汽轮机惰走时间短分析
（广州环投从化环保能源有限公司）
摘要：广州环投从化环保能源有限公司 1 号机惰走时间缩短异常，汽轮机惰走时间比正常大幅缩短，为查明原因消除隐患，本文结合理论知识和实践经验，进行科学分析，探究汽轮机惰走时间短的原因，为电厂的异常分析和处理提供参考。
关键词：汽轮机；惰走时间；原因分析惰走曲线引言
汽轮发电机组打闸后，主汽门和调门关闭时使转子完全停止的时间称为转子惰走时间。转子的惰走时间是机组停运过程中重要的监视参数，是判断蒸汽系统（包括主、再、回、凝汽）严密性的一个重要依据，同时也是检验机组动静部分是否正常的重要依据，偏长或偏短均为不正常现象，应该引起我们的高度重视和警惕，这将关系到汽轮机汽缸、转子、轴承、轴封等设备的安全，通常根据惰走曲线可以判断转子惰走是否正常。如果惰走时间急剧减少可能是轴瓦已磨损或者是机组动静部分发生轴向或径向摩擦；如果时间过长则可能是阀门关闭不严，有蒸汽漏入汽轮机内或者真空过高、顶轴油泵启动过早。本文对广州环投从化环保能源有限公司 1 号机惰走时间异常进行分析。
1 事故简况及汽轮机简介
1.1 事故简况
广州环投从化环保能源有限公司（以下简称电厂）在 2019 年 8 月 6 日 22:
44:58 时由于外网原因引起 1 号机组跳闸，汽轮机惰走时间比正常大幅缩短，为查明原因消除隐患，广东电科院能源技术有限责任公司技术监督办公室安排专家赴现场，协助电厂进行异常分析。
1.2 汽轮机简介
制造厂家：广重企业集团
型号： N12-3.8/390
形式：中温、中压、单缸、冲动式、冷凝式
额定功率： 12.0MW
最大功率： 13.2MW
额定主蒸汽温度： 390 ° C
额定主蒸汽压力： 3.8MPa
额定主蒸汽流量： 51.7t/h
汽轮机额定转速： 6000r/min
电动盘车转速： 9r/min
汽轮机转子临界转速： 3519r/min （一阶）， 9872r/min （二阶）2 汽轮机惰走情况检查
2.1 惰走时间
机组跳闸前带 9.2MW 负荷，汽轮机转速 6000r/min, 主蒸汽温度 386 ° C,主蒸汽压力 3.8MPa 。 22:44:58 时由于外网原因引起 1 号机组跳闸，经过 6 秒，22:45:04 时汽轮机到达最高转速 6501r/min, 至 22:50:17 时转速到零，整个惰走时间只有 5 分 19 秒，比正常惰走时间 20 分钟左右大幅缩短。在 1 号机组跳闸的同时 2 号机组也跳闸，其惰走曲线和时间正常， 2 台机组惰走曲线对比见图 1 ：
图1 8月6日1和2号机组跳机惰走曲线（1号机：红，2号机：蓝）2.2 汽轮机轴承振动情况
在惰走过程中，前后轴承在 3900~3800r/min 振动有一个尖峰，其中后轴承振动幅值 B 在 3738r/min 达到峰值 3.452mm/s, 这与汽轮机一阶临界转速 3519r/min 接近，应属正常现象。在 1900r/min 左右前后轴承 4 个振动又出现增大，这一点将在后面的分析中解释。对比 2 号汽轮机的振动，其前后轴承只在一阶临界转速附近出现峰值。
2.3 轴瓦温度变化情况
在惰走过程中，汽轮机前后支持瓦温度缓慢变化，无异常；正向和负向推力瓦温度也是缓慢变化，无异常。见图 2 、图 3 ：
图2 汽轮机前后支持瓦温度变化情况
图3 汽轮机正向和负向推力瓦温度变化
2.4 轴向位移变化情况
轴向位移 A,B 的变化情况见图 4 ：
图4 轴向位移变化情况
2.5 汽轮机缸温变化情况
在跳机前，汽轮机上缸温度为 316.0 ° C, 下缸温度为 310.7 ° C, 上下缸温差为 4.7 ° C, 一段抽汽温度为 192.4C 。跳机后，上缸温度基本没变，但下缸温度和一段抽汽温度快速大幅下降 , 尤其是一段抽汽温度下降速度更快。仅仅过了 4 分 20 秒上下缸温差就达到 50 ° C, 之后一直上涨，最大达到135 ° C 。见图 5 ：
图5 缸温变化情况3 惰走时间大幅缩短原因分析3.1 惰走曲线常规分析
惰走曲线主要取决于转子转动惯量，以及其他环境因素，即转动过程中的阻力条件。如转子叶轮的鼓风摩擦损失，轴承、辅助机构等的机械摩擦损失，摩擦、鼓风损失又与叶轮所处周围的介质特性有关。一般来说，惰走曲线可分为三个阶段：
（ 1 ）第一阶段：由 3000r ／ min 下降至 1500r ／ min 左右，转速下降速度较快，这是由于高转速下的转子鼓风摩擦损失大造成的。刚停止送汽时，其转速较高，鼓风摩擦损失很大（与转速三次方成正比）。另外主油泵在电动辅助油泵起动之前往主机润滑油系统供油，消耗一部分转子能量为主油泵提供动能。
（ 2 ）第二阶段：由 1500r ／ min 下降至 150r ／ min 左右，下降速度较慢。
这个阶段鼓风摩擦损失显著降低，转子的动能的消耗主要在克服调速器、轴承和传动齿轮等机械磨擦阻力。由于鼓风摩擦损失与转速的三次方成正比，此阶段的摩擦鼓风损失较高速下的摩擦鼓风损失小得多，故这个阶段各项损失之和是最小的因此这个阶段惰走时间较长，占全程惰走时间的 70 ％ 左右。
（ 3 ）第三阶段：由 150r ／ min 下降至停止。当转速下降到某一值后，由于轴承润滑油膜发生振荡或破坏，摩擦阻力迅速增大，轴承振频和振幅明显增大，转速迅速下降到零，故曲线较陡。
3.2 原因分析
结合上面的惰走曲线分析，可以判断出：由于汽轮机跳闸后，汽缸内部压力迅速下降成为真空，根据一段抽汽温度的变化 , 可以判断一段抽汽管内之前就存在大量积水，在汽缸变成真空后，管道内积水迅速汽化，并携带大量水滴返回进入汽轮机，汽轮机高速旋转时阻力增大使得转速快速下降，同时造成一段抽汽温度和下汽缸温度也快速下降，这也是汽轮机从 6000r/min 快速降至 1900r/min 的主要原因。
当转速降至 1900r/min 左右时，在低转速下转速下降的速率本应放缓，但此时上下缸温差已经达到 45 ° C, 汽缸的变形使得部分动叶围带汽封间隙消失，产生碰磨。碰磨也造成汽轮机前后轴承振动增加，并使得转子加速停定。
4 改进措施及建议
（ 1 ）由于整个惰走过程时间较短，振动及瓦温等均未有超限，汽轮机转子、汽缸应未有太大影响，现阶段无需对缸体进行专门检查，可在机组大修期间检查下汽缸表面和动叶围带汽封情况。
（ 2 ）检查一段抽汽逆止阀活动情况；
（ 3 ）检查一段抽汽管道疏水系统情况；
（ 4 ）建议今后启停机应避免上下缸温差超过 45 ° C 。
结论
汽轮发电机组运行时，一定要密切监视设备运行工况和各个阶段各项技术参数，停机解列后，必须密切关注转子惰走时间，偏长或偏短都要认真分析，查明原因并及时处理，保证机组运行安全。
参考文献
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