核电汽轮机主盘车跳闸原因分析及处理.pdf
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1、第5 2 卷第3 期2023年0 9 月文章编号:1 6 7 2-5 5 4 9(2 0 2 3)0 3-0 2 3 0-0 7摘要:采用分析-排查-试验相结合的分析方法,对某核电汽轮机主盘车热抽真空中出现的跳闸问题进行详尽的分析排查,不仅找出了问题的原因,还针对性地提出了处理方案,成功解决了该跳闸问题。跳闸问题的分析排查还揭示了影响顶轴油压的各项因素,为后续顶轴油压调整方案的优化指明了方向和目标。关键词:核电厂;汽轮机;主盘车;跳闸中图分类号:TM623.7Analysis and Treatment of Main Turning Gear Trippingin a Nuclear Pow
2、er Steam TurbineZHU Yingzhou,JIANG Lidong,JIN Yang,LUO Peng,YIN Zichen(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen 518124,China)Abstract:Using the method of analysis-investigation-test,the tripping problem of main turning gear occurred inhot vacuum test in a nuclear power steam turbine was ana
3、lyzed and investigated thoroughly.The cause of the problemwas summarized,and the corresponding solutions were also proposed,therefore,the tripping problem was successfullysolved.The analysis and investigation of tripping problem also revealed the factors affecting the jacking oil pressure,and can pr
4、ovide guidance for the subsequent optimization of the jacking oil pressure adjustment.Key words:nuclear power plant;steam turbine;main turning gear;tripping核电汽轮机是一种饱和蒸汽汽轮机,其蒸汽温度和压力远低于常规燃煤电厂使用的各种亚临界、超临界、超超临界汽轮机,单位质量蒸汽的做功能力也远小于常规燃煤电厂使用的汽轮机,故相同功率下的核电汽轮机所需蒸汽流量为常规燃煤电厂的数倍,对应的汽轮机设备体积和质量也更大。这不仅使得整个汽轮机缸体及转子因
5、自重产生的变形量更大,而且因为尺寸大,动静部件更易受温度等因素的影响,其安装及调试期间对系统冷热态工况差异的补偿必须得到重视。核电汽轮机安装调试期间,汽轮机转子中心位置会受到很多因素的影响,动静部件极易出现碰磨问题。为预防并及时发现动静碰磨,现场普遍将盘车运行及转子惰走时间作为重要的监测参数,并对安装调试过程中存在的各种因素进行分析,尽可能降低不良因素的扰动。本文拟对核电汽轮机在热抽真空期间出现的主盘车跳闸问题进行分析和原收稿日期:2 0 2 2-0 9-1 6修订日期:2 0 2 3-0 6-0 6作者简介:朱应周(1 9 7 4 一),男,毕业于华北电力大学,本科,工程师,现从事核电厂常规
6、岛调试工作。230热力透平THERMALTURBINE核电汽轮机主盘车跳闸原因分析及处理朱应周,姜礼东,金阳,罗鹏尹子沉(中广核工程有限公司,深圳5 1 8 1 2 4)文献标志码:AVol.52No.3Sep.2023doi:10.13707/ki.31-1922/th.2023.03.014因排查,揭示影响汽轮机顶轴油压的各项因素,针对性地给出处理方案,旨在为后续优化顶轴油压调整方案指明方向,给工程技术人员和运行人员提供参考。1问题概况汽轮机润滑、顶轴和盘车系统是汽轮发电机组的重要辅助系统之一,其主要功能是给汽轮发电机组各支持轴承和推力轴承提供润滑冷却用油,给发电机密封油系统提供密封油。润
7、滑油在轴瓦乌金表面建立油膜,保证轴瓦的润滑和冷却。在汽轮发电机组启动及低转速时,系统向各轴承提供高压顶轴油,将转子顶起,以减少摩擦,降低盘车电动机的启动转矩,避免在汽轮机低转速时轴颈和轴瓦之间发生干摩擦,保证设备的安全。在机组冲转前或停机后,盘车电动机使转子连续核电汽轮机主盘车跳闸原因分析及处理转动,保证转子受热均匀,消除因温差造成的转子额外变形,较长时间的连续盘车可以消除因机组长期停运、存放或其他原因引起的非永久性弯曲。某核电机组主盘车为离合器型电动盘车,由英国SSS厂生产制造,其基本工作原理为通过一个带有液力耦合器的电动机产生驱动力来驱动蜗轮蜗杆,利用油压和斜齿的转速差来形成轴向推力,使得
8、盘车齿轮可以在斜齿上进行轴向的啮合和退出,完成轴向运动。当需要投入主盘车时,盘车齿轮被推到汽轮机大轴齿轮处啮合,通过电动机转动来带动大轴转动。主盘车系统可在汽轮机启动和停运阶段实现自动脱开和啮合功能,详细的盘车结构及原理可参考文献 1 。该核电机组汽轮机主盘车调试完成后,启动试验期间测得转子惰走时间为8 min30s,满足厂家设计要求。启动主盘车进行热抽真空准备,主盘车运行电流为4 3.8 4 4.0 A,低压缸喷淋水投运和轴封系统暖管投运(轴封辅汽供汽阀开度达45%)后,主盘车各项参数未见明显变化。但开始抽真空操作后,随着凝汽器真空度上升,盘车电流逐渐上升。当凝汽器压力降至8 9.7 kPa
9、.a时,盘车电流达到8 0 A,达到主盘车保护停运限值,且主盘车停运后大轴惰走时间仅为1 5 s。为确保机组安全,立即进行主盘车脱扣操作,并投运辅助盘车。热抽过程参数变化见图1。凝汽器压力顶轴油压力润滑油压力轴封温度轴封开度盘车电流图1 热抽过程参数变化2排查及因素分析2.1理论分析汽轮机主盘车以8.3 r/min转速匀速转动,为便于分析,将整个汽轮发电机转子视为一个围绕转子中心轴线旋转的轴对称刚体。根据物理定理,主盘车运行和惰走过程的表达式为 2 :P=UI=EF V=EM,/R V=热力透平ZM,/R2mR=2元EM,0(1)式中:P为电动机功率;ZFt为总阻力;V为线速度;R为转动半径;
10、ZM,为总阻力矩;为角速度;U为盘车电动机电压;I为盘车电流。由于U和均为已知量,且为固定值,因此I的大小仅由ZM,决定。在主盘车运行期间,其总阻力矩可表达为:ZM,=Mo+M,+M,+Mg(2)式中:M.为正常运行时轴承摩擦阻力矩;M,为主油泵阻力矩;M,为异常阻力矩;M.为鼓风摩擦阻力矩。M。和 M,在主盘车运行期间一直存在,且在抽真空期间不存在特殊因素影响其变化,因此M和M,不是造成主盘车电流过大的原因。在一定转速下,M,可近似表达为 3 :M.=5ipTo式中:为摩擦因数,与雷诺数Re有关;p为气体密度;r为旋转半径。从式(3)中可看出,M.与和r相关,主盘车运行期间和r均为恒量,抽真
11、空过程不会影响M。,因此鼓风摩擦不是造成主盘车电流过大的原因。由以上分析可知,M,变化是影响ZM,的主要因素,其可能来自轴封齿碰磨、油挡间隙过小、支持轴承紧力过大、支持轴承偏斜、主油泵安装异常、推力轴承安装不正确和系统运行异常等。2.2因素分析导致盘车电流升高的原因主要有两方面,一是盘车装置本身,二是盘车装置所服务的轴系。为了全面分析原因,本文从机头到机尾,对可能与80A转子接触的部件进行了全面梳理,列出了所有相54.4A关因素,见图2。根据以上确定的末端因素,进行了逐项确认排查,结果见表1。时间坐标离合器机械故障盘车装置故障轴系问题异物卡涩轴向碰磨缸内径端汽封轴承状态主油泵机向碰磨碰磨不佳械
12、故障图2 因素分析图顶起高度及顶轴油压测量记录见表2,其中3号轴承初次测量垂直顶起高度0.0 5 mm,调整后垂直顶起高度0.0 9 mm。231(3)电流虚高盘车电流过载第3 期末端因素电流虚高离合器机械故障联参数主油泵机械故障电流变化时间电流变化时间、顶起热抽运行参数、现场工作记轴承状态不佳高度、压差电流变化量趋势、关热抽运行参数、现场检查照端汽封碰磨联参数、塞尺检查结果构缸内径向碰磨电流变化量趋势电流变化量趋势、转轴向碰磨子膨胀及对轮间隙隙(对轮未连接)及状态检查结果异物卡涩电流变化量趋势垂直顶起水平顶起轴承号测点编号位置油压/MPa轴承号高度/mm高度/mm1号0.082号0.073号
13、0.094号0.09232核电汽轮机主盘车跳闸原因分析及处理表1 末端因素排查表确认内容确认依据电流变化时间、变化热抽电流变化趋势、辅盘投量及关联参数运情况电流变化时间及关热抽电流变化趋势、辅盘投运情况热抽电流变化趋势录、低压模块结构片、安装记录、低压模块结热抽运行参数热抽运行参数、低电对轮间热抽运行参数表2顶起高度及顶轴油压测量记录垂直顶起水平顶起测点编号位置油压/MPa高度/mm高度/mm541侧501前外4.60.085115215315025120.0655225325425435330.0755235135035045440.08534524514.确认结果抽真空前多次运行主盘车,盘
14、车电流均稳定,此因素可排除主盘车脱开后投辅助盘车时,盘动不顺畅,而此时离合器已经脱开,表明机械卡涩并非来自离合器,此因素可排除抽真空不会影响安装在前箱内的主油泵,如果主油泵出现机械故障,会在整个盘车过程都有体现,而这与实际情况不符,此因素可排除该型汽轮机1、2 号轴承及推力轴承在独立轴承箱内,3 8号轴承分别在与低压内缸为一体的轴承箱内,真空的变化对低压内缸可能产生影响,引起3 一8 号轴承状态发生微小变化,其跟真空度理论上有一定的相关性。热抽后复查各轴承顶起高度,显示有部分瓦的顶起高度超出了设计标准,压差也不理想,该因素可能性较大拆开的3 号轴封没有碰磨痕迹,塞尺检查结果显示其他轴封间隙也均
15、在设计范围内,且轴封碰磨与投轴封关系更大,与真空关系较小,该因素可能性较小安装阶段,所有缸体内的通流间隙尺寸都合格,且未抽真空之前盘车运行时未发现任何异常情况,此因素可排除在发电机侧测得轴系膨胀值约3.5 mm,膨胀量远小于最小间隙,此因素可排除轴封系统经过吹扫,且抽真空并不会带来额外的异物,此因素可排除5.5前内8.3后内10.0后外5.9侧4.9前外9.0前内8.7后内14.0后外5.5侧9.4前外10.8前内11.5后内14.0后外12.5侧7.0前外10.6前内12.2后内18.0后外8.05455355号0.106号0.097号0.0758号0.08侧前外0.085255155055
16、065460.065365265165475370.065275175075085480.055385285188.58.5前内14.5后内12.7后外14.9侧7.5前外9.8前内18.1后内13.9后外8.6侧8.0前外10.7前内12.4后内13.8后外18.0侧7.9前外14.0前内13.9后内11.7后外12.5核电汽轮机主盘车跳闸原因分析及处理2.3油压调整及后续试验根据上述因素分析排查,按照标准对轴承压垂直顶起水平顶起测点轴承号位置高度/mm高度/mm1号0.112号0.103号0.104号0.11为确定调整油压的效果,在冷态下再次投运主盘车,过程及结果如下:1)启动辅助盘车盘动
17、转子1 8 0,静置1 h,继续运行辅助盘车1 h,过程中监测顶轴油压力及轴瓦温度,结果无异常;2)停运辅助盘车,再次启动主盘车,盘车电流5 3.4 A,电流稳定,同时测量各轴瓦顶轴油压力,无异常,用听针监测各轴承及轴封处,无异音。至此,可以确定主盘车电流过载的主要原因为轴承状态不佳。首次调整完毕后,现场多次复测顶起高度及油压数据,发现顶起高度和油压存在一定程度的不规律变化,进行多次反复调整后,其反复变化的情况并未得到改善。仔细分析后认为,顶起高度和油压测量数据的变化主要由轴承、轴颈和油的温差造成,如果投用顶轴油时轴颈和轴承温度低于油温,轴承、轴颈温度会随时间变化而升高,进而产生膨胀,影响测量
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