汽輪機(jī)套管斷裂后故障分析

汽輪機(jī)套管斷裂后故障分析

0u3000邊界條件發(fā)電機(jī)構(gòu)的動(dòng)力軸向推油的主要功能是接受載荷壓機(jī)運(yùn)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(dòng)力軸的正常工作是發(fā)電機(jī)構(gòu)安全運(yùn)行的先決條件之一。推力軸承瓦塊溫度是推力軸承運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù),一旦造成瓦塊溫度超高,烏金燒損,轉(zhuǎn)子便會(huì)發(fā)生不允許的軸向位移,使汽輪機(jī)通流部分發(fā)生碰磨事故。某電廠600MW汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)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(jī),由一個(gè)單流高壓缸,一個(gè)單流中壓缸和兩個(gè)雙流低壓缸組成。調(diào)節(jié)級(jí)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(duì)稱布置,推力相互抵消,自然平衡;高中壓缸軸封左右對(duì)稱,推力自然平衡。因此,推力平衡僅為高中壓動(dòng)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(duì)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(jìn)行了詳細(xì)分析與介紹,可供現(xiàn)役同型機(jī)組或同類機(jī)組發(fā)生相似問題后借鑒。1調(diào)整等級(jí)后，測(cè)量管道破裂故障1.1性能檢查及斷點(diǎn)分析該機(jī)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(jí)后蒸汽溫度測(cè)量?jī)?nèi)套管斷裂漏汽,溫度信號(hào)失去,擇機(jī)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(cè)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(jí)后與第一級(jí)前腔室內(nèi),斷點(diǎn)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(jí)動(dòng)葉整圈打擊卷邊(如圖3所示),卷邊最大深度達(dá)5.5mm,每只葉片損傷面積約為40mm×15mm,經(jīng)無(wú)損探傷檢查無(wú)裂紋。1.2軸向位移和推力瓦溫對(duì)最大響應(yīng)的影響內(nèi)套管斷裂漏汽后,監(jiān)測(cè)到非工作面(調(diào)端)推力瓦溫度有升高趨勢(shì)。經(jīng)與上汽廠溝通聯(lián)系,得知同型機(jī)組已經(jīng)發(fā)生過類似故障,初步判斷為套管斷裂漏汽對(duì)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(dá)到報(bào)警值99℃;同時(shí)軸向位移跟隨推力瓦溫增長(zhǎng),由最大值-0.15mm增長(zhǎng)至最大值-0.39mm(-靠調(diào)端,+靠電端)。此期間技術(shù)人員加強(qiáng)TSI監(jiān)視,推力瓦溫升高趨勢(shì)逐漸放緩并趨于穩(wěn)定狀態(tài),距離報(bào)警值還有安全余量,因其它運(yùn)行參數(shù)無(wú)明顯變化,暫不影響正常帶負(fù)荷,于是逐漸安排大修時(shí)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(xiàng)調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽測(cè)溫套管分為內(nèi)套管與外套管,測(cè)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(jí)后的腔室,用以測(cè)量調(diào)節(jié)級(jí)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(cè)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(yùn)行當(dāng)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(jī)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(chǎng)安裝時(shí)外缸、內(nèi)缸和持環(huán)上的熱電偶孔不對(duì)中的情況,現(xiàn)場(chǎng)或返廠進(jìn)行了擴(kuò)孔或修正。即由于測(cè)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(duì)中,進(jìn)行內(nèi)缸擴(kuò)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(dòng)只靠焊接部位克服,易發(fā)生斷裂脫落情況;同時(shí)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(jìn)程。(2)加工不到位,采取現(xiàn)場(chǎng)將持環(huán)擴(kuò)孔補(bǔ)救措施,沒有保證熱電偶套管與孔有足夠的間隙;同時(shí)當(dāng)內(nèi)套管與外套管不同心時(shí),內(nèi)外套管間的間隙就會(huì)消失,造成內(nèi)外摩擦破損。(3)安裝方法不當(dāng),錯(cuò)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(duì)中,但錯(cuò)誤地強(qiáng)行將套管單側(cè)打磨回裝,造成套管強(qiáng)度下降。2.2高壓靜葉持環(huán)的焊接設(shè)計(jì)上增加安全措施,在持環(huán)上增加熱電偶保護(hù)套,降低調(diào)節(jié)級(jí)后蒸汽流動(dòng)對(duì)外套管的影響,同時(shí)避免套管斷裂影響到通流葉片。改造時(shí)加強(qiáng)焊接質(zhì)量,嚴(yán)格按照上汽廠提供的焊接工藝焊接。改造時(shí)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(hù)螺紋孔前對(duì)熱電偶孔整體擴(kuò)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(gè)保護(hù)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(duì)比如圖7示。3mw以上時(shí)工作面荷載機(jī)組大修啟動(dòng)后非工作面推力瓦溫比修前明顯偏高,負(fù)荷帶到520MW左右時(shí),其中一點(diǎn)(工作面與非工作面各5只測(cè)點(diǎn))高達(dá)104℃,并且瓦溫的升高與負(fù)荷成正比。隨后采取限負(fù)荷上限500MW運(yùn)行,維持最高溫度不超過報(bào)警值99℃。3.1機(jī)組運(yùn)行表現(xiàn)機(jī)組在大修解體檢查中,發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)級(jí)溫度套管斷裂,調(diào)節(jié)級(jí)葉片打傷的問題。但是,修前機(jī)組可以帶額定負(fù)荷,推力瓦溫最高為88℃。針對(duì)修后推力瓦溫高而影響帶負(fù)荷的問題,從以下4個(gè)方面進(jìn)行了分析。(1)潤(rùn)滑油系統(tǒng)問題造成冷卻不足。機(jī)組啟動(dòng)前后,油質(zhì)化驗(yàn)合格,潤(rùn)滑油壓力正常,且其它支持軸承的振動(dòng)及溫度參數(shù)顯示正常,可排除潤(rùn)滑系統(tǒng)問題。(2)瓦溫測(cè)點(diǎn)故障。經(jīng)熱工校驗(yàn)確認(rèn)無(wú)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(jí)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(duì)判斷的影響,大修中嚴(yán)格檢查,未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象,安裝時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。且LEG推力軸承具有負(fù)載平衡和自動(dòng)定位的功能,出現(xiàn)卡澀的可能性很小,故此點(diǎn)亦可排除。(4)機(jī)組大修后,軸系軸向推力較大偏離設(shè)計(jì)值。大修前,由于2只調(diào)節(jié)級(jí)后測(cè)溫外套管斷裂,打傷了調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)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(zhǎng)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(jī)組接帶負(fù)荷,在保證安全的前提下,利用外部線路檢修雙機(jī)停運(yùn)機(jī)會(huì),做了如下臨時(shí)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(shí)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(lái)調(diào)整高壓缸排汽平衡活塞調(diào)端腔室的壓力,進(jìn)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(jī)后根據(jù)推力瓦溫隨負(fù)荷增大而升高的趨勢(shì),在帶175MW負(fù)荷、溫度最高測(cè)點(diǎn)上升至87.3℃時(shí),開始逐漸緩慢關(guān)閉截止閥,并同時(shí)監(jiān)測(cè)工作面與非工作面各溫度測(cè)點(diǎn)變化情況,瓦溫得到明顯控制,最終將上缸兩個(gè)閥門完全關(guān)閉,下缸兩個(gè)閥門關(guān)閉一小部分。額定負(fù)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(jī)處理時(shí)間2013年8月30日至9月5日,實(shí)施前參數(shù)取值時(shí)刻8月29日9點(diǎn)8分,實(shí)施后參數(shù)取值時(shí)刻9月26日19點(diǎn)36分。4風(fēng)力軸承異常升