210MW汽輪機旋轉隔板故障原因分析及處理

1、21OMW汽輪機旋轉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王了生2賈憲周2尹金亮2潘富停22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機組為國產首臺旋轉隔板訓節(jié)供汽的大型抽凝機組，同型多臺機組出現旋轉隔板 卡澀和旋轉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.對旋轉隔板故障原W進行r 分析，制定了旋轉隔板處理方案并在大修中實施.取斜顯渚成效.關鍵詞：抽汽式汽輪機：噴嘴配汽式旋轉隔板：供熱工況：Dwva合金材料：1前言河南平頂山平東熱電有限公司“以大代小工程項目，由于苴供熱為工業(yè)用汽和

2、城市采曖系統(tǒng) 合一其采曖期抽汽量約700T/H,電廠位于市中心，“以大代小”工程項目機組容量限制在200MW 級，采用成熟的超高壓、一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排汽輪機組，汽輪機廠開發(fā)設計了具 有旋轉隔板調節(jié)級的大流量(最大370T/H,調壓力)的抽凝型汽輪機。其兩臺機組為哈爾濱汽輪機 廠設計生產的N210/535535型超高壓、一次中間再熱、高中壓合缸、兩缸兩排單捕汽輪機組，本機 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，汽輪機帶一段調節(jié)抽汽 及六段回熱抽汽，其抽汽為噴嘴配汽式旋轉隔板級單閥控制抽汽流量和壓力系統(tǒng)，旋轉隔板采用壓 力卸載方式，同時采用D

3、eva自潤滑Fe-Ni伶金作為密封面材料，以減少裁擦阻力，從而使旋轉隔板 的驅動力矩減少，結構緊湊，其旋轉隔板潤滑材料、工作壓力和溫度屬國內200MW級抽凝機組中 首次使用，填補了國內2(X)MW等級抽汽機組的空白，新的抽汽調節(jié)方式對于抽汽機組的經濟性和 可靠性有很大的影響，它的運行和技術改造情況可以為國內后來建設的同類型機組的制造提供有益 (1中電投河南分公司河南鄭州450000；的經驗。aliit V V ? S S ll . 心、 ：、11 、 、.、 、A A 、 、 tr-WHtr-WH連運、 W 、. 、 、 彩A、 、 縱、zm B-BKB-BK c-Witrt*c-Witrt*

4、K-=F*3tK-=F*3tP-P-ftKftK臺么射8yNT八 s)s)2平東公司210MW旋轉隔板抽汽系統(tǒng)主要設計特點國產大型抽凝125MW-600MW單抽或雙抽機組，均為兩缸兩排汽，在實現抽汽的調節(jié)方式上有 很大的不同。一是135MW-600MW級大容S抽汽供熱機組一般采用在汽輪機通流部分中設置調節(jié)閥 調節(jié)級來實現抽汽的調節(jié)，采用調節(jié)閥門調節(jié)級可克服一些50MW及以下機組用旋轉隔板調節(jié)抽汽 時在個別電廠“卡死”，同時亦提高了該調節(jié)級的經濟性：其次是135MW-600MW級大容量抽汽供 熱機組除了在通流部分中設宜調節(jié)閥門調節(jié)級來進行調節(jié)抽汽外，還在相應的抽汽管道上設置調節(jié) 閥門，配合汽輪機

5、通流部分中的調節(jié)閥門調節(jié)級進行調節(jié)抽汽。國內的50IVIW及以下的抽汽系列機組大多采用在機組通流部分中設置旋轉隔板調節(jié)級來實現抽 汽的調節(jié)，調節(jié)旋轉隔板是抽汽供熱式汽輪機特有的結構，旋轉隔板的優(yōu)點是汽缸結構簡單，轉子 長度縮短：缺點是結構復雜，旋轉隔板通流部分的結構要比抽汽調節(jié)閥復雜得多，間隙安裝時，易 超菱，在壓差大的時候，容易卡澀，降低了機組的安全可靠性。旋轉隔板和連桿機構調節(jié)旋轉隔板分為噴嘴配汽式和節(jié)流配汽式兩種，本機采用旋轉隔板來控制捕汽的流量和壓力。 調節(jié)旋轉隔板是由轉動隔板、罩環(huán)和靜止隔板組成，轉動隔上有大小及間距不同的葉柵，通過雙側 進汕油動機雙側進油汕動機帶動連桿機構來實現對轉

6、動隔板的操縱使旋轉隔板快速開啟和關閉，確 保機組的安全可靠性，轉動隔板位置不同，隔板上的噴嘴開啟的通流而積不同，以控制進入低壓部 分的蒸汽流S,最小排汽工況，通過80t/h的流量，以冷卻低壓部分，避免過熱。旋轉隔板的壓力卸載方式旋轉隔板的壓力卸載原理為：其罩環(huán)“K”平衡室圧力，由于罩環(huán)間隙“E”設計為-0.43mm,其 通流而積遠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”平衡室圧力為級后壓力; 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，轉動隔板存在向后的壓力，井

7、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，變成轉動隔板后壓力大與前面，當 轉動隔板與靜止隔板密封良好時，表現為轉動隔板向前的運動使轉動隔板與靜止隔板之間壓力下降, 最終形成動態(tài)平衡。、 、 . 、 躺圖一：旋轉隔板壓力卸載裝魚前后平衡室汽流流動示意圖抗糖塊（Deva合金材料）應用在旋轉導葉動作時，為了防止二者接觸表面磨損，故在易損部位設訃抗磨塊Deva自潤滑Fe-Ni 合金，以保護二者接觸表面，以減少摩擦阻力（Deva自潤滑Fe-Ni合金設il的裁擦系數）,從而使 旋轉隔板的驅動力矩減少，轉動隔板勺靜止隔板之間抗磨塊主要承受轉動部分的壓力。圖二：旋轉隔板結構

8、簡圖（所示尺寸均為制造廠設訃圖紙尺寸）及3故障現象及原因分析調試期曾出現旋轉隔板卡澀現象平東公司#6、7供熱汽輪機旋轉隔板在供熱調試期間曾出現卡澀在54%位置不能調壓現象：本 型汽輪機在停機后盤車狀態(tài)旋轉隔板處動靜碰磨現象。表現為致便三段捕汽不能參于調節(jié)，造成抽 汽時旋轉隔板不能關小，抽汽壓力低，不能保證供汽需要；不抽汽時，旋轉隔板不能開大，又無法 多帶電負荷，嚴重威脅機組的安全經濟運行。在汽輪機盤車狀態(tài)，開關旋轉隔板汕動機后產生盤車電流增大和擺動，嚴重時盤車盤不動轉子。 旋轉隔板卡澀造成杠桿軸斷製問題設備檢査情況2007年8月25日對平東公司兩臺機組機組進行供熱調試，發(fā)現低壓汕動機關閉到位，

9、旋轉隔 板汽缸外杠桿動作，但供熱壓力、電負荷不變。停機后檢査。發(fā)現杠桿軸在花鍵結構起始處斷裂， 斷裂位置離花鍵右端部（即汕動機杠桿端）約10mm斷裂基本發(fā)生在一個圓截面上，此處花鍵公 徑見照片。旋轉隔板的轉動環(huán)、罩環(huán)及靜環(huán)（隔板體）存在不同程度的嚴重變形，旋轉隔 板各部設計間隙見圖二。首先，罩環(huán)與轉動環(huán)之間軸向間隙，設計值為-0.43mm.轉動環(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)內圓與轉 動環(huán)軸向間隙測量值為，上半部分左側中分面附近為0.50mm. :ft余部分均不大于0.30mm,弧頂部 位僅 TjO.l

10、Ommo其次，轉動環(huán)內弧與靜環(huán)（隔板體）配合槽道軸向間隙，設計l.OOme實測整圓均為0.05mm 不過，間隙嚴重偏小。第三，轉動環(huán)外弧與靜環(huán)（隔板體）Deva自潤滑Fe-Ni合金密封而存在間隙，不能形成密封。 35033503=C*821n=C*821n&33-0.33-0. iSu.iSu. F=tlF=tl B=(2)B=(2) 1=038-0.1=038-0. e*e*原因分析平東6、7機組打華北某熱電廠機組為同型號機組，均為哈汽廠生產制造，出廠序號為：平東 #6、7機組為#1、2機，某熱電廠#10、H機組為#4、5機，其在投產后兩個月的時間，均由旋 轉隔板故障而停機后揭高中缸。根據檢

11、查結果發(fā)現，DEVA合金結合而與動環(huán)配合部分，安裝間隙遠大于設計值（D值設計為 -1.60mm.本次現場實測為一3.4mm mm）其間隙有較大改變，由于遠大于設計間隙值，使旋轉隔板 靜環(huán)DEVA合金密封而與動環(huán)配合部分不能有效形成有效密封，不能使旋轉隔板的軸向壓力卸載， 在進行抽汽調節(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值設計為與單缸50MW供 熱機組設計值相同，汽輪機廠放大設計后，沒有考慮50IVIW等級抽汽溫度（270-C）到200MW等級 其抽汽參數為再熱后第一級溫度較高（抽汽溫度43crc）的變化，旋轉隔板級組膨脹后造成動靜消 失，故判楚為DEVA合金結合而打動環(huán)配合部分活

12、動安裝間隙大于遠大于設il間隙，不能形成有效 的密封，一方而不能使轉動環(huán)軸向壓力卸載，另一方面DEVA合金結合而與動環(huán)不能有效配合立位 和支撐，使動環(huán)在H處受力，嚴重咬死，同時使旋轉隔板的轉動環(huán)、罩環(huán)及靜環(huán)（隔板體）造成變 形。而解體后發(fā)現罩環(huán)E值處磨損不太嚴重，只存在局部拉毛問題，其為旋轉隔板變形（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，當密封良好軸 向壓力卸載正常，旋轉隔板調節(jié)工作正常：當密封不好，軸向壓力卸載變差，旋轉隔板變形卡澀， 其密封是否正常和旋轉隔板變形互為因果，當旋轉隔板嚴重變形，密封不能形成，軸向壓力不能卸 載

13、，將發(fā)生動、靜隔板咬死和旋轉隔板拐臂由于過力矩斷裂的事故。當旋轉隔板嚴重徑向變形，出 現在汽輪機盤車狀態(tài)，開關旋轉隔板油動機后產生盤車電流增大和擺動，嚴重時出現盤車跳閘現象。4改進方案及修復程序經計算，對旋轉隔板靜環(huán)隔板DEVA合金面進行車削1.60mm.旋轉隔板變形進行機械加工、將 靜環(huán)隔板與轉動環(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 轉動環(huán)之間軸向間隙E值，由原設計值7j-0.43mm放大為一1.00mm,對旋轉隔板傳動杠桿進行了更 換。首先對轉動隔板進行瓢偏測量：在消除瓢偏后，確楚加工尺寸，轉動隔板內外環(huán)徑向、圓周變形量測量部位示意

14、圖見圖三，經 過瓢偏測量，轉動隔板變形量不大，內、外環(huán)均沒有出現變形，內環(huán)端而圓周架百分表測雖，跳動 0.21mm,內環(huán)相對外環(huán)向后（靜環(huán)方向）輕微變形0.19mmo外環(huán)徑向沒有出現變形，外環(huán)端而圓 周架百分表測量，跳動0.18mm,沒有對轉動隔板進行機械加工，只對磨損嚴重處（拉毛部分）進行 手工打磨圓滑過渡處理。Z平東組旋球?；父髟臻g原示SS（四）圖三：轉動隔板各部間隙示意圖動環(huán)與隔板體軸向間隙F、H值：由于現場解體后，兩側間隙都已經咬死拉毛。圖紙規(guī)宦動環(huán)與隔板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)左可以放大到1.50mm左右：圖紙規(guī)宦動環(huán)與隔板體軸頸大端面軸向間

15、隙為H值為（2e0mm）,實測為6改造方案規(guī)左可 以放大到2.05mm左右；在對其車削后將尺寸加大到：F = 1.85mm, H=2.05mm.現在間隙分別為1.85mm和2.05mm.罩環(huán)軸向間隙E、X值情況：設訃動環(huán)與罩環(huán)軸向間隙E、X均為-0.43mm,解體后發(fā)現罩環(huán)E值處磨損不太嚴重，只存在局 部拉毛問題,實測為0：方案規(guī)運可以放大到一l.OOmm,組裝測量為E值0.85mmc現在上部間隙為 1.20mm.下部間隙為1.20mmoX值處圓周都有拉毛問題，且無間隙，方案規(guī)立可以放大到一 1.00mm.設計同意最大允許不超 1.20mm：組裝測量為X值-1.00mm,繼續(xù)加工車削到最大間隙

16、為鑒于此處加工后無法進 行裝配間隙測量，采用壓鉛絲的方法進行，確保X值為1.20mmo動環(huán)與隔板體徑向間隙N：由于制造廠提供的是靜環(huán)此處加工公差和轉動隔板此處加工公差，靜環(huán)加工公差為上偏差為一0.20mm,卜偏差為一0.35mm,轉動隔板上偏差為+0.00mm,卜偏差為+0.20mm。這樣配合間隙在 -0.55mm。現場解體后發(fā)現此間隙實測為0,存在局部拉毛問題。在對其手工打磨圓滑過渡后，用 塞尺測量中分而兩側間隙為-0.60mm,圖紙規(guī)是動環(huán)與隔板體徑向間隙為一0.55mm.經過設訃同意, 允許放大到單而-0.70mm.繼續(xù)加工到間隙為-0.70mm （半徑間隙）。加工完成后，要把轉動隔板

17、在靜止隔板上進行組裝，對徑向配合間隙（N值）進行實際測S，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-1.40mm.DEVA合金結合而人工研磨處理：安裝間隙大于設計值（D值設本次現場實測為一3.4mm mm）,對DEVA進行機P P1&紹板外環(huán)A A EiEi表示動壞內-外環(huán)往向測 荃值。卜斥4 4b b為0 0 M M 0 0- - C CO Or rj ji i- -內壞c cd d g為零， 動壞佝環(huán)萬向？H Hl lU U D D. . I IP Pr rg g義為叨環(huán)內.外壞B B同方/ -&辭何Kra任）械車削，（見附圖四）車削總量為1.60mm.然后對DEV

18、A合金結合而進行人工研曆處理，使其接觸 而積大于65%以上。檢査間隙D值為一1.57mm.符合設il圖紙要求。工作帶即DEVA合金與動環(huán)配合部分，上半左 內、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)是的結合面積 大于等于65%即合格的要求。:S圖四：旋轉隔板靜環(huán)隔板低瓦合金車削示意圖5改造效果改造后，兩臺機組供熱正常投入，抽汽壓力流量調節(jié)正常。2007年12月23-24日，由河南電力研究院對機組進行了測試，中缸效率比改造前提高1個百分 點.見下表J機組項目#6機#7機修前中缸效率修后中缸效率環(huán)保效應良好，保證了上大壓小任務的完成近年隨著國家能源產業(yè)政策的調整，將逐步淘汰能耗高的小型火電機組，而同時城市熱網的負荷 需求和熱廠供熱能力的不足又十分突岀，在多方共同努力下，提岀合理的改造方案，并在大修中實 施，使平東熱電有限公司兩臺機組旋轉隔板卡澀和旋轉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年度任務的完成，取得顯著社會和經濟效益。機組安全可靠性得到提高平東公司兩臺機組旋轉隔板安全可靠性問題的解決，保證兩臺抽凝機組抽汽工況的良好運行， 說明再熱200MW等級抽凝型旋轉隔板型抽汽機的安全經濟良好。經濟性明顯經統(tǒng)計，老廠2006年平均供熱量430GJ,用