加強汽輪發(fā)電機組的安裝管理有效降低對機組振動的影響

■ 趙永智 中電投工程公司 上海 265116

加強汽輪發(fā)電機組的安裝管理有效降低對機組振動的影響

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影響汽輪發(fā)電機組振動的因素很多，涉及到設(shè)計、制造、安裝、檢修和運行等方面，而且它們之間又互相影響。文章著重從汽輪發(fā)電機組本體安裝的角度來分析影響機組振動的因素，提高安裝質(zhì)量，有效地降低對機組振動的影響，從而確保機組安全穩(wěn)定地運行。

汽輪發(fā)電機組 振動 影響因素 質(zhì)量

汽輪發(fā)電機組是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機械功，再轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備，其在電廠發(fā)電中起著非常重要的作用。汽輪發(fā)電機組安裝是個非常復(fù)雜的過程，如果安裝不當(dāng)，將會對機組的振動有影響。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，為了提高能源利用率，達(dá)到節(jié)能的目的，大型汽輪發(fā)電機組的發(fā)展很快，其特點主要體現(xiàn)在參數(shù)高、容量大、尺寸長、重量重、部件多等，再加上相關(guān)要求的提高，更增加了汽輪發(fā)電機組安裝的難度。如果安裝過程控制的不好，將會對機組振動的影響非常大，甚至造成十分嚴(yán)重的后果。

機組的振動分為強迫振動和自激振動。引起機組強迫振動的原因有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡，轉(zhuǎn)子的連接和對中有缺陷，轉(zhuǎn)子彎曲，轉(zhuǎn)子受到機械摩擦力，轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的改變，電磁力不平衡等；引起機組自激振動的原因有：油膜振蕩，汽隙振蕩等。對轉(zhuǎn)動機械來說，微小的振動是不可避免的，需要解決的是盡可能地減少振動，嚴(yán)格地控制振動在允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。任何一種振動都潛伏著設(shè)備損壞的危險，影響設(shè)備的使用壽命，而超標(biāo)準(zhǔn)的強烈振動又會導(dǎo)致機組其他零部件松動、斷裂、加劇動靜部分摩擦、危機保安系統(tǒng)誤動作等，直接影響著汽輪發(fā)電機組的安全運行，甚至造成停機及整臺機組毀壞事故。

考慮到機組振動的危害性，應(yīng)高度重視振動問題。在安裝前應(yīng)明確定位，提前策劃，針對不同機組的特點，加強對相關(guān)安裝資料的審查和理解，收集相關(guān)參考資料，編制有針對性的安裝方案及優(yōu)化措施，在安裝過程中加強質(zhì)量控制，努力提高安裝工藝水平，切實地確保機組的安裝質(zhì)量，有效降低對機組振動的影響?，F(xiàn)結(jié)合汽輪發(fā)電機組本體安裝過程，從以下一些方面來討論減少影響機組振動的因素：

1 地腳螺栓和錨固板的安裝

(1)由于汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速高，振動大，對安裝基礎(chǔ)要求高，對汽輪發(fā)電機的安裝精度要求也十分嚴(yán)格。

(2)汽輪發(fā)電機的安裝、定位、緊固是由地腳螺栓和錨固板與基礎(chǔ)連接，根據(jù)相關(guān)圖紙及參考資料設(shè)計一套合理的可調(diào)式地腳螺栓及錨固板金屬框架式支撐固定結(jié)構(gòu)，不但能精確地定位地腳螺栓及錨固板，確保后續(xù)汽輪發(fā)電機組的順利安裝，而且加強了地腳螺栓及錨固板區(qū)域的基礎(chǔ)支撐剛度，從某方面可減少因基礎(chǔ)問題產(chǎn)生的機組振動。如基礎(chǔ)支撐為預(yù)埋臺板，方法同仿。

2 基礎(chǔ)處理和臺板安裝

(1)嚴(yán)格地按照圖紙及規(guī)范的要求進(jìn)行基礎(chǔ)的檢查驗收及處理，基礎(chǔ)處理方面在此主要強調(diào)基礎(chǔ)表面油污的處理及二次灌漿區(qū)域基礎(chǔ)的鏨毛。

(2)上述兩項未按要求處理將直接影響到今后基礎(chǔ)二次灌漿料與基礎(chǔ)的親和力，由此將直接降低了區(qū)域基礎(chǔ)支撐剛度。另外，應(yīng)在臺板未就位之前將基礎(chǔ)鏨毛好以避免臺板就位后局部區(qū)域無法有效處理。

(3)臺板安裝前應(yīng)先改善墊鐵的布置，墊鐵布置原則按制造廠提供的圖紙要求布置，補充或增加墊鐵的布置參考規(guī)范。如墊鐵布置不太合理，地腳螺栓緊固時，臺板剛性較差容易變形，產(chǎn)生間隙。另外，如果墊鐵接觸不實也易降低區(qū)域的抗振能力。

(4)在臺板安裝方面，在此側(cè)重討論一下臺板鏟刮。規(guī)范要求臺板與汽缸、與軸承座接合面應(yīng)光潔無毛刺，并接觸嚴(yán)密，接觸面四周用0.05mm塞尺檢查應(yīng)塞不入。一般來說施工前制造廠家及許多單位都認(rèn)為不需要鏟刮臺板，因為臺板與汽缸、與軸承座接合面均經(jīng)過精密銑床加工，且出廠前制造廠已經(jīng)對臺板進(jìn)行了研刮，故應(yīng)該符合安裝要求；再加上所有汽輪機部件重量均落在臺板上,只要臺板下部墊鐵布置得當(dāng),墊鐵荷重分配合理,原有的間隙會因臺板微小變形而消除。而實際上由于運輸及存放的原因,臺板接合面接合并不嚴(yán)密,特別是臺板與軸承座接合面,較大的間隙在汽缸就位安裝時是不能消除，故需采取傳統(tǒng)的臺板研磨方法處理。盡管增加了工作量，但能有效保證臺板的安裝質(zhì)量，減少了因臺板安裝質(zhì)量問題產(chǎn)生的振動因素。

3 基礎(chǔ)沉降影響

若基礎(chǔ)存在不均勻沉降將直接影響到汽輪機的過程安裝及最終安裝質(zhì)量，運行時各軸承受力不均，空負(fù)荷狀態(tài)即出現(xiàn)振動，運行工況改變振動也變化，振幅不穩(wěn)定。因此汽輪機基礎(chǔ)除了要有足夠的剛性還要定期進(jìn)行沉降觀測。

3.1 規(guī)范要求沉降觀測至少應(yīng)配合下列工序

3.1.1 基礎(chǔ)養(yǎng)護期滿后（原始數(shù)據(jù)）;

3.1.2 汽輪機全部汽缸就位和發(fā)電機定子就位前后；

3.1.3 汽輪機和發(fā)電機二次澆灌混凝土前;

3.1.4 整套試運行后等。

為了確保安裝質(zhì)量，應(yīng)加強過程控制，除了遵守制造廠相關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)考慮增加其他沉降檢測工序控制點，如增加關(guān)于凝汽器灌水試驗、汽輪發(fā)電機靠背輪找中心、扣缸前、對輪連接前、汽機抽真空、機組啟動前等沉降檢測工序等，通過對觀測點沉降數(shù)據(jù)的積累和分析，確定基座的相對沉降量，為機組安裝提供依據(jù)。

3.2 當(dāng)遇基礎(chǔ)不均勻沉降，致使隔日的測量記錄有明顯變化時，不得進(jìn)行設(shè)備的相關(guān)安裝工作，應(yīng)加強監(jiān)測并研究處理

3.3 另外，從其它工程的經(jīng)驗來看，載荷變化和氣溫變化對基座的不均勻沉降影響最大

在施工前期制定施工綜合進(jìn)度時，應(yīng)使汽輪發(fā)電機基座盡早澆筑完畢；編制專業(yè)施工組織設(shè)計時應(yīng)根據(jù)汽輪發(fā)電機一條線的安裝工序作統(tǒng)籌安排，盡早對凝汽器進(jìn)行灌水試驗，將聯(lián)軸器聯(lián)接時間后移，從而減少從低發(fā)聯(lián)軸器聯(lián)接到機組投運的時間間隔；制定設(shè)備交付計劃時，盡早將設(shè)備荷載作用在汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)之上等。

4 軸承座、軸承安裝

(1)軸承座底平面與基礎(chǔ)臺板接觸不良、地腳螺栓未按要求緊固或緊力不均勻等將降低軸承座的聯(lián)接剛度，從而降低了軸承座的抗振能力。軸承安裝過程中，由于軸瓦緊力、墊塊接觸、頂隙和連接剛度等方面問題都可能影響軸承的抗振能力。故在安裝過程中應(yīng)高度重視，嚴(yán)格按要求控制安裝質(zhì)量。

(2)重視軸承的標(biāo)高問題，如果轉(zhuǎn)子兩端的軸承標(biāo)高不在一個合理的范圍內(nèi)，則兩端軸承的負(fù)荷分配就不合理，將造成軸瓦內(nèi)的油膜形成不好或根本不能建立油膜。由此極易誘發(fā)機組的自激振動或產(chǎn)生碾瓦現(xiàn)象，從而引發(fā)機組振動。因此，安裝期間，應(yīng)根據(jù)制造廠家的建議，再結(jié)合各廠的實際情況對機組的軸承標(biāo)高進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)整。另外，根據(jù)不同組設(shè)計特點，考慮各軸承標(biāo)高情況，預(yù)先在具體墊鐵配制過程中留有相應(yīng)的預(yù)抬量，便于調(diào)整，以滿足不同軸承負(fù)荷的要求。

(3)推力軸承是轉(zhuǎn)子相對于汽缸的膨脹死點，轉(zhuǎn)子軸向竄動量如不符合要求，竄動量過小不能保證推力瓦塊形成正常的油膜厚度，而在運行中油溫會升高或出現(xiàn)摩擦痕跡，如竄動量過大，在汽輪機負(fù)荷突然改變時，可能會使推力瓦塊受到?jīng)_擊，或造成動靜碰磨情況的發(fā)生，從而引起機組振動。因此，應(yīng)嚴(yán)格地按照圖紙及規(guī)范的要求在安裝前對推力瓦進(jìn)行檢查處理，在安裝過程中進(jìn)行推力瓦間隙和接觸程度的檢測并作好記錄。

5 轉(zhuǎn)子葉片問題

當(dāng)汽輪機發(fā)生斷葉片時，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機組的振動會發(fā)生明顯的變化，振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化。為了避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格地按照圖紙及規(guī)定的要求對現(xiàn)場到貨的轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行檢查處理，各級葉片逐一進(jìn)行外觀檢查，轉(zhuǎn)子葉片及復(fù)環(huán)應(yīng)無松動和損傷，鑲嵌應(yīng)平整，無凸出部分。另外，現(xiàn)場還應(yīng)對葉片進(jìn)行靜頻率試驗等，有效確保轉(zhuǎn)子葉片的質(zhì)量。

6 機組中心影響

嚴(yán)格的講，機組中心應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度。關(guān)于軸承標(biāo)高對機組振動的影響，前面已經(jīng)講到?，F(xiàn)重點介紹其他兩個方面。

(1)如果轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。若碰磨發(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，則會使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強迫振動。

(2)當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓節(jié)圓不同心、端面瓢偏、連接螺絲緊力明顯不對稱時，不論圓周和端面如何正確，當(dāng)把連接螺栓擰緊后，都會使連接軸系不同心和不平直，還會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生預(yù)載荷。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸系同心度和平直度會直接產(chǎn)生振動的激振力，引起機組的振動。

(3)針對機組中心問題，安裝期間，應(yīng)按照圖紙要求，在制造廠家的指導(dǎo)下，同時結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，并根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗綜合考慮半缸和全缸情況、凝汽器接缸、灌水試驗、抽真空，及運行工況等方面的影響進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整處理，以減少因機組中心問題對機組振動造成的影響。通常來說以低壓轉(zhuǎn)子作為汽輪機發(fā)電機組軸系的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子，其前后軸徑的揚度按照其設(shè)計要求控制調(diào)整，整條軸系的找正都是以基準(zhǔn)的低壓轉(zhuǎn)子為基礎(chǔ)進(jìn)行，相關(guān)靜止部套、缸體等再分別相對于轉(zhuǎn)子進(jìn)行調(diào)整。聯(lián)軸器找中心應(yīng)根據(jù)聯(lián)軸器中心偏差的測量結(jié)果來進(jìn)行調(diào)整。

7 滑銷系統(tǒng)影響

不論是汽輪機還是發(fā)電機，當(dāng)機組帶負(fù)荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，而又不能讓其自由膨脹，滑銷系統(tǒng)就是用于引導(dǎo)整個機組按預(yù)定方向自由膨脹，保證汽輪發(fā)電機組動、靜部分中心位置及各處間隙在膨脹過程中均能滿足要求，達(dá)到穩(wěn)定運行的目的。當(dāng)由于某種原因使滑銷系統(tǒng)卡澀時，機組的膨脹就會受到限制，當(dāng)機組的膨脹受到限制時就會引起機組較大的振動，嚴(yán)重時以至于不能開機或引起動靜碰磨，從而造成更大的破壞。

因此，應(yīng)嚴(yán)格地按照圖紙及規(guī)范的要求進(jìn)行滑銷系統(tǒng)的檢查、安裝。如滑銷、銷槽及引進(jìn)型機組低壓缸的縱、橫向定位錨固板尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求且與設(shè)備能互相配合，各滑動配合面應(yīng)無損傷和毛刺，必要時應(yīng)進(jìn)行修刮。滑銷進(jìn)行試裝時，應(yīng)滑動自如。如滑銷間隙不合理應(yīng)進(jìn)行調(diào)整處理等?；N在汽缸、臺板或軸承座上必須牢固地固定，直接鑲嵌的必須有一定的緊力，用螺栓連接的其定位銷必須緊固，固定滑銷的螺釘不得影響滑銷的間隙，內(nèi)外缸水平上的橫銷，在軸向位置固定后必須焊牢等。

8 動靜間隙

8.1 汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸和軸封之間以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙

8.1.1 當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機效率會下降；

8.1.2 當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子與軸封之間的間隙過大時可能引起蒸汽外泄或空氣內(nèi)漏，從而影響機組的效率和真空；

8.1.3 當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時，同樣影響發(fā)電機的效率。

8.1.4 但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動靜碰磨，進(jìn)一步會使機組的振動變化，以至于機組振動超標(biāo)。

因此，現(xiàn)場按制造廠要求合理調(diào)整它們之間的間隙是非常重要的。

9 活動部件

安裝期間如果有活動部件進(jìn)入汽輪機而未能發(fā)現(xiàn)，此活動部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機葉片，從而造成嚴(yán)重的事故，并引發(fā)機組振動。如果發(fā)電機內(nèi)存在活動部件，一方面可能一啟動電機造成內(nèi)部短路;另一方面可能引起機組振動的不穩(wěn)定，這將會對機組振動的診斷帶來困難。因此，應(yīng)加強安裝過程中的管理，加強安全文明施工，并在工作服、人員、材料、環(huán)境、記錄、清理、檢查等方面作出嚴(yán)格的規(guī)定，避免因活動部件進(jìn)入而產(chǎn)生機組振動的風(fēng)險發(fā)生。

10 浮動油擋安裝影響

為了增加密封效果，很多機組加裝了浮動油擋。如果浮動油擋設(shè)計、制造、安裝不當(dāng)，都可能引起振動。如浮動油擋徑向安裝間隙過小造成與轉(zhuǎn)軸之間發(fā)生了干磨檫，浮動油擋與轉(zhuǎn)子凸肩之間的軸向間距預(yù)留的不夠，導(dǎo)致機組受熱膨脹后浮動油擋與轉(zhuǎn)子凸肩發(fā)生軸向碰磨，以及浮動油擋軸向定位部件安裝不當(dāng)造成軸向偏斜等等。

因此，在安裝時，應(yīng)將徑向間隙適當(dāng)放大，保持合理的徑向和軸向間隙；考慮機組受熱膨脹，轉(zhuǎn)子的不同位置膨脹量不同，應(yīng)在安裝前檢查油擋安裝位置，如浮動油擋與轉(zhuǎn)子凸肩之間的軸向間距預(yù)留的不夠，應(yīng)及時采取處理措施；浮動油擋安裝應(yīng)固定牢固，必要時可考慮增加固定方式，避免因軸向定位部件安裝不當(dāng)造成軸向偏斜等。另外，對浮動油擋可采用了外接潤滑油的方法，消除浮動環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的干摩擦等，減小浮動油擋碰磨對軸系振動的影響。

11 機組真空影響

機組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座落在排汽缸上的機組來說，真空變化時大氣壓力對排汽缸的功能力就要變化，使和排汽缸連成一體的后軸承座發(fā)生上下位移；真空變化時，排汽溫度變化，使排汽缸熱膨脹值變化，也會引起后軸承座上下位移，這些都能影響機組中心在垂直方向的變化，若處理不當(dāng)時就可能引起振動。

因此，應(yīng)重視涉及真空方面的安裝工作，做好系統(tǒng)真空查漏工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，有效保證安裝質(zhì)量。同時安裝過程中應(yīng)根據(jù)制造廠家的建議及相關(guān)工程經(jīng)驗提前考慮機組抽真空及運行情況下的影響因素，在軸承座安裝過程中，提前考慮軸承標(biāo)高的預(yù)留量，對軸承的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

12 發(fā)電機、勵磁機磁場中心不對稱

發(fā)電機、勵磁機磁場中心不對稱有兩種：

12.1 軸向磁場中心不對稱

12.2 圓周方向磁場中心不對稱引起空氣間隙不對稱，前者易發(fā)生周期性的軸向振動，后者會引起靜子的振動

考慮到減少振動問題，應(yīng)加強現(xiàn)場的安裝調(diào)整工作。在現(xiàn)場測量方面原則上發(fā)電機的空氣間隙和磁力中心無特殊原因應(yīng)現(xiàn)場進(jìn)行測量，但由于結(jié)構(gòu)原因無法進(jìn)行空氣間隙現(xiàn)場測量時，如端蓋軸承式發(fā)電機的空氣間隙安裝過程中對出廠裝配位置未變動者可不再測量；由于結(jié)構(gòu)原因無法按常規(guī)方法進(jìn)行磁力中心直接測量時，在穿轉(zhuǎn)子前可采用分別做好定子、轉(zhuǎn)子軸向相對位置的外引值的方法，來確定磁力中心。對于軸向磁場中心和空氣間隙問題，可根據(jù)現(xiàn)場實際在制造廠家的指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)整，以確保設(shè)備的軸向磁場中心和空氣間隙符合要求。

另外，在安裝過程中定期對發(fā)電機轉(zhuǎn)子、定子進(jìn)行絕緣測試等相關(guān)工作，確保機組安全運行。

13 施工工序的影響

安裝過程中因施工工序不合理，將直接影響安裝的質(zhì)量。而一個合理的施工工序，不但能提高安裝的效率，更主要的是能更好地保證安裝質(zhì)量，如此將能有效地減少對機組振動的影響。

汽輪發(fā)電機組本體安裝和凝汽器的安裝是一個有機的整體，不可忽視任何一個方面。緊緊抓住影響振動的一條線，在專業(yè)施工組織設(shè)計中明確了各施工質(zhì)量控制點，制定合理的施工綜合進(jìn)度。為了減少基礎(chǔ)沉降對現(xiàn)場安裝的影響，應(yīng)盡可能使汽輪發(fā)電機基座盡早澆筑完畢，盡早對凝汽器換熱管進(jìn)行灌水查漏，盡早將設(shè)備荷載作用在汽輪發(fā)電機基礎(chǔ)之上，如定子盡早吊裝就位等；同時定期觀察汽輪發(fā)電機組基礎(chǔ)的沉降情況，使安裝各階段基礎(chǔ)沉降變化做到心中有數(shù)，并在安裝時想辦法消除基礎(chǔ)不均勻沉降。統(tǒng)籌安排汽輪發(fā)電機組一條線的安裝工序，減小基礎(chǔ)沉降對最終軸系找中的影響，將聯(lián)軸器聯(lián)接時間后移，從而減少從聯(lián)軸器聯(lián)接到機組投運的時間間隔，并采取不同階段多次找正、復(fù)查和調(diào)整的措施等等?？傊?，合理的施工工序，不但能夠保證了安裝工作高效有序的進(jìn)行，又能提高了安裝質(zhì)量，從而有效地減少對機組振動的影響。

15 結(jié)束語

在汽輪發(fā)電機組安裝的過程中影響機組振動的因素很多，且影響因素之間又相互關(guān)聯(lián)。除上述以外，安裝過程中低壓缸的拼接、零部件松動、凝汽器接缸、汽缸負(fù)荷試驗、汽機扣蓋、相關(guān)大管道與汽輪機的連接、油系統(tǒng)清潔度、基礎(chǔ)二次灌漿、凝汽器灌水試驗等等安裝問題都會影響機組振動。隨著機組容量的增大，相關(guān)要求的提高，涉及到的影響因素更多，機組振動問題也更加復(fù)雜。因此，需要通過不斷地學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗，提高對機組振動問題的認(rèn)知，對于不同的機組，有針對地進(jìn)行分析、研究，切實地做好方案及措施的編制，加強汽輪發(fā)電機組的安裝管理，嚴(yán)抓安裝質(zhì)量，努力提高安裝工藝水平等，從而有效地減少因安裝問題產(chǎn)生的機組振動。在此僅討論了因安裝問題影響機組振動的一些方面，希望能夠給以參考，為以后的汽輪發(fā)電機組安裝提供幫助。

1 電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范《汽輪機機組篇》.中國電力企業(yè)聯(lián)合會基建工作部.

2 錢德祥.《大型汽輪機安裝》.水利電力出版社.

3 施維新.《汽輪發(fā)電機組振動及事故》.中國電力出版社.1998.10

4 謝尉揚.《大型汽輪發(fā)電機基座不均勻沉降及其影響》.電力建設(shè).1999（1）.

5 施維新.《浮動和接觸密封對軸系振動影響的測試及分析》.發(fā)電技術(shù).2004.（2）.

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1672-9323（2010）06-0068-04

2010-10-20）