李景意 胡发超
山东核电有限公司 山东 烟台265116
摘要：在某核电厂通过试验验证了通过降低低压缸轴封蒸汽温度，可以降低低压缸的轴承振动。
关键词：轴封；振动
1 概述
某核电厂汽轮机为三菱公司生产的单轴、四缸六排汽的反动凝汽式汽轮机，工作转速1500rpm、一个高压缸、三个低压缸，四个缸通流部分均是双流对称分布式。一个高压转子、三个低压转子通过刚性联轴器接成一个轴系，再通过刚性联轴器与发电机转子相联。
轴封系统（GSS）主要功能是以一定压力和流量向汽轮机轴封提供密封蒸汽，防止真空运行时空气漏进缸体或正压运行时蒸汽漏出汽轮机。轴封系统收集并凝结从汽轮机轴封和阀杆(主汽门MSV，调节汽门GV，再热汽门RSV，再热调门ICV)漏出的蒸汽，并将凝结水回收到凝汽器热井，使二回路的补水需求最小化。
轴封系统主要设备包括：四类蒸汽压力调节阀（一级调节阀、二级高压轴封调节阀、二级低压轴封调节阀、溢流阀），一个轴封冷却器，两个轴封冷却器排风风机，管道，轴封以及相关的控制和仪表。轴封系统（GSS）的流程简图如下（图一）。
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2 系统运行
如图所示，轴封系统（GSS）接受辅助蒸汽（ASS）母管供应的轴封蒸汽，经过轴封蒸汽一级调节阀、高压缸轴封蒸汽调节阀、低压缸轴封蒸汽调节阀后送往高、低压缸轴封，为高、低压缸轴封提供密封蒸汽。轴封蒸汽乏汽通过回流管道排回至轴封蒸汽冷凝器，轴封冷凝器的壳侧上装有轴封蒸汽排风机，通过保持微小的真空从汽轮机轴封冷凝器中抽取水蒸汽和不凝结气体通过排风机排入大气。轴封蒸汽冷凝器由汽轮机凝结水系统冷却，并使冷凝器保持微负压从而使汽轮机轴封回流的压力始终略低于大气压力，从而防止密封蒸汽从汽轮机轴封的端部漏出。轴封蒸汽冷凝器同时还收集汽轮机阀门（MSV，GV，RSV，ICV）的阀杆漏汽，冷凝器中的蒸汽冷凝后的凝结水通过一个U型水封后排向凝结水回收箱，最终流入凝汽器。
轴封系统（GSS）在汽轮机盘车启动后、抽真空开始之前投入运行，轴封系统的运行可以使转子均匀升温。轴封蒸汽供汽母管的压力由第一级压力调节阀控制在1.55MPa.a。第二级的阀门将送往汽轮机高、低压缸的轴封蒸汽压力降低到0.13MPa.a。所有这些调节阀都是故障锁开的气动调节阀，这样可以保证在有1个阀门出现故障时，仍然可以连续不断的提供轴封蒸汽。这些阀门接受来自汽轮机控制系统（TOS）的自动控制信号。高压缸排汽压力会随着汽轮机负荷的增长而升高，当电功率达到10%-15%时，高压缸的排汽压力将会接近并达到轴封蒸汽的压力，高压缸轴封处蒸汽的流向将会倒转，实现自密封，这样高压缸就无需轴封蒸汽的继续供给了（图二）。
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3 轴封蒸汽降温装置简述
在轴封系统（GSS）最初的原设计中，并没有图一中的低压缸轴封蒸汽降温装置（红色部分），而在汽轮机组热态调试期发现，在电功率40%——80%负荷期间时，汽轮机低压缸的轴承振动有增大的趋势，并且这种振动增大的趋势无法通过缓慢升降负荷方式进行缓解。设计方分析产生此现象的原因是由于在低负荷时，供给低压缸的轴封蒸汽温度过高导致，在后续的解决方案中，采取临时变更手段，在低压缸的轴封供气母管上增加了一台表面式换热器——低压缸轴封蒸汽降温装置，该装置用于降低低压缸轴封蒸汽的温度，其冷却水取自于汽轮机厂房的闭式设备冷却水系统。该设备简图如下（图三）：
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4 轴封蒸汽降温装置的应用和验证
接下来的调试升功率试验期间，在汽轮机发电机并网升负荷至10%电功率时，通过投入设备冷却水，将低压缸轴封蒸汽降温装置投入运行，通过手动调节冷却水的流量来控制低压缸轴封蒸汽的温度，手动将低压缸轴封蒸汽的温度由之前的150℃降低到了110℃——125℃，在汽轮机组整个升负荷运行阶段，记录了三个低压缸轴承的振动数据。
如下（图四）所示为前后两次试验过程中三个低压缸轴承振动曲线，其中左侧是在未投运低压缸轴封蒸汽降温装置时的轴承振动曲线，右侧是投运该装置之后的轴承振动曲线。从趋势图对比中可以看出，在汽轮机低负荷运行期间，投运轴封蒸汽降温装置后，轴承振动峰值明显降低。
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从图四的趋势图中看出，1号低压缸轴承在未投运低压缸轴封蒸汽降温装置时，轴振的峰值为0.108mm，在投入了降温装置后，轴振峰值降为0.056mm；2号低压缸轴承在未投运低压缸轴封蒸汽降温装置时，轴振的峰值为0.123mm，在投入了装置后，轴振峰值降为0.053mm；3号低压缸轴承在未投运低压缸轴封蒸汽降温装置时，轴振的峰值为0.11mm，在投入了装置后，轴振峰值降为0.06mm。
从试验数据上来看，验证了在汽轮机组运行期间，尤其是在低负荷阶段，低压缸轴封蒸汽降温装置确实对降低轴承振动有着良好的应用效果。
5 结论
该电厂的汽轮机组轴承振动的报警设定值是0.17mm，在汽轮机组运行期间，未投运低压缸轴封蒸汽降温装置的情况下，低压缸轴承的振动峰值最高为0.123mm，并未超过轴承振动的高报警限值，因此在汽轮机组升负荷期间，并不需要投运低压缸轴封蒸汽降温装置，但从安全的角度考虑，该装置仍然可以作为降低汽轮机轴振的一种备用的手段。
在考虑低压缸轴封蒸汽降温装置的运行方式的时候，从前后两次试验的结果来看，可以确定在机组正常满功率运行期间，轴封系统运行正常，汽机差账、振动均正常，因此机组满功率运行期间该装置是不需要投运的，此时轴封蒸汽降温装置的设备冷却水侧的进、出口阀应当处于关闭状态，同时为了避免设备冷却水侧存水后被蒸汽侧加热导致超压，我们退出轴封蒸汽降温装置的时候，需要将设备冷却水侧隔离后排空。
另外在机组升降负荷期间，正常工况下汽轮机组在低负荷区间不做停留时，则可以不投运该降温装置，在此工况下若低压缸轴承的振动值超过报警定值，触发了报警信号，则可以按照报警响应的规程投运该冷却装置。
若汽轮机组需要长期运行在低负荷阶段，为了保证机组安全，则建议持续投运该冷却装置，来降低低压缸轴承的振动。
参考文献：
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