胡松如，应光耀

（1.浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江 宁波 315208；2.浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

镇海电厂11号蒸汽－燃气联合循环发电机组选用美国GE公司PG9315FA型燃气轮机、D10型带再热系统的双缸双流式汽轮机、390H型氢冷发电机。燃气轮机、蒸汽轮机和发电机转子刚性地串联在一根长轴上，燃气轮机进气端输出功率，轴配置为燃机-汽机-发电机，工作转速3000 r/min。燃气机组主轴分为4段：燃机压气机转子、高中压转子、低压转子、发电机转子，均为整锻实心转子，每段转子均由两个径向轴瓦支撑，轴系布置如图1所示。1，3，4，5为可倾瓦轴承；2，6，7，8为椭圆瓦轴承，推力瓦在1号轴承处。

机组在调试期间曾多次出现碰摩事件，高中缸效率明显低于同类型机组，尽管11号机组平时能正常开机运行，但根据镇海12号机组的开缸经验[1]及11号机组的高压缸试验效率状况，判断早期的碰摩已使高压缸汽封出现磨损，并由机组检修情况得到证实。

图1 轴系布置示意图

1 燃机初期碰摩现象

11号燃机于2006年12月 30日 0∶05∶30首次冷拖至699 r/min，此时3Y，3X，4Y，4X振动分别为 16，25，21，25 μm。 之后在定转速情况下，3Y，3X，4Y，4X振动随着时间持续上升，0∶20∶30拍机时，3Y，3X，4Y，4X 分别达到 95，112，71，74 μm。3号和4号瓦轴振的振幅随时间逐步增大，相位也逐步增大，而且振幅增幅越来越大，增大的振动以1X倍频分量为主，见图2。图3的升、降速曲线Bode图也显示降速过程的振动明显大于升速过程，且振动回落比较慢。在700 r/min就产生这么大的振动，表现为较明显的碰摩振动特征[2]，高中压转子局部受热不均匀而使转子弯曲，振动逐步恶化。对汽机检查后发现，高中压汽缸下半部并没有加保温层。9F汽机在冷拖期间仅靠轴封辅汽来加热汽缸和保持汽缸温度均匀，如果汽缸下半部未保温，则会导致下缸冷却太快而无法胀出、上下缸温差偏大，容易导致动静碰摩的产生。

图2 首次冷拖3Y趋势图

图3 首次冷拖3Y Bode图

基于以上分析，采取以下措施：高中压汽缸加保温层；严格控制辅助蒸汽温度和辅助蒸汽投用的时间。之后，于12月30日12∶00开始冷拖、点火、冲转，13∶33顺利到3000 r/min，整个轴系振动除4Y超出优良范围外，其他瓦轴振都在优良范围。高中压转子临界转速在1930～1950 r/min，低压转子临界转速为1250 r/min，发电机转子临界转速在1120～1140 r/min。

11号燃机于2007年1月 4日9∶00开始重新启动，到700 r/min后3号和4号瓦轴振动振幅又随着时间持续上升，基本以工频分量为主，相位也持续增加，振动现象跟首次冷拖基本相同，判断为碰摩，遂尝试冲转，因870 r/min时3X超过220 μm而停机。现场高中压转子轴封有刺耳异声，检查判断高中压轴封已有冷空气进入。查看轴封汽压力和温度数据，发现轴封汽温度偏低，可能导致轴封失效。调整轴封汽压力和温度，待轴封能向外冒汽后，于4日14∶00再次开机，冷拖至700 r/min后3号和4号瓦轴振仍然持续上升，见图4，试冲至1300 r/min时因3X振动大而跳机。冷拖定转速清吹时，3号和4号轴振仍然爬升，相位也剧烈变化，振动与前几次振动爬升情况类似。有可能引起汽机高中压转子碰摩的有轴封汽和保温层两个因素，之前已对轴封汽进行仔细调整，但未检查保温层，因此对高中压缸保温层进行详细检查，发现高中压缸下半部保温层有空隙，保温效果欠佳。对高中压缸保温层加厚补漏后，于1月5日再次开机，机组顺利冲转至3000 r/min。从1月5日开始，在冲管期间多次开机，机组都能顺利冲至3000 r/min，并网带负荷时的机组振动也都在合格范围之内。

图4 1月4日14∶00冲转3X Bode图

通过试运行发现，3号瓦振动对轴封汽温度的变化较为敏感，曾经因汽封温度高（210℃）导致3号瓦振动大而跳机。在某次启动中，发现启动前上下缸温差偏大，约为40℃，降低汽封温度至170℃，盘车4 h后机组启动，振动正常。因此在机组启动前应根据缸温对轴封汽温度进行调整，避免蒸汽温度与金属温度相差过大，并保持高中压缸的上下缸温差不超过28℃。

2 汽轮机效率试验

为了判别汽轮机高、中压缸的实际通流效率状况，于2007年7-8月进行了汽轮机焓降效率试验，试验得出11号机组的汽轮机高压缸实际效率仅为79.7%，该数值与美国GE公司的高压缸效率设计值（86.1%）以及其他电厂同类型机组的汽轮机实际测试效率（85%～86%）相比差距较大（见表2），结合机组在早期曾发生多次启动过程中的碰摩事件，机组在运行中对轴封汽温度、上下缸温差参数非常敏感，因碰摩而重新启动的次数多于同类型机组，因此怀疑汽轮机高压缸通流内部汽封已损坏。尽管11号机组能正常开机运行，但根据12号机组的开缸经验以及11号机组的高压缸试验效率状况，决定对11号机组汽轮机作开缸检查，结果发现汽轮机高压缸也发生了严重碰摩。

表2 几台9F机组D10型高压缸效率试验结果

3 机组检修情况

2007年11月打开11号机高中缸，发现高压外轴封齿断裂，高压隔板汽封齿破损严重，高中压转子往燃机方向移动，高压部分转子与汽封齿发生轴向碰摩，1-6级汽封齿的高齿都已经被磨平，7-12级汽封齿未见异常。对高压转子的中心、推拉杆间隙、高压外缸外引、高压转子围带与隔板汽封轴向间隙进行了全面测量，数据表明高压转子的中心、推拉杆间隙都在合格范围内，而高压转子轴向定位尺寸（高中压转子的K值，即高中压第2级隔板汽封轴向间隙）安装数据比设计数据往燃机方向偏离0.8 mm，高中压转子往燃机方向窜动1 mm，即高中压转子往燃机方向偏离设计值共1.8 mm。

在早期的碰摩故障中，由于汽缸下缸未加保温和保温里层有间隙，保温效果很差，使汽机转子在轴封汽作用下受热膨胀速度较快，而由于保温效果欠佳，汽缸未充分胀出，转子与缸体受热和冷却不均而产生差胀，在高中压转子隔板间隙较正常值小1.8 mm的情况下，机组非常容易发生碰摩事故，高中压转子在轴向位置始终处于不安全和不稳定的状态。这就需要机组在启动过程中要控制最佳的轴封汽温度、高压缸上下缸温差更小，才能使缸胀和轴胀充分，不在轴向位置发生碰摩。

4 结语

根据高压缸效率和早期启动轴系振动数据，认为机组的高压缸通流部分隔板汽封已经损坏，检修结果也证实了这一判断。

镇海电厂两台9F燃气联合循环机组动静碰摩的原因之一是高中压转子轴向定位尺寸K值跟设计值有较大的偏差。联合循环机组的高中压缸为合缸整体组装后送至电厂，现场安装阶段无法直接测量K值，这给正确判断高中压转子轴向位置带来一定困难。因此在现场安装过程中应进一步加强质量管理，必须测试轴窜、高中压轴向外引、低压轴向外引，与设计值、出厂值作比较，保证各间隙尺寸在制造厂家设计值范围内。

GE公司的9F联合循环机组在启动过程中应避免发生动静碰摩，对已经在启动过程中多次发生碰摩的机组应引起重视，必要时安排性能考核试验，结合高压缸效率来判断碰摩是否已损坏隔板汽封。

[1] 应光耀，童小忠，吴文健.9F联合循环机组严重碰摩诊断分析及处理[J].汽轮机技术，2010，52（1）∶74-76.

[2] 陆颂元，童小忠.汽轮机组现场动静碰磨故障的振动特征及分析诊断方法[J].动力工程 2002，22（6）∶2020－2024.