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1、210MW汽轮机旋转隔板故障原因分析及处理赵伟1黄智2王晓峰1郭广富2齐贺楼3王予生2贾宪周2尹金亮2潘富停2（1中电投河南分公司河南郑州450000；2平东热电有限公司河南平顶山467021；开封京华发电公司河南开封475000）摘要：平东热电有限公司210MW机组为国产首台旋转隔板调节供汽的大型抽凝机组，同型多台机组出现旋转隔板卡涩和旋转隔板拐臂由于过力矩断裂问题，由中电投河南分公司和哈汽厂组成专家组，对旋转隔板故障原因进行了分析，制定了旋转隔板处理方案并在大修中实施，取得显著成效。关键词：抽汽式汽轮机；喷嘴配汽式旋转隔板；供热工况；Deva合金材料；1前言河南平顶山平东热电有限公司“以大
2、代小”工程项目，由于其供热为工业用汽和城市采暖系统合一其采暖期抽汽量约700T/H，电厂位于市中心，“以大代小”工程项目机组容量限制在200MW级，采用成熟的超高压、一次中间再热、高中压合缸、两缸两排汽轮机组，汽轮机厂开发设计了具有旋转隔板调节级的大流量（最大370 T/H，调压力0.7845-1.275MPa）的抽凝型汽轮机。其两台机组为哈尔滨汽轮机厂设计生产的N210/C140-12.75/535535型超高压、一次中间再热、高中压合缸、两缸两排单抽汽轮机组，本机最大纯凝工况电功率为224410KW，最大工业抽汽370t/h，最高抽汽压力1.275MPa，汽轮机带一段调节抽汽及六段回热抽汽
3、，其抽汽为喷嘴配汽式旋转隔板级单阀控制抽汽流量和压力系统，旋转隔板采用压力卸载方式，同时采用Deva自润滑Fe-Ni合金作为密封面材料，以减少摩擦阻力，从而使旋转隔板的驱动力矩减少，结构紧凑，其旋转隔板润滑材料、工作压力和温度属国内200MW级抽凝机组中首次使用，填补了国内200MW等级抽汽机组的空白，新的抽汽调节方式对于抽汽机组的经济性和可靠性有很大的影响，它的运行和技术改造情况可以为国内后来建设的同类型机组的制造提供有益的经验。2平东公司210MW旋转隔板抽汽系统主要设计特点国产大型抽凝125MW-600MW单抽或双抽机组，均为两缸两排汽，在实现抽汽的调节方式上有很大的不同。一是135MW
4、-600MW级大容量抽汽供热机组一般采用在汽轮机通流部分中设置调节阀调节级来实现抽汽的调节，采用调节阀门调节级可克服一些50MW及以下机组用旋转隔板调节抽汽时在个别电厂“卡死”，同时亦提高了该调节级的经济性；其次是135MW600MW级大容量抽汽供热机组除了在通流部分中设置调节阀门调节级来进行调节抽汽外，还在相应的抽汽管道上设置调节阀门，配合汽轮机通流部分中的调节阀门调节级进行调节抽汽。国内的50MW及以下的抽汽系列机组大多采用在机组通流部分中设置旋转隔板调节级来实现抽汽的调节，调节旋转隔板是抽汽供热式汽轮机特有的结构，旋转隔板的优点是汽缸结构简单，转子长度缩短；缺点是结构复杂，旋转隔板通流部
5、分的结构要比抽汽调节阀复杂得多，间隙安装时，易超差，在压差大的时候，容易卡涩，降低了机组的安全可靠性。2.1旋转隔板和连杆机构调节旋转隔板分为喷嘴配汽式和节流配汽式两种，本机采用旋转隔板来控制抽汽的流量和压力。调节旋转隔板是由转动隔板、罩环和静止隔板组成，转动隔上有大小及间距不同的叶栅，通过双侧进油油动机双侧进油油动机带动连杆机构来实现对转动隔板的操纵使旋转隔板快速开启和关闭，确保机组的安全可靠性，转动隔板位置不同，隔板上的喷嘴开启的通流面积不同，以控制进入低压部分的蒸汽流量，最小排汽工况，通过80t/h的流量，以冷却低压部分，避免过热。2.2旋转隔板的压力卸载方式旋转隔板的压力卸载原理为：其
6、罩环“K”平衡室压力，由于罩环间隙“E”设计为0.38-0.43mm，其通流面积远小于于级后相连通的罩环平衡室平衡通道“Q”，所以罩环“K”平衡室压力为级后压力；同时采用自润滑的材料(P)作为静止隔板的密封材料，转动隔板与静止隔板形成密封腔室，由平衡通道“Q” 于级前相连通见图一。其平衡动态过程为：由于级前压力高于级后，转动隔板存在向后的压力，并且间隙“E”变大，罩环“K”平衡室增大，由于罩环“K”平衡室的压力卸载作用，变成转动隔板后压力大与前面，当转动隔板与静止隔板密封良好时，表现为转动隔板向前的运动使转动隔板与静止隔板之间压力下降，最终形成动态平衡。图一：旋转隔板压力卸载装置前后平衡室汽流
7、流动示意图2.3抗磨块（Deva合金材料）应用在旋转导叶动作时，为了防止二者接触表面磨损，故在易损部位设计抗磨块Deva自润滑Fe-Ni合金，以保护二者接触表面，以减少摩擦阻力（Deva自润滑Fe-Ni合金设计的摩擦系数0.327），从而使旋转隔板的驱动力矩减少，转动隔板与静止隔板之间抗磨块主要承受转动部分的压力。图二：旋转隔板结构简图（所示尺寸均为制造厂设计图纸尺寸）及3故障现象及原因分析3.1调试期曾出现旋转隔板卡涩现象平东公司#6、7供热汽轮机旋转隔板在供热调试期间曾出现卡涩在54%位置不能调压现象；本型汽轮机在停机后盘车状态旋转隔板处动静碰磨现象。表现为致使三段抽汽不能参于调节，造成抽
8、汽时旋转隔板不能关小，抽汽压力低，不能保证供汽需要；不抽汽时，旋转隔板不能开大，又无法多带电负荷，严重威胁机组的安全经济运行。在汽轮机盘车状态，开关旋转隔板油动机后产生盘车电流增大和摆动，严重时盘车盘不动转子。3.2旋转隔板卡涩造成杠杆轴断裂问题设备检查情况2007年8月25日对平东公司两台机组机组进行供热调试，发现低压油动机关闭到位，旋转隔板汽缸外杠杆动作，但供热压力、电负荷不变。停机后检查。发现杠杆轴在花键结构起始处断裂，断裂位置离花键右端部（即油动机杠杆端）约10mm，断裂基本发生在一个圆截面上，此处花键公径90mm。见照片。旋转隔板的转动环、罩环及静环（隔板体）存在不同程度的严重变形，
9、旋转隔板各部设计间隙见图二。首先，罩环与转动环之间轴向间隙，设计值为0.380.43mm，转动环外圆与罩环轴向间隙测量值为，上半部分均小于0.05mm，下半部分左下方一处小于0.05mm，其余在0.40mm左右；罩环内圆与转动环轴向间隙测量值为，上半部分左侧中分面附近为0.50mm，其余部分均不大于0.30mm，弧顶部位仅为0.050.10mm。其次，转动环内弧与静环（隔板体）配合槽道轴向间隙，设计1.00mm，实测整圆均为0.05mm不过，间隙严重偏小。第三，转动环外弧与静环（隔板体）Deva自润滑Fe-Ni合金密封面存在间隙，不能形成密封。3.3原因分析平东6、7机组与华北某热电厂机组为同
10、型号机组，均为哈汽厂生产制造，出厂序号为：平东6、7机组为1、2机，某热电厂10、11机组为4、5机，其在投产后两个月的时间，均由旋转隔板故障而停机后揭高中缸。根据检查结果发现，DEVA合金结合面与动环配合部分，安装间隙远大于设计值（D值设计为1.40-1.60mm，本次现场实测为3.203.4mm mm）其间隙有较大改变，由于远大于设计间隙值，使旋转隔板静环DEVA合金密封面与动环配合部分不能有效形成有效密封，不能使旋转隔板的轴向压力卸载，在进行抽汽调节时，动环前后压差增大，同时，动环与罩环轴向间隙E值设计为0.380.43mm与单缸50MW供热机组设计值相同，汽轮机厂放大设计后，没有考虑5
11、0MW等级抽汽温度（270）到200MW等级其抽汽参数为再热后第一级温度较高（抽汽温度430）的变化，旋转隔板级组膨胀后造成动静消失，故判定为DEVA合金结合面与动环配合部分活动安装间隙大于远大于设计间隙，不能形成有效的密封，一方面不能使转动环轴向压力卸载，另一方面DEVA合金结合面与动环不能有效配合定位和支撑，使动环在H处受力，严重咬死，同时使旋转隔板的转动环、罩环及静环（隔板体）造成变形。而解体后发现罩环E值处磨损不太严重，只存在局部拉毛问题，其为旋转隔板变形（波浪式变形）引起动、静隔板拉毛。所以DEVA合金密封面与动环配合部分是否能形成有效良好的密封是主要原因，当密封良好轴向压力卸载正常
12、，旋转隔板调节工作正常；当密封不好，轴向压力卸载变差，旋转隔板变形卡涩，其密封是否正常和旋转隔板变形互为因果，当旋转隔板严重变形，密封不能形成，轴向压力不能卸载，将发生动、静隔板咬死和旋转隔板拐臂由于过力矩断裂的事故。当旋转隔板严重径向变形，出现在汽轮机盘车状态，开关旋转隔板油动机后产生盘车电流增大和摆动，严重时出现盘车跳闸现象。4改进方案及修复程序经计算，对旋转隔板静环隔板DEVA合金面进行车削1.60mm，旋转隔板变形进行机械加工、将静环隔板与转动环之间间隙F，H值由1.00mm 和2.00mm分别放大到1.85mm 和2. 05mm，罩环与转动环之间轴向间隙E值，由原设计值为0.380.
13、43mm放大为0.701.00mm，对旋转隔板传动杠杆进行了更换。4.1首先对转动隔板进行瓢偏测量：在消除瓢偏后，确定加工尺寸，转动隔板内外环径向、圆周变形量测量部位示意图见图三，经过瓢偏测量，转动隔板变形量不大，内、外环均没有出现变形，内环端面圆周架百分表测量，跳动0.21mm，内环相对外环向后（静环方向）轻微变形0.19mm。外环径向没有出现变形，外环端面圆周架百分表测量，跳动0.18mm，没有对转动隔板进行机械加工，只对磨损严重处（拉毛部分）进行手工打磨圆滑过渡处理。图三：转动隔板各部间隙示意图4.2动环与隔板体轴向间隙F、H值：由于现场解体后，两侧间隙都已经咬死拉毛。图纸规定动环与隔板
14、体轴颈小端面轴向间隙F值为（1.00mm），实测为0，改造方案规定可以放大到1.50mm左右； 图纸规定动环与隔板体轴颈大端面轴向间隙为H值为（2.00mm），实测为0，改造方案规定可以放大到2.05mm左右；在对其车削后将尺寸加大到：F1.85mm，H2.05mm。现在间隙分别为1.85mm 和2.05mm。4.3罩环轴向间隙E、X值情况：设计动环与罩环轴向间隙E、X均为0.38-0.43mm，解体后发现罩环E值处磨损不太严重，只存在局部拉毛问题,实测为0；方案规定可以放大到0.701.00mm，组装测量为E值0.85mm。现在上部间隙为1.101.20mm，下部间隙为1.20mm。X值处圆
15、周都有拉毛问题，且无间隙, 方案规定可以放大到0.701.00mm，设计同意最大允许不超过1.20mm；组装测量为X值0.90-1.00mm，继续加工车削到最大间隙为1.2mm。鉴于此处加工后无法进行装配间隙测量，采用压铅丝的方法进行,确保X值为1.20mm。4.4动环与隔板体径向间隙N：由于制造厂提供的是静环此处加工公差和转动隔板此处加工公差，静环加工公差为上偏差为0.20mm，下偏差为0.35mm，转动隔板上偏差为0.00mm，下偏差为0.20mm。这样配合间隙在0.200.55mm。现场解体后发现此间隙实测为0，存在局部拉毛问题。在对其手工打磨圆滑过渡后，用塞尺测量中分面两侧间隙为0.5
16、0-0.60mm。图纸规定动环与隔板体径向间隙为0.200.55mm，经过设计同意，允许放大到单面0.600.70mm，继续加工到间隙为0.60-0.70mm（半径间隙）。加工完成后，要把转动隔板在静止隔板上进行组装，对径向配合间隙（N值）进行实际测量，方法为：用百分表推出上、下，左、右总配合间隙，确保直径总间隙为1.20-1.40mm。4.5DEVA合金结合面人工研磨处理：安装间隙大于设计值（D值设计为1.40-1.60mm，本次现场实测为3.203.4mm mm），对DEVA进行机械车削，（见附图四）车削总量为1.60mm。然后对DEVA合金结合面进行人工研磨处理，使其接触面积大于65以上
17、。检查间隙D值为1.501.57mm，符合设计图纸要求。工作带即DEVA合金与动环配合部分，上半左内、右外工作带约五分之一部分间隙0.05mm，其余0.05mm不入，满足改造方案规定的结合面积大于等于65%即合格的要求。待添加的隐藏文字内容2图四：旋转隔板静环隔板低瓦合金车削示意图5改造效果改造后，两台机组供热正常投入，抽汽压力流量调节正常。2007年12月23-24日，由河南电力研究院对机组进行了测试，中缸效率比改造前提高1个百分点，见下表：项目机组 #6机#7机修前中缸效率91.0591.68修后中缸效率91.5191.955.1环保效应良好，保证了上大压小任务的完成近年随着国家能源产业政
18、策的调整,将逐步淘汰能耗高的小型火电机组，而同时城市热网的负荷需求和热厂供热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，并在大修中实施，使平东热电有限公司两台机组旋转隔板卡涩和旋转隔板拐臂断裂等问题圆满解决，保证中电投河南分公司和河南省“上大压小”2007年度任务的完成，取得显著社会和经济效益。5.2机组安全可靠性得到提高平东公司两台机组旋转隔板安全可靠性问题的解决，保证两台抽凝机组抽汽工况的良好运行，说明再热200MW等级抽凝型旋转隔板型抽汽机的安全经济良好。5.3经济性明显经统计，老厂2006年平均供热量 430GJ，用超高压、一次中间再热210MW抽凝机组代替50MW供热机组，发电煤耗下降15 g/(kWh)，供热煤耗下降4kg/(GJ) ，全年可节约标准煤 30000t。总之，通过改造，经过采暖期和非采暖期的运行，旋转隔板也运行正常，证实改造方案是成功的，不仅保证了机组的正确出力和安全运行，有效地提高经济效益，从节能和环保方面对国家、社会和电厂都是有益的。参考文献：1 朱梦周.机械工程师手册M. 北京：机械工业出版社，2001.2 平东热电有限公司#6汽轮机B级检修后热力性能试验报告河南电力试验研究院3 平东热电有限公司#7汽轮机B级检修后热力性能试验报告河南电力试验研究院
