)量不佳,導(dǎo)致在焊縫的熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋,加劇了套管的斷裂進程。(2)加工不到位,采取現(xiàn)場將持環(huán)擴孔補救措施,沒有保證熱電偶套管與孔有足夠的間隙;同時當內(nèi)套管與外套管不同心時,內(nèi)外套管間的間隙就會消失,造成內(nèi)外摩擦破損。(3)安裝方法不當,錯誤地將外套管先行焊接于內(nèi)缸上,再整體落缸,使得套管彎曲存在初始應(yīng)力;或是注意到了孔不對中,但錯誤地強行將套管單側(cè)打磨回裝,造成套管強度下降。2.2高壓靜葉持環(huán)的焊接設(shè)計上增加安全措施,在持環(huán)上增加熱電偶保護套,降低調(diào)節(jié)級后蒸汽流動對外套管的影響,同時避免套管斷裂影響到通流葉片。改造時加強焊接質(zhì)量,嚴格按照上汽廠提供的焊接工藝焊接。改造時檢查熱電偶套與持環(huán)的配合,使之單側(cè)間隙大于2.5mm,若不滿足,則在加工持環(huán)上保護螺紋孔前對熱電偶孔整體擴孔。具體優(yōu)化措施如下:(1)步驟1:在高壓靜葉持環(huán)上開M52×3的螺紋孔(如圖5所示);(2)步驟2:加工一個保護套管,擰到高壓隔板套上,然后焊接(如圖6所示)。改造優(yōu)化前后對比如圖7示。3mw以上時工作面荷載機組大修啟動后非工作面推力瓦溫比修前明顯偏高,負荷帶到520MW左右時,其中一點(工作面與非工作面各5只測點)高達104℃,并且瓦溫的升高與負荷成正比。隨后采取限負荷上限500MW運行,維持最高溫度不超過報警值99℃。3.1機組運行表現(xiàn)機組在大修解體檢查中,發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)級溫度套管斷裂,調(diào)節(jié)級葉片打傷的問題。但是,修前機組可以帶額定負荷,推力瓦溫最高為88℃。針對修后推力瓦溫高而影響帶負荷的問題,從以下4個方面進行了分析。(1)潤滑油系統(tǒng)問題造成冷卻不足。機組啟動前后,油質(zhì)化驗合格,潤滑油壓力正常,且其它支持軸承的振動及溫度參數(shù)顯示正常,可排除潤滑系統(tǒng)問題。(2)瓦溫測點故障。經(jīng)熱工校驗確認無誤,并符合安裝要求。(3)推力瓦塊受損或安裝質(zhì)量差。修前初步判斷推力瓦溫度升高是由于調(diào)節(jié)級后蒸汽溫度套管斷裂漏汽所致,為排除推力軸承自身缺陷對判斷的影響,大修中嚴格檢查,未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象,安裝時嚴格執(zhí)行設(shè)計標準。且LEG推力軸承具有負載平衡和自動定位的功能,出現(xiàn)卡澀的可能性很小,故此點亦可排除。(4)機組大修后,軸系軸向推力較大偏離設(shè)計值。大修前,由于2只調(diào)節(jié)級后測溫外套管斷裂,打傷了調(diào)節(jié)級動葉,引起軸向推力向調(diào)端增大,軸向位移由最大值-0.15mm增長至最大值-0.39mm。3.2調(diào)整排汽平衡閥控制推力近期,為了不影響機組接帶負荷,在保證安全的前提下,利用外部線路檢修雙機停運機會,做了如下臨時處理方案。通過調(diào)整高中壓外缸上的平衡管(高壓排汽平衡活塞的調(diào)端腔室連接有4根平衡管通向中壓缸排汽,以隨時將從平衡活塞汽封漏過的多余蒸汽引入中壓缸排汽,維持腔室一定壓力)的漏汽量來調(diào)整高壓缸排汽平衡活塞調(diào)端腔室的壓力,進而改變軸系推力。即在平衡管上安裝閥門節(jié)流,以提高腔室內(nèi)的壓力,增加軸系向電端的推力,使推力瓦調(diào)端工作瓦塊溫度降低,如圖8所示。啟機后根據(jù)推力瓦溫隨負荷增大而升高的趨勢,在帶175MW負荷、溫度最高測點上升至87.3℃時,開始逐漸緩慢關(guān)閉截止閥,并同時監(jiān)測工作面與非工作面各溫度測點變化情況,瓦溫得到明顯控制,最終將上缸兩個閥門完全關(guān)閉,下缸兩個閥門關(guān)閉一小部分。額定負荷600MW工況下,推力瓦溫度控制在74℃左右,軸向位移-0.20mm左右,效果立竿見影,其它各參數(shù)均穩(wěn)定。停機處理時間2013年8月30日至9月5日,實施前參數(shù)取值時刻8月29日9點8分,實施后參數(shù)取值時刻9月26日19點36分。4風(fēng)力軸承異常升