發電機組基礎下沉的分析和處理

發電機    時間:2014-03-11 13:06:18
發電機組基礎下沉的分析和處理簡介
    〔摘  要〕 針對鹽城發電廠8號機投產以來一直存在的基礎下沉、機頭前傾問題,分析了軸頸揚度和基礎沉降歷年來的變化規律和趨勢、機頭下沉原因以及對……
發電機組基礎下沉的分析和處理正文
  〔摘  要〕 針對鹽城發電廠8號機投產以來一直存在的基礎下沉、機頭前傾問題,分析了軸頸揚度和基礎沉降歷年來的變化規律和趨勢、機頭下沉原因以及對機組安全性和經濟性的影響,介紹了針對機頭沉降問題採取的檢修措施以及機組起動時的注意事項,提出了可供選擇的改造處理方案。

   〔關鍵詞〕 發電機組 ;基礎; 檢修; 啟動

   鹽城發電廠8號機組(125 MW)有7隻滑動式支持軸承和1隻獨立式密切爾推力軸承,分別布置在6隻落地式軸承座內。其中,汽機部分有3隻支持軸承和1隻推力軸承,汽輪機高中壓轉子與低壓轉子採用剛性聯接,形成單軸三支點支承,軸向定位由推力軸承承擔。發電機與勵磁機部分有4隻支持軸承,發電機轉子與汽輪機、勵磁機的轉子均採用撓性聯接。6隻軸承座全部坐落於主廠房9 m層運轉平台上,整台機組為橫向布置,機頭靠近爐側。

   8號機組自1988年投產以後,經歷5次大修監測,發現汽輪發電機組基礎持續不均勻下沉,3,4號軸頸從安裝時的揚度為0逐漸后側揚起,機頭的下沉量最大,向後各道軸承處下沉量逐級變小。尤其是在9號機組投產後,8號機組機頭下沉幅度在快速增大。到2003年10月底, 1號軸頸由安裝時的前揚735 ?/m已發展到后揚940 ?/m。機頭不斷下沉導致主設備存在嚴重的安全隱患,如推力軸承非工作面瓦塊溫度明顯上升(平均溫度比剛投產時升高了20℃);通流部分的動靜間隙、各級隔板的組合間隙、低壓缸前後軸封均已到了調整極限;與汽輪機連接的管道應力明顯加大,特別是推力瓦溫異常升高,隨時都有被迫停機的可能。

 

1  汽輪發電機組轉子各軸頸揚度的變化情況

 

1.1  製造廠要求的安裝值

   對於N125-135/535/535型汽輪機轉子各軸頸揚度的安裝值,上海汽輪機廠在125 MW中間再熱冷凝式汽輪機產品說明書中,有關汽輪機組安裝部分有明確規定,汽輪機轉子后3號軸頸揚度應為0。製造廠要求的汽輪機轉子各軸頸揚度如圖1所示。

1.2  機組投產時的安裝值

   8號機組安裝投產時,汽輪機轉子各軸頸揚度如圖2所示。

   (1) 揚度單位:1°=100 ?/m。

   (2) 上海汽輪機廠提供的參考值:X1=0.14mm;X2=0.221mm;X3=2.796mm。

   (3) 剛性聯軸器下張口為0.10mm(標準為0.10~0.15mm)。

   揚度單位:1°=100 ?/m。

1.3  歷次大修時所測各軸頸的揚度變化

   1989年10月,機組投產後的第1次大修時,經測量各轉子軸頸揚度發現,整台機組1~7號軸頸已全部后揚,歷年來后揚程度在逐年上升。歷次大修時汽輪機1~3號軸頸揚度變化規律曲線見圖3。

   通過圖3可知:機組從投產到第1次大修時曲線較陡,基礎下沉速率最大。在第1次大修后曲線形成第1個拐點,逐漸趨向平緩,基礎下沉速率逐漸變慢。到第5次大修前(9號機投產後)形成第2個拐點,基礎下沉速率再次變大。在第5次大修中經人工微調糾正,轉子揚度情況略有好轉。

   每次大修中各軸頸揚度雖經人工微量調整,修后狀況略有好轉,但機頭仍以較快的速度前傾下沉。到2003年10月的第5次大修前,1號軸頸由安裝時的前揚735 ?/m變成了后揚940 ?/m,變化幅度達1 675 ?/m。

1.4  汽輪機轉子軸頸揚度目前狀況

   根據製造廠要求,汽輪機前軸承軸中心線相對於后軸承應高出X3=2.796 mm(參考值),在安裝時前軸承相對后軸承實際高出了X3′=3.125 mm。到2003年底的第5次大修后,汽輪機前軸承軸中心線相對於后軸承低了X3″=13 mm。與安裝時相比,前軸承基礎比后軸承多沉降了16.125 mm。2004年6月,用鍾光DS-3型經緯儀觀測1~7號軸承座中分面標高發現,1號軸承箱中分面比3號軸承低16.5 mm,1號軸承座中分面比7號軸承低40.5 mm。汽輪機轉子軸頸揚度目前狀況如圖4所示。

 

2  主廠房沉降觀測情況

 

   表1為1987—1996年汽機主廠房基礎沉降記

錄,表中A排為汽機房北牆,B排為機、爐隔牆,A—1為A排由東向西1號樁柱,B—1為B排由東向西1號樁柱,明顯地反映了主廠房基礎有不均勻沉降現象。

 

3  原因分析

 

   造成汽輪發電機組基礎下沉、機頭前傾的因素很多,針對鹽城發電廠8號機組基礎下沉情況,綜合分析主要有以下幾種原因。

3.1  地質地貌的影響

   鹽城市地處長江中下游的蘇北平原里下河地區,其地貌單元為沖積平原,由黃、淮所夾帶的大量泥沙堆積而成,屬於濕泥性沉降地區,地質鬆軟,承載能力差。

3.2  開採地下水的影響

   鹽城發電廠位於鹽城市北郊,屬於城鄉結合部,無論市區哪一方向過量抽取地下水,廠區的地勢都會受到影響。特別是隨著城市經濟發展的需要,市區在不斷擴容,工廠及地下水用戶日益增多,加上地下水在前些年被無節制地開採,更加速了鹽城電廠主廠房基礎的沉降。

3.3  廠房布置的影響

   六期主廠房在新洋河與皮叉河交匯處的北岸,距新洋河邊不到60 m。主廠房東西向布置,南側有鍋爐和大煙囪,北側是主、廠變和升壓站。汽輪發電機組座落在主廠房內的9 m運轉平台上,機頭向南,基礎為孤立島式結構,南北向布置。由於機組前後兩側建築物及設備重量的偏差(南側鍋爐、煙囪較重),造成爐側地基下沉量較大,加上主蒸汽管道、再熱冷段和再熱熱段管道對汽輪機又有一定的牽制,導致汽輪發電機組基礎南側沉降較快,北側沉降較慢,呈現機頭前傾的局面。

3.4  七期擴建后的影響

   1988-2002年,六期主廠房內只有1台8號機組,從汽輪發電機組各轉子軸頸揚度變化曲線分析,基礎下沉、機頭前傾的速率已逐漸趨緩。經七期擴建后,主廠房內2台機組同向並列布置,到2002年9號機組投產後,8號機組基礎下沉的速率又在明顯上升,而且9號機組機頭下沉速度同樣較快(註:9號機組運行1年時間1號軸承相對於3號軸承下沉了5.5 mm)。

 

4  對安全生產的影響

 

   8號機組投產後不久,由於爐側地基下沉量較大,造成鍋爐與汽機相連的主蒸汽、再熱蒸汽冷熱段、一級旁路、二級旁路管道以及除氧層與汽機連接的管道應力在逐漸增大,整台機組所有軸頸均出現后揚,使機組出力受到制約,機組的安全性和經濟性也受到較大影響[1,2]。安全隱患主要表現在如下幾個方面:

   (1) 由於機頭下沉量較大,汽輪機軸向平衡力受到破壞,機組從投產後不久就一直處於負推力狀態運行;

   (2) 由於受各主要管道牽制,導致汽輪機滑銷系統卡澀,汽缸膨脹不暢,高壓缸前端左右側膨脹值偏差較大,2,3,4號軸承振動值也有所增加,軸振保護無法投入。在8號機組多次調峰中,經常影響機組的啟停速度;

   (3) 由於轉子軸頸揚度的變化,迫使汽輪機轉子軸線與汽缸中心嚴重偏置,直接導致通流部分動靜間隙、低壓缸前後軸封間隙、各級隔板的組合間隙達到調整極限,真空嚴密性不合格;

   (4) 推力軸承超出自位範圍,非工作面上部瓦塊溫度明顯上升,最高時達98℃,同時伴隨著推力軸承回油溫度超標,造成多次被迫停機檢修。

 

5  檢修方面採取的對策

 

   根據「防止電力生產重大事故的25項重點要求」,在歷次檢修中針對基礎下沉、機頭前傾、轉子軸頸后揚等問題採取了下列措施[3]:

   (1) 軸頸揚度進行糾偏,在找中心時,採用改軸基準為點基準,抬前端、降後端的方法校正轉子軸頸揚度,盡量將高、中壓轉子與低壓轉子聯軸器下開口做到上限,以緩解下開口逐漸消失的矛盾;

   (2) 根據轉子找中后的位置重新調整隔板窪渦中心、各級隔板組合間隙和隔板汽封及軸封間隙,當隔板掛耳調整量較大時,結合加厚汽缸工作墊片來完成調整;

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