張家口＃1號機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電廠#1機組的汽輪機，是東方汽輪機廠生產的亞臨界、中間再熱、三缸兩排汽凝汽式汽輪機，型號為N300-16/537/537。自投運以來，該機組在啟停及運行中，表現出汽缸嚴重的膨脹、收縮不暢，不但使機組的每次啟、停機時間要比同類機組大大延長，降低了機組的經濟性和靈活性，而且嚴重威脅著機組的安全運行。

1.2論文的主要工作1、汽缸熱脹位移測量方法與研究；2、設計工況及實際工況管道應力應變的計算；3、管道應力應變的測量方法與研究；4、測試與計算結果綜合分析；5、改造方案與實施。第二章鄒縣發電廠#5主蒸汽管道及支吊架存在的問題及分析2.1汽輪機的主要技術參數及設備概況2.2#1機組存在的主要問題及初步分析2.1汽輪機的主要技術參數及設備概況

2.1.1汽輪機的主要技術參數

該汽輪機是東方汽輪機廠生產的亞臨界、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。型號N300-16/537/537。2.1.2汽輪機設備及運行概況

本汽輪機的高壓缸為雙層結構，額定工況下內、外缸設計最大溫差為25℃，壓差為6.7MPa；中壓缸為單層缸結構；低壓缸為雙層缸結構，內外缸設計溫差為24℃。汽輪機轉子共有五個支持軸承，高、中壓轉子為三支承結構，#2軸承為支持-推力聯合軸承，其余均為球面橢圓軸承。2.2#1機組存在的主要問題及初步分析2.2.1機組存在的主要問題（1）高、中壓缸膨脹不暢。（2）高壓缸跑偏。

（3）汽缸結合面和軸端汽封漏汽、油中進水。（4）軸系振動明顯。

2.2.2存在問題的原因的初步分析（1）#1、#2軸承箱滑動受阻導致了機組膨脹不暢；

（2）管道對汽缸的不平衡推力可能使汽缸發生膨脹不暢和跑偏；

（3）汽封的非正常磨損和卡澀導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中心不穩定，導致軸系振動。

第三章熱脹位移、管道應力應變測量及計算

3.1測量方案的確定3.2測量結果及分析

3.3設計工況及實際工況管道應力計算

3.4測試與計算結果綜合分析3.1測量方案的確定

3.1.1汽缸熱脹位移測量方案測試目的：精確測量冷態下高壓主汽門和中壓聯合汽門的位置，以及啟動過程中高、中壓缸缸體，高、中壓汽門，前軸承箱，#2軸承箱，#3軸承箱的橫、軸向位移。測試部位及內容：（1）冷態工況下，測量高壓主汽門的位置，中壓聯合汽門的位置。采用垂直固定架設立測量基準線，拉鋼絲測量冷態下汽門位置。（2）啟動過程中，測量高壓缸進汽側貓爪等的橫、軸向位移。采用就地膨脹測量裝置，測量啟動過程中相應部位的膨脹值。3.1.3應力應變測試方法及原理

電測法的測試對象是構件表面上指定點的應變，是通過一定的傳感元件把所測的機械量（應變變化）轉換成電量（電阻變化），經處理后，再按機械量（應變）給出指示。優點：靈敏度高；可以測量復雜的應力狀態；可在高溫、低溫、高壓、液下等比較復雜的環境下進行應變測量；儀器、元件使用方便，測試方法較易掌握。應變片是利用電阻合金絲的應變效應這一物理現象而工作的。應變效應就是電阻絲的電阻值隨著它本身的機械變形（伸長或縮短）而改變。當應變不超過一定范圍時，電阻絲的電阻相對變化△R/R與其線應變?成線形關系，用公式表示為：式中，Ks為比例常數，稱為電阻絲應變靈敏系數應變片在高溫下的應變測量，應對以下問題進行考慮：應變靈敏系數的修正熱輸出的修正輸出的熱滯后瞬時熱輸出極限工作溫度的零點飄移極限工作溫度的機械滯后極限工作溫度的蠕變點號測試位置布片方向測試內容1中壓缸右進汽管前后軸向M，N2中壓缸左進汽管前后軸向M，N3高壓缸右下進汽管前后軸向；45℃、135℃M，MK4高壓缸左下進汽管前后軸向；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高壓缸右上進汽管上端左右軸向M7下高壓缸右上進汽管下端45℃、135℃MK8高壓缸左上進汽管上端45℃、135℃MK8下高壓缸左上進汽管下端左右軸向M9回油管前后軸向M，N10高壓缸貓爪側面水平N11高壓缸貓爪側面水平N12中壓缸貓爪側面水平N13中壓缸貓爪側面水平N表3-1應變片布置情況詳表

圖3-1測點位置布置點

3.2測量結果及分析3.2.1測量數據整理機組熱脹位移及應力測試結果（表3-2～3-17）；進行圖表趨勢分析，詳見附圖1～19。3.2.2測量結果分析

（1）汽缸的軸向膨脹狀況反映存在的問題；（2）回油管的受力狀態反映存在的問題；（3）中壓缸及相關連接管道的受力狀態反映存在的問題；（4）高壓缸及相關連接管道的受力狀態反映存在的問題；（5）汽缸橫向膨脹及軸承箱橫向位移反映存在的問題。3.3設計工況及實際工況管道應力計算3.3.1計算方法

本文采用了《管道應力計算程序》V3.1版本，計算步驟主要有：

（1）繪制計算管道布置的單線立體圖；（2）選取基準坐標系(右手直角坐標系OXYZ)；（3）劃分管道分支；（4）元件劃分。計算管道中的元件，按其性質，形式，形狀和管子規格來劃分；（5）構成原始數據表；（6）將數據表按照格式輸入軟件計算；（7）整理,分析數據結果。3.3.2管道應力計算結果與分析（1）設計工況管道應力計算結果（見表3-18～3-20）（2）現場實測工況仿真計算結果（見表3-21）（3）計算結果分析

由以上表可看出，運行及冷態下管道對本體的推力和力矩的數量級不高，不會對本體安全運行產生大的影響。可以判斷：管道的原始設計還是比較合理的，管道的實際布置對機組的故障有較大的影響。

3.4測試與計算結果綜合分析

（1）軸承箱滑動受阻導致機組膨脹不暢。（2）管道對汽缸的不平衡推力使汽缸發生膨脹不暢和跑偏。（3）高、中壓主汽閥和調速汽閥設計為彈性的浮動式閥座部分失效，剛度過大，使得管道對汽缸的推力較大，阻礙高、中壓缸的膨脹。（4）由于＃l、#2軸承箱滑動受阻，使得＃2、#3軸承箱受力過大，發生變形。

4.1改造措施

4.2改造效果第四章改造措施及效果（1）仿引進型300/600MW機組，將＃2軸承座處的推拉結構改為定中心梁推拉結構。將＃2軸承箱改為焊接結構。（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，并適當調整離＃2軸承箱最近處的支吊架剛度。（4）按照設計尺寸，適當調整高壓左右主汽門和中壓缸右進汽門的位置，并檢查、調整支撐桿和支吊架剛度。（5）修整滑銷系統，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）改善啟動工況，減小左右缸溫度差。4.2改造效果

（1）徹底消除了機組的膨脹不暢現象。

（2）汽缸跑偏現象消失。

（3）軸封漏汽得到根治。

（4）由于軸封漏汽引起的透平油系統進水問題得到了徹底解決。

（5）應用情況及效果：機組各種運行工況基本達到了設計要求。

第五章結論

通過對汽缸熱位移測試、管道應力應變測試和管道應力應變計算，找出：（1）軸承箱滑動受阻導致機組膨脹不暢；（2）管道對汽缸的不平衡推力使汽缸發生膨脹不暢和跑偏；（3）高、中壓主汽閥和調速汽閥設計為彈性的浮動式閥座部分失效，剛度過大，使得管道對汽缸的推力較大，阻礙高、中壓缸的膨脹；（4）＃l、