（中广核核电运营有限公司 广东深圳 518000）
摘要：汽轮机动静部件碰磨是机组常见的主要故障之一，威胁设备健康，严重时可能损坏设备，影响整个核电厂的安全稳定运行。某核电厂2号机组在大修解体过程中出现明显的动静碰磨现象，本文对此进行了原因分析，并制定了处理措施，可为以后同类型机组故障提供参考意见。
关键词：通流间隙；动静碰磨；阀门；碰缸；同心度；振动；轴封供汽
某核电厂运行的1000MW汽轮机为SIEMENS公司设计和制造的半速、反动式汽轮机，高压汽缸为双层缸结构，分外缸和内缸两部分，汽缸为双流对称结构，主蒸汽流经4组上下左右对称布置的主汽阀及调节阀组件后进入高压部分的蒸汽进汽口，机组低功率平台运行时主要依靠3号阀组件进汽。高压缸径向间隙的密封和端部轴封均采用多齿配合式密封，转子和汽缸上有嵌入式密封条，在相对应的静叶和动叶的围带上加工而成动静叶片的密封齿。
该类型机组自从投产商运以来，每次在100MW左右的低功率平台下运行时，就会出现1，2号轴振动异常偏大的情况，曾经导致机组打闸停运；电站2号机组首轮大修时对高压缸进行了解体检查，发现缸内存在明显的动静碰磨，及端部轴封汽封齿条脱出现象。为避免该类故障对电站安全稳定运行带来的危害，本文进行了深入的研究和分析，并制定了有效治理措施。
1 故障描述
某核电厂2号机组大修前降功率停机过程中，在降至100MW左右时，机组轴振出现异常上涨，尤以1、2号轴振最为明显；解列后振动呈持续上涨趋势，现场进行打闸操作；打闸后1号振动上涨至292μm，2号166μm，后呈下降趋势，如图1所示。针对此收集了相关振动图谱，从振动趋势图看，起振时定速阶段相位出现明显的变化，初步判断存在动静碰磨的现象，见图2；从1，2号轴振动监测趋势图来看，振动呈现出相对完整的正弦波形，但正向振幅有有轻微的“削波”现象，判断存在轻微动静碰磨，见图2；从1，2号轴振动监测轴心轨迹来看，整体呈现出正进动特征，椭圆趋势，但存在挤压变形现象，且波形上拉动检查可见局部有轻微反进动表现，判断有碰磨故障生成，见图2。
图1 低功率平台汽轮机轴振动图
图2 振动相关图谱
大修时高压缸解体后检查发现，高压缸前后端部轴封上半汽封块10：00～1：00钟方向有明显的倒齿、钝边、亮痕，个别有压堆现象，下半基本没有，同时存在汽封齿压条脱出现象，脱出部位轴向存在疑似磨痕；转子动叶叶顶围带与内缸汽封齿配合部位轻微碰磨，对应上半内缸左侧齿间有磨钝毛边现象；内缸上半静叶叶顶围带与转子汽封齿配合部位前侧10：00～1：00钟方向有磨痕，1-14级都有，下半无明显异常；后侧11：00～1：00钟方向1-9级相对明显，没有前侧严重，下半没有；对应的转子齿间有磨钝毛边现象。
2 故障原因分析
2.1 高压缸监测数据分析
从第1章可初步推断高压缸缸体和转子存在不同心现象，缸体位置发生了变化，相对转子出现偏右偏下情况，且前侧比后侧略微偏大，导致缸内通流间隙偏离引起端部轴封和内部动静部件产生碰磨。为明确判断缸体具体偏离位置，收集如下数据并整合分析。
2.1.1 高压缸解体径向数据测量分析
从高压缸的结构可知，可通过缸体前后端部运输定位环、前后端部轴封间隙，缸内径向通流间隙，末级轮毂定位尺寸，碰缸工艺等数据对缸体径向相对位置进行精确判断。通过检查发现缸体整体产生向右，向下的移动，是产生碰磨的主要因素之一，详见下述分析。
（1）高压缸解体前可通过前后端部运输定位环数据对缸体位置进行初步判断，通过数据分析计算并与安装期间数据对比，发现缸体位置约产生偏右0.20～0.24 mm；偏下0.17～0.24 mm，因设计要求缸体中心比转子中心高0.20mm，换算后缸体偏低0.37-0.44mm；如表1所示，引起了缸内通流间隙及端部轴封间隙单侧偏小，为高压缸内部动静碰磨埋下隐患。
表1 全缸状态运输定位环测量计算数据（mm）
注：表中“+”号代表缸体偏上、偏左；“-”代表缸体偏下、偏右。
（2）高压缸解体后对缸内前后端部轴封间隙、缸内动叶叶顶围带汽封间隙、缸内末级叶片轮毂左右与缸体距离，进行了测量，数据整理分析发现，缸体位置同样向右侧偏移了0.20 mm左右。
（3）采用碰缸工艺，将缸体水平置中后，对间隙数据进行测量，测量结果显示缸体位置偏下0.35 mm左右，虽然与前述缸外测得的轴封和运输环垂直方向数据稍有偏差，但趋势相同，如图3所示。
（2）对转子的窜动量数据检查显示，总窜基本相当，但是前窜相比安装期间增加了1.09 mm，后窜减小了0.99 mm，整体看仍然显示缸体向前移动了1 mm左右；缸内轴向通流数据测量，同样显示缸体向前移动约0.80～1 mm左右；理论设计上高压缸轴向膨胀收缩的死点为后猫爪横向定位键处，与后轴封的位置接近，也是转子膨胀收缩的死点，解体发现该处汽封齿脱出有疑似轴向碰磨痕迹，对该部位进行了重点检查，同样比设计轴向间隙偏小0.80～1.1 mm左右。
2.1.3 高压缸滑销系统数据分析
汽轮机滑销系统是限制缸体膨胀量和膨胀方向的有力保证，为了进一步分析缸体位置变化的原因，对高压缸滑销系统进行了检查，检查发现滑销存在单边靠死现象，水平方向与缸内数据偏差方向一致，且偏差点和解体时缸内动静碰磨现象显示对应，且部分位置总间隙超标，如表3，表4所示。
表3 高压外缸立销配合间隙
2.2 进汽调节汽门开度偏差
电站汽轮机高压调节阀开启特性如下：3号进汽调节阀的开度与1、2、4号调阀不同，3号调节阀门的开度百分比大于其他三个阀门，尤其低功率运行平台，开度偏差越来越大，见图5，250 MW以下功率平台，开度偏差约6%，80MW以下功率平台只有3号调节阀开启，其余全部关闭，且此期间蒸汽参数也在逐渐变化。
式中：—第段转子长度；—第段转子温度；—第段内转子金属的现行膨胀系数；—机组起始温度，取20℃；—i+1段的转子温度。
考虑极限工况，计算出高压转子的各典型段胀差，如表5所示，通过数据对比，发现部分轴向偏差接近极限工况下数据，十分危险。所以将高压缸整体向后移动0.90 mm，根据移动量重新配置前后端部横销，同时为了限制轴向向前窜动量，横销间隙选择了标准下限配置，移动过后缸内轴向通流数据预期全部接近厂家安装数据，窜动量与厂家数据偏差均在0.05 mm以内，充分保证了轴向不会出现动静碰磨的故障。
表5 极限工况的胀差值
3.3 轴封供汽系统调节性能优化
从2.3节分析可知引起轴封供汽系统调节性能恶化的原因主要是调节阀相互干扰和蒸汽品质的下降导致调节阀门的频繁动作，为解决该异常，从以下几个方面对系统进行了优化操作：
（1）现场确保辅助蒸汽系统管线上的电加热器稳定运行，以使流经轴封供汽旁路阀门的蒸汽品质满足要求；当加热器故障时，应及时关闭旁路阀，避免品质较差蒸汽进入到轴封腔室内。
（2）执行深度降功率等可能导致汽机负荷大幅波动的操作前，将旁路阀门开大到30%，操作结束汽机参数稳定、且汽机功率大于30%FP后，缓慢恢复旁路阀门到20%，避免轴封压力波动。
（3）二回路升降负荷或执行二回路瞬态试验期间，确保辅助蒸汽调节阀和轴封供汽调节阀在自动状态，可快速响应外部需求信号的变化，从而减小相互干涉。
4 结束语
实施上述改进措施后，2号机组重新投入运行，启动过程及低功率带载运行状态，汽轮机侧振动等参数未见任何异常；日常运行期间机组临时停运，降功率到低功率平台观察振动等各项参数稳定，振动频谱监测没有发现与摩擦振动相符的故障特征，该高压缸动静碰磨问题得到彻底解决。同时本文的处理措施在多台同类型机组上应用，故障情况均得到有效改善。
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论文作者:张亚辉,何志德
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/22
标签：缸体论文; 高压论文; 转子论文; 机组论文; 间隙论文; 数据论文; 动静论文; 《河南电力》2018年9期论文;