1000MW超超臨界機組循環(huán)水泵導瓦超溫原因分析

第55卷第3期汽輪機技術(shù)Vol.s5 No.32013年6月TURBINE TECHNOLOGYJun. 20131000MW超超臨界機組循環(huán)水泵.導瓦超溫原因分析高建強',孫鑫',朱德勇2(1華北電力大學(xué)動(dòng)力系,保定071003;2華能海門(mén)電廠(chǎng),汕頭515041)摘要:結合設備故障診斷技術(shù)分析方法,針對某100W超超臨界機組-臺循環(huán)水泵軸承的上導瓦溫度驟升、引起上導瓦燒毀、循環(huán)水泵停運的故障,通過(guò)故障診斷和動(dòng)平衡分析,找出了循環(huán)水泵連續兩次燒瓦的主要原因是轉子剩余不平衡量超限。分析表明,同樣結構和工作條件下的轉子,其高轉速時(shí)的許用不平衡量比低轉速時(shí)低很多,轉子在轉速370/min時(shí)的許用不平衡量?jì)H為150r/min時(shí)的2/5。水泵葉輪出廠(chǎng)動(dòng)平衡試驗合格,但在工作轉速下的許用不平衡量低于其剩余不平衡量,從而引起上導瓦摩擦過(guò)大,溫度驟升。因此應該將葉輪的試驗轉速提高到工作轉速,以控制葉輪的不平衡量在許用不平衡量之內,提高葉輪動(dòng)平衡的可靠性,降低安全隱患。關(guān)鍵詞:1 00MW超超臨界機組;循環(huán)水泵;導瓦溫度異常;故障診斷;不平衡分析分類(lèi)號:TK264.1文獻標識碼:A文章編號:1001-5884(2013 )03-0202-03Guide Temperature Exception and Analysis of Circulating Pumpin a 1000MW Ultra-supercntical UnitGAO Jian-qiang' , SUN Xin' , ZHU De-yong2(1 Department of Power Engineering, North China Electric Power University , Baoding 071003 ,China;2 Huaneng Haimen Power Plant Shantou 515041 ,China)Abstract:Combining with equipment failure diagnosis technology analysis , the paper diagnosed the heat surge failure of theupper guide of No. lcirculating pump during operation in a 1 000 MW superitical unit through fault diagnosis ;disequilibrium analysis. The main reason causing continuous twice upper guide burning of the No. 1 circulating pump is therotor remaining unbalance overloaded. Analysis shows the rotor allowable amount of unbalance at 370r/ min is much smallercompared with 150r/ min under the same operating condition. The factory dynamic balance test of water pump impellr wasqualified, but the allowable amount of unbalance was below the residual unbalance under working speed, which increasedthe friction of upper guide , and the temperature increased sharply at the same time. The test speed of impellr rotor shouldbe improved to work speed to control the amount of unbalance within the limit , thus improves the reliability of dynamicbalance and reduces the safety hidden trouble.Key words:1 000MW ultra-supercritical unit; circulating pump; guide temperature anomaly; failure diagnosis;disequilibrium analysis導瓦溫度發(fā)生突變的主要原因及解決辦法。0前言1故障過(guò)程某電廠(chǎng)1號機組為100MW超超臨界機組,配置3臺立式斜流循環(huán)水泵,三泵并聯(lián)運行流量為11.3m'/s,揚程為2010年11月22日22:22分左右,1號機組循環(huán)水泵B18. 3m,轉速為370r/ min,運行點(diǎn)汽蝕余量鄭050mm ,軸功率正常運行時(shí)，上導瓦溫度突然由63C上升到110C ,如圖1為348.7kW ,效率為88. 1% ,最大軸向推力為66.4kN;與之所示 ,并致使循環(huán)水泵B停止運行。經(jīng)檢查,發(fā)現導瓦燒毀，匹配的電動(dòng)機額定功率為2 700kW ,額定電壓為6kV ,轉速為于是進(jìn)行了故障分析,并做了現場(chǎng)處理。處理后經(jīng)過(guò)再次試370r/min。運行,該泵導軸瓦溫度下降為43C、45C。運行過(guò)程中,循環(huán)水泵B的上導瓦溫度突然升高并導致2011年4月21日,1號機組循環(huán)水泵在運行過(guò)程中再其停止運行,經(jīng)過(guò)處理后恢復正常。- .段時(shí)間后再次發(fā)生導次出現跳泵,循環(huán)水泵B電機上導瓦溫度1/2點(diǎn)在6min內瓦溫度驟升故障,給安全生產(chǎn)帶來(lái)很大影響。該泵自運行以從62/649C突升中國煤化工水泵B的全部來(lái),連續出現兩次導瓦燒毀故障，本文具體分析了循環(huán)水泵，導 瓦塊均有燒毀HCNMHGnm~0.50mm。收稿日期:012-111作者簡(jiǎn)介:高建強( 1966-) ,男,漢族,河北定州人,教授,博士,研究方向為系統建模與仿真工作。第3期高建強等:1000MW超超臨界機組循環(huán)水泵導瓦超溫原因分析203(1)該泵經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間運行,賽龍軸承有部分磨損,導致軸120↑.上導瓦溫度曲線(xiàn)1承與軸套的間隙過(guò)大或泵軸彎曲度偏大，使得泵在運行過(guò)程---上導瓦溫度曲線(xiàn)2中,推力頭晃動(dòng)過(guò)大,與上導瓦摩擦嚴重,最終導致燒瓦。經(jīng)過(guò)檢驗,在該泵燒瓦過(guò)程中,該泵振動(dòng)、電機電流均無(wú)異常變ζ80化;對上導瓦燒毀事故有影響的可能是該泵推力頭正常運行的振動(dòng)值與其它幾臺循環(huán)水泵相比,偏大了大約0.04mm,不過(guò)仍屬正常范圍內。(2)該泵推力頭油室有異物,異物進(jìn)入上導瓦與推力頭20:56:40 21:40:40 22:24:40 23:08:40 23:S2:40中間引起上導瓦溫度異常上升,致使上導瓦燒毀跳泵。經(jīng)檢查推力頭油室只有上導瓦烏金碎片,沒(méi)有發(fā)現其它異物，因圖1第一次故障上導瓦溫度變化曲線(xiàn)此可以斷定是烏金脫落引起。根據以上判斷進(jìn)行了現場(chǎng)處理":(1)檢查對中情況重新對中;100....上導瓦溫度曲線(xiàn)2(2)清理上軸承室,更換燒壞的上導瓦，更新潤滑;(3)泵軸彎曲變形檢查、校正泵軸。用千分表測量泵軸在徑向的跳動(dòng)量,不到0.08mm,沒(méi)有超過(guò)滑動(dòng)軸承摩擦副的間隙,故不需要校正;(4)測量調整轉子與定子的同心度和電機的空氣間隙;11:15:21 11:S9:21 12:43:21 13:27:21 14:11:21(5)人工盤(pán)動(dòng)泵軸,檢查轉動(dòng)部件是否摩擦。經(jīng)過(guò)上述處理后,雖然設備當下恢復了正常運行,但是圖2第二次故障上導瓦溫度變化曲線(xiàn)時(shí)隔不久又出現了同樣的燒瓦故障。這就說(shuō)明存在一些其從運行記錄的歷史數據,找出故障時(shí)段的溫升曲線(xiàn),如圖2它潛在因素導致故障發(fā)生。所示,情況與第-一次燒瓦基本一致。2.2不平衡量 t分析為了找出潛在影響因素,對循環(huán)水泵不同轉速下葉輪的2原因分析受力情況和不平衡量進(jìn)行了分析。葉輪出廠(chǎng)的動(dòng)平衡試驗數據如表1所示。根據CB-J-2.1初步診斷02 -07 -89的修正方式,試驗將轉子安裝在兩支撐之間,按第一次導瓦超溫停機后,經(jīng)檢查,循環(huán)水泵B振動(dòng)、推力照設計要求,該葉輪許用不平衡量為1.90x10'g . mm。由表瓦溫度電機電流、油溫、冷卻水系統等均無(wú)異常,但檢查該1可以看出,葉輪剩余不平衡量為1.617x10'g●mm,在許用泵推力頭導向瓦時(shí),卻發(fā)現已有8塊導瓦燒毀。經(jīng)過(guò)仔細檢不平衡量允許范圍內,葉輪出廠(chǎng)動(dòng)平衡試驗合格。查分析，認為造成導瓦燒毀的主要原因是:表1葉輪出廠(chǎng)動(dòng)平衡試驗數據校正半徑.校正平面間距離左支撐到左平面距離右 支撐到右平面距離剩余不平衡量頁(yè)目/ minmmnm名" mm數據1505101545330341. 617 x 10'該泵的實(shí)際運行速度為370r/ min,因此有必要對比葉輪由式(1)可知,轉速為370r/min時(shí)葉輪動(dòng)反力是轉速為在150r/min與370r/ min運行條件下的受力情況以及許用不150r/min的6倍。動(dòng)反力增大導致附加動(dòng)壓力產(chǎn)生,引起運平衡量大小。動(dòng)副摩擦增大,產(chǎn)生有害振動(dòng),甚至導致工作性能惡化。對于高速轉動(dòng)的部件,由于慣性力偶所產(chǎn)生的不平衡現為了更直觀(guān)地反映轉速變化對葉輪性能的影響,本文對象,轉動(dòng)后會(huì )使軸承產(chǎn)生較大的附加動(dòng)反力2。由離心力公不平衡量進(jìn)行了具體計算。由不平衡量的定義可知,轉子某式知,動(dòng)反力的大小與轉速和離心半徑有關(guān)。設在葉輪上有平面上不平衡量等于不平衡質(zhì)量與其質(zhì)心至轉子軸線(xiàn)的乘一質(zhì)量為m的不平衡點(diǎn),對于不同轉速下的同一葉輪,其不積,單位為g. mm,俗稱(chēng)“重徑積”。根據IS01940/1 - 1986平衡點(diǎn)到圓心的距離相同。因此有:(E) ,許用不平衡量的計算公式如下:(2πx 370Uw =MG Ox10(2)Fno = mwsno" = ( w3o)" =60= 6.08Frxo° mwisor\ ws20x 150式中, Upw為許用不平衡量,g . mm;M為轉子的自身重量,kg;G為轉子的平衡精度等級，mm/s;n 為轉子的轉速,r/ min。轉子的平衡*年國煤化王依據不同的轉式中,Fxo為葉輪在轉速150r/ min時(shí)的受力;F3o為葉輪在轉子轉速和轉子校平衡量,對葉輪速370r/min時(shí)的受力;wxs為葉輪在轉速150r/min時(shí)的角速的許用不平衡量YHCNMH G度;Wzo為葉輪在轉速370r/min時(shí)的角速度;r為葉輪半徑。.204汽輪機技術(shù)第55卷表2不同轉速半徑 下葉輪的許用不平衡量t擺度過(guò)大等[3.4]。但經(jīng)過(guò)檢查和現場(chǎng)處理,可判斷上述原因轉子轉速轉子的校正半徑許用不平衡量并不是造成本文所述上導瓦超溫的主要原因,而是水泵葉輪。: /minUpr,g. mmn, t/ minr,mm動(dòng)平衡不合格。50101.90x 10'151. 90x 10'3結論700.77 x10*0.77 x 105(1)由葉輪出廠(chǎng)的動(dòng)平衡試驗可知,水泵葉輪在轉速為150r/min'下的許用不平衡量為1.90 x 10°g . mm,剩余不平衡轉子校正半徑分別為510mm與715mm時(shí),不同轉速下量為1.617x10°g●mm,而在工作轉速370r/min下葉輪的許許用不平衡量的比值β分別為:用不平衡量為0.77 x 10°g . mm,僅為試驗轉速下的2/5,因β ==0.405(3)此當轉速提高到370r/ min時(shí)動(dòng)平衡試驗不再適用。(2)對于不同轉速下的同一葉輪,轉速越大,轉子許用不B2-=0.4054)平衡量越小。因此,轉子轉速低于實(shí)際運行轉速的動(dòng)平衡試由式(3)和式(4)可知,轉速為370r/min時(shí),轉子的許用驗合格,并不能保證轉子的運作安全。當實(shí)際運行轉速大大不平衡量是轉速為150r/min時(shí)的2/5。由此可見(jiàn)，同樣結構高于試驗轉速時(shí),其許用不平衡量會(huì )隨之減小,致使軸與上和工作條件下的轉子,其高轉速時(shí)的許用不平衡量比低轉速導瓦摩擦加劇,上導瓦溫度驟升,甚至燒毀。所以動(dòng)平衡試驗轉速不應小于實(shí)際運行速度,才能保證安全生產(chǎn)。時(shí)偏低很多。(3)此次故障的主要原因是超過(guò)了許用不平衡量而引起2.3分析結果經(jīng)過(guò)上述計算可知,汽輪機循環(huán)水泵的工作轉速為的摩擦過(guò)大，該廠(chǎng)經(jīng)過(guò)出廠(chǎng)動(dòng)平衡試驗合格后,再未出現過(guò)370r/min時(shí),許用不平衡量0.77xl0°g●mm,而由葉輪出廠(chǎng)燒瓦事故,故葉輪出廠(chǎng)檢測時(shí),應注意提高監測標準,降低安的動(dòng)平衡試驗可知,水泵葉輪在轉速為150r/ min下的許用不全隱患。平衡量為1.90x10° g.mm,剩余不平衡量為1.617 x10'參考文獻g. mm ,很明顯超過(guò)了工作轉速(370r/ min)下的許用不平衡[1] 李錄平。汽輪機組故障診斷技術(shù)[M].北京:中國電力出版量,因此,出廠(chǎng)動(dòng)平衡試驗不再適用。社2001.動(dòng)平衡試驗不合格將導致附加動(dòng)反力產(chǎn)生,轉動(dòng)部分受2] 李慧釗,杜國君.理論力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2009.橫向力作用,瓦面油膜厚度不等,推力瓦受力不均，個(gè)別或少[3] 李剛,黃坤、上導瓦溫和油溫過(guò)高的原因分析及處理措施數瓦受力特別大,最終引起瓦溫過(guò)高燒瓦而停止運行。[J].河北電力技術(shù),2011 ,4(30) :20 -22.循環(huán)水泵軸承上導瓦超溫甚至燒毀的原因有很多,如上[4]王偉奇. 水輪機水導軸瓦燒瓦現象分析及處理[J].小水電，導瓦冷卻方式不當.上導瓦間隙過(guò)小、冷卻器結垢、機組振動(dòng)2007 ,(3) :69 -70,41.(上接第201頁(yè))表2各設計工況下級組相對內效率級組I1V._VVIIX_X__X5vwo 工況0.9230. 9050.916 0.946 0.872 0.913 0.870 0.860 0.835 0.8230.746 0. 72975%THA工況0.9220.929 0.916 0.946 0. 8720.9340.932 0.856 0.825 0. 8360.744 0. 71050%THA工況0.9220. 9270.911 0. 9400. 8510.9110.931 0.893 0.810 0. 740.726 0.715(3)對于特征通流面積的變化大,且相對內效率降低明[4]史進(jìn)淵. 汽輪機通流部分故障診斷模型的研究[J].中國電機顯的級組,則可以判斷該級組可能出現葉片結垢、變形或者工程學(xué)報,1997 ,17(1):29 -32.[5]忻建華,葉春,陳漢平,等 300 MW汽輪機高壓缸通流部分斷裂等故障。故障的熱參數模糊診斷[J].動(dòng)力工程1997,17(3):5-8.[6]劉曉峰. 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的汽輪機通流部分故障診斷研究[D].北京:華北電力大學(xué),2005.[1] 吳茜,史進(jìn)淵.大功率汽輪機通流部分故障診斷特征規律的[7] 徐大戀,鄧德兵,王世勇,等.汽輪機的特征通流面積及弗留格研究[J].動(dòng)力工程,2001 ,21(1):1010 - 1014.爾公式改進(jìn)[J].動(dòng)力工程學(xué)報，2010 ,30(7):473 -477.2]楊勇平,楊昆汽輪機通流部分故障診斷的熱力判據研究[8]王運民 ,張倫柱,等汽輪機組特征通流面積的應用[J].熱能[J].熱能動(dòng)力工程,99 ,14(83):347 -350.動(dòng)力工程,2012 ,27(2):160-164.[3] 毛志平，孫永平,王 敏汽輪機通流部分放障的特性分析及 [9] 牛衛平電廠(chǎng)汽輪機通流部分熱力監測及診斷的討論[J].汽仿真計算[J].浙江電力,00.5.1 -3.輪機技術(shù),中國煤化工YHCNMH G .