張家口#1號(hào)機(jī)組膨脹不暢分析與研究

張家口＃1號(hào)機(jī)組膨脹不暢分析與研究

馮敏慧第一章引言1.1課題的研究背景及意義1.2論文的主要工作1.1課題的研究背景及意義張家口發(fā)電廠#1機(jī)組的汽輪機(jī)，是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、三缸兩排汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N300-16/537/537。自投運(yùn)以來(lái)，該機(jī)組在啟停及運(yùn)行中，表現(xiàn)出汽缸嚴(yán)重的膨脹、收縮不暢，不但使機(jī)組的每次啟、停機(jī)時(shí)間要比同類機(jī)組大大延長(zhǎng)，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，而且嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行。

1.2論文的主要工作1、汽缸熱脹位移測(cè)量方法與研究；2、設(shè)計(jì)工況及實(shí)際工況管道應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算；3、管道應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量方法與研究；4、測(cè)試與計(jì)算結(jié)果綜合分析；5、改造方案與實(shí)施。第二章鄒縣發(fā)電廠#5主蒸汽管道及支吊架存在的問(wèn)題及分析2.1汽輪機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備概況2.2#1機(jī)組存在的主要問(wèn)題及初步分析2.1汽輪機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)備概況

2.1.1汽輪機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

該汽輪機(jī)是東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的亞臨界、單軸、三缸二排汽、高中壓分缸、低壓雙流、一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。型號(hào)N300-16/537/537。2.1.2汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行概況

本汽輪機(jī)的高壓缸為雙層結(jié)構(gòu)，額定工況下內(nèi)、外缸設(shè)計(jì)最大溫差為25℃，壓差為6.7MPa；中壓缸為單層缸結(jié)構(gòu)；低壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu)，內(nèi)外缸設(shè)計(jì)溫差為24℃。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子共有五個(gè)支持軸承，高、中壓轉(zhuǎn)子為三支承結(jié)構(gòu)，#2軸承為支持-推力聯(lián)合軸承，其余均為球面橢圓軸承。2.2#1機(jī)組存在的主要問(wèn)題及初步分析2.2.1機(jī)組存在的主要問(wèn)題（1）高、中壓缸膨脹不暢。（2）高壓缸跑偏。

（3）汽缸結(jié)合面和軸端汽封漏汽、油中進(jìn)水。（4）軸系振動(dòng)明顯。

2.2.2存在問(wèn)題的原因的初步分析（1）#1、#2軸承箱滑動(dòng)受阻導(dǎo)致了機(jī)組膨脹不暢；

（2）管道對(duì)汽缸的不平衡推力可能使汽缸發(fā)生膨脹不暢和跑偏；

（3）汽封的非正常磨損和卡澀導(dǎo)致了汽封漏汽量增大；

（4）汽缸膨脹不暢、軸封漏汽使軸系熱態(tài)中心不穩(wěn)定，導(dǎo)致軸系振動(dòng)。

第三章熱脹位移、管道應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量及計(jì)算

3.1測(cè)量方案的確定3.2測(cè)量結(jié)果及分析

3.3設(shè)計(jì)工況及實(shí)際工況管道應(yīng)力計(jì)算

3.4測(cè)試與計(jì)算結(jié)果綜合分析3.1測(cè)量方案的確定

3.1.1汽缸熱脹位移測(cè)量方案測(cè)試目的：精確測(cè)量冷態(tài)下高壓主汽門(mén)和中壓聯(lián)合汽門(mén)的位置，以及啟動(dòng)過(guò)程中高、中壓缸缸體，高、中壓汽門(mén)，前軸承箱，#2軸承箱，#3軸承箱的橫、軸向位移。測(cè)試部位及內(nèi)容：（1）冷態(tài)工況下，測(cè)量高壓主汽門(mén)的位置，中壓聯(lián)合汽門(mén)的位置。采用垂直固定架設(shè)立測(cè)量基準(zhǔn)線，拉鋼絲測(cè)量冷態(tài)下汽門(mén)位置。（2）啟動(dòng)過(guò)程中，測(cè)量高壓缸進(jìn)汽側(cè)貓爪等的橫、軸向位移。采用就地膨脹測(cè)量裝置，測(cè)量啟動(dòng)過(guò)程中相應(yīng)部位的膨脹值。3.1.3應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試方法及原理

電測(cè)法的測(cè)試對(duì)象是構(gòu)件表面上指定點(diǎn)的應(yīng)變，是通過(guò)一定的傳感元件把所測(cè)的機(jī)械量（應(yīng)變變化）轉(zhuǎn)換成電量（電阻變化），經(jīng)處理后，再按機(jī)械量（應(yīng)變）給出指示。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；可以測(cè)量復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)；可在高溫、低溫、高壓、液下等比較復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量；儀器、元件使用方便，測(cè)試方法較易掌握。應(yīng)變片是利用電阻合金絲的應(yīng)變效應(yīng)這一物理現(xiàn)象而工作的。應(yīng)變效應(yīng)就是電阻絲的電阻值隨著它本身的機(jī)械變形（伸長(zhǎng)或縮短）而改變。當(dāng)應(yīng)變不超過(guò)一定范圍時(shí)，電阻絲的電阻相對(duì)變化△R/R與其線應(yīng)變?成線形關(guān)系，用公式表示為：式中，Ks為比例常數(shù)，稱為電阻絲應(yīng)變靈敏系數(shù)應(yīng)變片在高溫下的應(yīng)變測(cè)量，應(yīng)對(duì)以下問(wèn)題進(jìn)行考慮：應(yīng)變靈敏系數(shù)的修正熱輸出的修正輸出的熱滯后瞬時(shí)熱輸出極限工作溫度的零點(diǎn)飄移極限工作溫度的機(jī)械滯后極限工作溫度的蠕變點(diǎn)號(hào)測(cè)試位置布片方向測(cè)試內(nèi)容1中壓缸右進(jìn)汽管前后軸向M，N2中壓缸左進(jìn)汽管前后軸向M，N3高壓缸右下進(jìn)汽管前后軸向；45℃、135℃M，MK4高壓缸左下進(jìn)汽管前后軸向；45℃、135℃M，MK5高壓缸右排汽管前后軸向（稍偏）M，N6高壓缸左排汽管前后軸向（稍偏）M，N7高壓缸右上進(jìn)汽管上端左右軸向M7下高壓缸右上進(jìn)汽管下端45℃、135℃MK8高壓缸左上進(jìn)汽管上端45℃、135℃MK8下高壓缸左上進(jìn)汽管下端左右軸向M9回油管前后軸向M，N10高壓缸貓爪側(cè)面水平N11高壓缸貓爪側(cè)面水平N12中壓缸貓爪側(cè)面水平N13中壓缸貓爪側(cè)面水平N表3-1應(yīng)變片布置情況詳表

圖3-1測(cè)點(diǎn)位置布置點(diǎn)

3.2測(cè)量結(jié)果及分析3.2.1測(cè)量數(shù)據(jù)整理機(jī)組熱脹位移及應(yīng)力測(cè)試結(jié)果（表3-2～3-17）；進(jìn)行圖表趨勢(shì)分析，詳見(jiàn)附圖1～19。3.2.2測(cè)量結(jié)果分析

（1）汽缸的軸向膨脹狀況反映存在的問(wèn)題；（2）回油管的受力狀態(tài)反映存在的問(wèn)題；（3）中壓缸及相關(guān)連接管道的受力狀態(tài)反映存在的問(wèn)題；（4）高壓缸及相關(guān)連接管道的受力狀態(tài)反映存在的問(wèn)題；（5）汽缸橫向膨脹及軸承箱橫向位移反映存在的問(wèn)題。3.3設(shè)計(jì)工況及實(shí)際工況管道應(yīng)力計(jì)算3.3.1計(jì)算方法

本文采用了《管道應(yīng)力計(jì)算程序》V3.1版本，計(jì)算步驟主要有：

（1）繪制計(jì)算管道布置的單線立體圖；（2）選取基準(zhǔn)坐標(biāo)系(右手直角坐標(biāo)系OXYZ)；（3）劃分管道分支；（4）元件劃分。計(jì)算管道中的元件，按其性質(zhì)，形式，形狀和管子規(guī)格來(lái)劃分；（5）構(gòu)成原始數(shù)據(jù)表；（6）將數(shù)據(jù)表按照格式輸入軟件計(jì)算；（7）整理,分析數(shù)據(jù)結(jié)果。3.3.2管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與分析（1）設(shè)計(jì)工況管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表3-18～3-20）（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)工況仿真計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表3-21）（3）計(jì)算結(jié)果分析

由以上表可看出，運(yùn)行及冷態(tài)下管道對(duì)本體的推力和力矩的數(shù)量級(jí)不高，不會(huì)對(duì)本體安全運(yùn)行產(chǎn)生大的影響?？梢耘袛啵汗艿赖脑荚O(shè)計(jì)還是比較合理的，管道的實(shí)際布置對(duì)機(jī)組的故障有較大的影響。

3.4測(cè)試與計(jì)算結(jié)果綜合分析

（1）軸承箱滑動(dòng)受阻導(dǎo)致機(jī)組膨脹不暢。（2）管道對(duì)汽缸的不平衡推力使汽缸發(fā)生膨脹不暢和跑偏。（3）高、中壓主汽閥和調(diào)速汽閥設(shè)計(jì)為彈性的浮動(dòng)式閥座部分失效，剛度過(guò)大，使得管道對(duì)汽缸的推力較大，阻礙高、中壓缸的膨脹。（4）由于＃l、#2軸承箱滑動(dòng)受阻，使得＃2、#3軸承箱受力過(guò)大，發(fā)生變形。

4.1改造措施

4.2改造效果第四章改造措施及效果（1）仿引進(jìn)型300/600MW機(jī)組，將＃2軸承座處的推拉結(jié)構(gòu)改為定中心梁推拉結(jié)構(gòu)。將＃2軸承箱改為焊接結(jié)構(gòu)。（2）采用＃1、＃2軸承座和基架的摩擦付為不同金屬組成的摩擦付，并在摩擦付上加潤(rùn)滑油槽。

另外，＃1、＃2軸承座下立銷和軸承座處的摩擦付也采用為不同金屬組成的摩擦付，且要有一定的硬度。4.1改造措施

（3）在回油管道上加裝膨脹節(jié)，并適當(dāng)調(diào)整離＃2軸承箱最近處的支吊架剛度。（4）按照設(shè)計(jì)尺寸，適當(dāng)調(diào)整高壓左右主汽門(mén)和中壓缸右進(jìn)汽門(mén)的位置，并檢查、調(diào)整支撐桿和支吊架剛度。（5）修整滑銷系統(tǒng)，檢查立銷、縱銷、橫銷是否受損以及各自的間隙，并加以修整。（6）改善啟動(dòng)工況，減小左右缸溫度差。4.2改造效果

（1）徹底消除了機(jī)組的膨脹不暢現(xiàn)象。

（2）汽缸跑偏現(xiàn)象消失。

（3）軸封漏汽得到根治。

（4）由于軸封漏汽引起的透平油系統(tǒng)進(jìn)水問(wèn)題得到了徹底解決。

（5）應(yīng)用情況及效果：機(jī)組各種運(yùn)行工況基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

第五章結(jié)論

通過(guò)對(duì)汽缸熱位移測(cè)試、管道應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試和管道應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，找出：（1）軸承箱滑動(dòng)受阻導(dǎo)致機(jī)組膨脹不暢；（2）管道對(duì)汽缸的不平衡推力使汽缸發(fā)生膨脹不暢和跑偏；（3）高、中壓主汽閥和調(diào)速汽閥設(shè)計(jì)為彈性的浮動(dòng)式閥座部分失效，剛度過(guò)大，使得管道對(duì)汽缸的推力較大，阻礙高、中壓缸的膨脹；（4）＃l、