350MW机组汽轮机高中压转子轴向推力不平衡改进方法

广西华磊新材料有限公司发电厂 黄华希

推力瓦是汽轮机重要部件，其有着重要的作用；推力瓦主要是用来确定转子在汽缸的轴向位置，并保持定子和转子存在一定有效的间隙；在运转过程中还能够承载消化转子的轴向推力[1-3]。文献[4]分析了汽轮机推力瓦块温度过高原因，导致机组保护停机的原因里面，推力瓦温度过高的因素占据很大一部分，有关推力瓦的温度升高的原因较多，不仅要分析找出相应的问题，而且在查找问题原来症结上找出原始的因素，如一些潜在的推力瓦块钨金的磨损、推力瓦承受的轴向力均是要考虑的辅助因素[5]。对推力瓦温度升高问题的解决不恰当性会导致无法预料的其他连锁反应，必然会造成整个汽轮机的无法使用，对安全生产和效率生产起着负面的作用。

1 现状概述

某电厂4台350MW超临界机组汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂生产的CLN350-24.2/566/566型，超临界、一次中间再热，单轴，双缸双排汽、反动凝式汽轮机，分别于2009年6月及2012年12月投产。2012年6月开始对4台机组实施中压供汽改造，即从每台机组中压缸进汽前的高温再热蒸汽管道上，各引出一路蒸汽管道，经过各自的减温器之后汇合到母管供给用户，蒸汽参数为：压力3.6MPa、温度450±20℃，单台机组最大设计供汽量170t/h。由于高温再热蒸汽压力不能满足3.6MPa的供汽压力要求，电厂通过修改DEH的自动控制逻辑，由中压调节门IV1/IV2参与调节的方式来提高再热蒸汽系统的压力。在机组320MW负荷的情况下，中压调节阀最大只能开至31%，180MW时中调门开度只有17%左右。目前，存在的问题如下。

一是机组进行投产后第一次揭缸大修时，发现推力间隙0.55mm，比机组安装记录的0.32mm大了0.23mm，工作瓦表面乌金有灼烧的痕迹，检修期间更换整副工作面瓦块，推力间隙为0.35mm。

二是机组负荷245MW，汽轮机工作面推力瓦G2测点温度从83.42℃快速升高，13:07达到报警值90℃以上，最高升至103℃，机组负荷受限，只能带220MW。

三是在机组C级检修推力瓦解体时发现工作面推力瓦乌金测点处凹陷。推力间隙0.44mm，比上次检修增大0.09mm，推力瓦工作面瓦块磨损情况如图1所示。

图1 推力瓦工作面瓦块磨损情况

四是自从2012年机组纯凝改为供汽后，运行中推力瓦工作面瓦块温度就慢慢升高的趋势。

2 机组运行工况对推力瓦温度的影响

2.1 机组供汽状况，润滑油温对推力瓦温的影响

本文选取该电厂180MW、200MW、220MW、240MW、260MW、280MW、300MW不同负荷工况下润滑油温对推力瓦温影响分析，其具体数值见表1。

表1 润滑油进油温度对推力瓦温度的影响

根据表1对比机组供汽状况时，润滑油进油温度在43.2～45.6℃、进油压力保持不变时，推力瓦工作面瓦块温度89.6～99.3℃变化，得出润滑油进油温度变化对推力瓦工作面瓦块温度影响不大。

2.2 纯凝工况与供汽工况对推力瓦工作面瓦块温度的影响

本文选取该电厂180MW、200MW、220MW、240MW、260MW、280MW、300MW不同负荷纯凝工况与供汽工况对推力瓦工作面瓦块温度的影响分析，其具体数值见表2。

表2 纯凝工况与供汽工况对推力瓦工作面瓦块温度

从表2可以得出：一是在相同负荷时，供汽工况要比纯凝工况推力瓦工作面瓦块温度要高3～5℃。二是在相同负荷下，供汽工况的调节级压力、高排压力均比纯凝工况下高，机组负荷越低相差越大。三是在相同负荷（低负荷180MW阶段），供汽工况要比纯凝工况高压排汽压力与中压排汽压力变化较大。四是在相同负荷（低负荷阶段），供汽工况要比纯凝工况轴向位移变化较大（0.06mm）。

2.3 纯凝工况，机组单阀和顺序阀运行对推力瓦温的影响

本文选取该电厂260MW、300MW两种不同负荷工况分析机组单阀和顺序阀运行对推力瓦温的影响，其对比结果见表3。

表3 单阀和顺阀运行对推力瓦温度对比

从表3对比在纯凝工况，相同负荷下，单阀运行方式要比顺序阀时的推力瓦温低3～7℃左右。

3 推力瓦工作面温度高的原因分析

3.1 汽轮机运行中的轴向推力比原设计推力大

汽轮机厂原设计汽轮机满负荷运行时，汽轮机正向推力为10t左右，但根据同型号的华能瑞金电厂2号汽轮机轴向推力测量结果显示，在纯凝工况下该型汽轮机的正向推力为19t左右。说明该型汽轮机本身的轴向实际比设计推力偏大了9t，随着汽轮机的长时间运行，通流部件存在结垢将影响汽轮机的轴向推力，推力瓦温度将逐渐升高，这种现象在国内其他电厂同型号汽轮机上多次发生。

机组原设计是纯凝机组，中压调节阀IV1/IV2是全开状态，在更改为供汽机组后，为了保证供汽压力3.6MPa，需要通过中压调节阀IV1/IV2进行调节，改变了机组运行参数状况。在机组低负荷时，为了满足供汽要求，中压调节阀开度较小，高压缸排汽压力升高，中压缸进汽压力降低，汽轮机轴向位移量变化加大，由此说明机组在低负荷供汽时对汽轮机的轴向推力影响较大。

3.2 汽轮机结构原理分析

一是汽轮机的总推力大小主要与高中压缸有关，低压缸由于通流是对称布置，对机组总推力影响不大。经计算，机组在变工况运行时，低压缸的影响整体而言推力是正向，指向发电机，但推力很小，极限最大约为1.5t。

二是对于高中压缸的推力平衡，主要由高、中和低压平衡鼓，调节级，高压第一、第二反动级，中压第一、第二反动级的压力决定，而对于两侧端汽封的推力可以相互平衡。下文是汽轮机厂设计最大进汽工况下汽轮机推力情况。

三是由上表的轴向推力计算，正向推力主要是高压缸的推力影响，如果能降低高压缸的正向推力至一个合理的范围，就能降低整个轴系的正向推力，从而降低推力瓦的受力。

四是因为没有揭缸检修的条件，所以也无法改变上表中的调节级推力、高压第一段反动级推力、高压第二段反动级推力和高压平衡鼓推力。

五是要改变高压缸轴向推力，应从别的地方想办法。通过分析高中压缸推力平衡结构：高压排汽平衡环调端腔室通过4根缸外的平衡管（Φ108～6）连通至中压缸排汽位置，具有平衡高中压两端推力的作用。

六是高中缸平衡管原设计是高压排汽平衡环腔室与中压缸排汽相连接，现通过降低高压排汽平衡环腔室的压力来减小汽轮机的正向推力。

4 改进方案

本文改进方案采取将高压排汽平衡环调端腔室连通至低压缸五段抽汽管道，减小汽轮机的轴向推力，改进前后系统如图2所示。在阀门前分别引出一根管道（Φ108～6）汇总到母管上（Φ273～6）再连接至低压五段抽汽，母管上设置电动阀，运行中通过调整高排平衡管手动隔离门的开度来调整汽轮机轴向推力，从而降低工作面推力瓦温度。

图2 对高中压平衡管改进系统图

该电厂对1号汽轮机高中压平衡管进行了改进后，取得了较好的效果。通过调整平衡管蒸汽的流量从而改变高排平衡环调端腔室压力，使得汽轮机高负荷运行时推力瓦温下降明显（降幅达20℃，温度从原95℃以上降至最高只有75℃左右），且能满足机组中压对外工业供汽、启停及快速变负荷的需求。通过2018和2019年的夏季长时间高负荷运行考验，汽轮机均能平稳运行，2019年检修期间，解体推力瓦复查推力间隙与原检修数据无变化。

5 结语

在出现汽轮机推力瓦温度过高的情况时，其他电厂往往被迫机组停运转入大修或者长时间带低负荷运行，这样不仅要损失大量的电量，还需在短时间内投入大量的人力、物力和资金。东方电厂通过分析研究，摸索出一种新的补救办法，在仅需很小的资金投入的情况下，就临时性地解决了一个影响机组安全运行的重大难题，为电厂创造可观经济效益、安全效益的同时，也给其他兄弟电厂处理类似问题提供了参考思路。