张家口#1号机组膨胀不畅分析与研究

张家口＃1号机组膨胀不畅分析与研究

冯敏慧第一章引言1.1课题的研究背景及意义1.2论文的主要工作1.1课题的研究背景及意义张家口发电厂#1机组的汽轮机，是东方汽轮机厂生产的亚临界、中间再热、三缸两排汽凝汽式汽轮机，型号为N300-16/537/537。自投运以来，该机组在启停及运行中，表现出汽缸严重的膨胀、收缩不畅，不但使机组的每次启、停机时间要比同类机组大大延长，降低了机组的经济性和灵活性，而且严重威胁着机组的安全运行。

1.2论文的主要工作1、汽缸热胀位移测量方法与研究；2、设计工况及实际工况管道应力应变的计算；3、管道应力应变的测量方法与研究；4、测试与计算结果综合分析；5、改造方案与实施。第二章邹县发电厂#5主蒸汽管道及支吊架存在的问题及分析2.1汽轮机的主要技术参数及设备概况2.2#1机组存在的主要问题及初步分析2.1汽轮机的主要技术参数及设备概况

2.1.1汽轮机的主要技术参数

该汽轮机是东方汽轮机厂生产的亚临界、单轴、三缸二排汽、高中压分缸、低压双流、一次中间再热凝汽式汽轮机。型号N300-16/537/537。2.1.2汽轮机设备及运行概况

本汽轮机的高压缸为双层结构，额定工况下内、外缸设计最大温差为25℃，压差为6.7MPa；中压缸为单层缸结构；低压缸为双层缸结构，内外缸设计温差为24℃。汽轮机转子共有五个支持轴承，高、中压转子为三支承结构，#2轴承为支持-推力联合轴承，其余均为球面椭圆轴承。2.2#1机组存在的主要问题及初步分析2.2.1机组存在的主要问题（1）高、中压缸膨胀不畅。（2）高压缸跑偏。

（3）汽缸结合面和轴端汽封漏汽、油中进水。（4）轴系振动明显。

2.2.2存在问题的原因的初步分析（1）#1、#2轴承箱滑动受阻导致了机组膨胀不畅；

（2）管道对汽缸的不平衡推力可能使汽缸发生膨胀不畅和跑偏；

（3）汽封的非正常磨损和卡涩导致了汽封漏汽量增大；

（4）汽缸膨胀不畅、轴封漏汽使轴系热态中心不稳定，导致轴系振动。

第三章热胀位移、管道应力应变测量及计算

3.1测量方案的确定3.2测量结果及分析

3.3设计工况及实际工况管道应力计算

3.4测试与计算结果综合分析3.1测量方案的确定

3.1.1汽缸热胀位移测量方案测试目的：精确测量冷态下高压主汽门和中压联合汽门的位置，以及启动过程中高、中压缸缸体，高、中压汽门，前轴承箱，#2轴承箱，#3轴承箱的横、轴向位移。测试部位及内容：（1）冷态工况下，测量高压主汽门的位置，中压联合汽门的位置。采用垂直固定架设立测量基准线，拉钢丝测量冷态下汽门位置。（2）启动过程中，测量高压缸进汽侧猫爪等的横、轴向位移。采用就地膨胀测量装置，测量启动过程中相应部位的膨胀值。3.1.3应力应变测试方法及原理

电测法的测试对象是构件表面上指定点的应变，是通过一定的传感元件把所测的机械量（应变变化）转换成电量（电阻变化），经处理后，再按机械量（应变）给出指示。优点：灵敏度高；可以测量复杂的应力状态；可在高温、低温、高压、液下等比较复杂的环境下进行应变测量；仪器、元件使用方便，测试方法较易掌握。应变片是利用电阻合金丝的应变效应这一物理现象而工作的。应变效应就是电阻丝的电阻值随着它本身的机械变形（伸长或缩短）而改变。当应变不超过一定范围时，电阻丝的电阻相对变化△R/R与其线应变є成线形关系，用公式表示为：式中，Ks为比例常数，称为电阻丝应变灵敏系数应变片在高温下的应变测量，应对以下问题进行考虑：应变灵敏系数的修正热输出的修正输出的热滞后瞬时热输出极限工作温度的零点飘移极限工作温度的机械滞后极限工作温度的蠕变点号测试位置布片方向测试内容1中压缸右进汽管前后轴向M，N2中压缸左进汽管前后轴向M，N3高压缸右下进汽管前后轴向；45℃、135℃M，MK4高压缸左下进汽管前后轴向；45℃、135℃M，MK5高压缸右排汽管前后轴向（稍偏）M，N6高压缸左排汽管前后轴向（稍偏）M，N7高压缸右上进汽管上端左右轴向M7下高压缸右上进汽管下端45℃、135℃MK8高压缸左上进汽管上端45℃、135℃MK8下高压缸左上进汽管下端左右轴向M9回油管前后轴向M，N10高压缸猫爪侧面水平N11高压缸猫爪侧面水平N12中压缸猫爪侧面水平N13中压缸猫爪侧面水平N表3-1应变片布置情况详表

图3-1测点位置布置点

3.2测量结果及分析3.2.1测量数据整理机组热胀位移及应力测试结果（表3-2～3-17）；进行图表趋势分析，详见附图1～19。3.2.2测量结果分析

（1）汽缸的轴向膨胀状况反映存在的问题；（2）回油管的受力状态反映存在的问题；（3）中压缸及相关连接管道的受力状态反映存在的问题；（4）高压缸及相关连接管道的受力状态反映存在的问题；（5）汽缸横向膨胀及轴承箱横向位移反映存在的问题。3.3设计工况及实际工况管道应力计算3.3.1计算方法

本文采用了《管道应力计算程序》V3.1版本，计算步骤主要有：

（1）绘制计算管道布置的单线立体图；（2）选取基准坐标系(右手直角坐标系OXYZ)；（3）划分管道分支；（4）元件划分。计算管道中的元件，按其性质，形式，形状和管子规格来划分；（5）构成原始数据表；（6）将数据表按照格式输入软件计算；（7）整理,分析数据结果。3.3.2管道应力计算结果与分析（1）设计工况管道应力计算结果（见表3-18～3-20）（2）现场实测工况仿真计算结果（见表3-21）（3）计算结果分析

由以上表可看出，运行及冷态下管道对本体的推力和力矩的数量级不高，不会对本体安全运行产生大的影响。可以判断：管道的原始设计还是比较合理的，管道的实际布置对机组的故障有较大的影响。

3.4测试与计算结果综合分析

（1）轴承箱滑动受阻导致机组膨胀不畅。（2）管道对汽缸的不平衡推力使汽缸发生膨胀不畅和跑偏。（3）高、中压主汽阀和调速汽阀设计为弹性的浮动式阀座部分失效，刚度过大，使得管道对汽缸的推力较大，阻碍高、中压缸的膨胀。（4）由于＃l、#2轴承箱滑动受阻，使得＃2、#3轴承箱受力过大，发生变形。

4.1改造措施

4.2改造效果第四章改造措施及效果（1）仿引进型300/600MW机组，将＃2轴承座处的推拉结构改为定中心梁推拉结构。将＃2轴承箱改为焊接结构。（2）采用＃1、＃2轴承座和基架的摩擦付为不同金属组成的摩擦付，并在摩擦付上加润滑油槽。

另外，＃1、＃2轴承座下立销和轴承座处的摩擦付也采用为不同金属组成的摩擦付，且要有一定的硬度。4.1改造措施

（3）在回油管道上加装膨胀节，并适当调整离＃2轴承箱最近处的支吊架刚度。（4）按照设计尺寸，适当调整高压左右主汽门和中压缸右进汽门的位置，并检查、调整支撑杆和支吊架刚度。（5）修整滑销系统，检查立销、纵销、横销是否受损以及各自的间隙，并加以修整。（6）改善启动工况，减小左右缸温度差。4.2改造效果

（1）彻底消除了机组的膨胀不畅现象。

（2）汽缸跑偏现象消失。

（3）轴封漏汽得到根治。

（4）由于轴封漏汽引起的透平油系统进水问题得到了彻底解决。

（5）应用情况及效果：机组各种运行工况基本达到了设计要求。

第五章结论

通过对汽缸热位移测试、管道应力应变测试和管道应力应变计算，找出：（1）轴承箱滑动受阻导致机组膨胀不畅；（2）管道对汽缸的不平衡推力使汽缸发生膨胀不畅和跑偏；（3）高、中压主汽阀和调速汽阀设计为弹性的浮动式阀座部分失效，刚度过大，使得管道对汽缸的推力较大，阻碍高、中压缸的膨胀；（4）＃l、