31－6型汽輪機(jī)振動(dòng)原因分析及解決措施

曾新華

(南京梅山能源有限公司，江蘇 南京 210039)

1 機(jī)組概況

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)是反映機(jī)組運(yùn)行安全性的重要指標(biāo)，影響轉(zhuǎn)子振動(dòng)的因素較多，處理起來(lái)也比較困難。

某電廠31－6型汽輪機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的單缸沖動(dòng)式凝汽機(jī)組，額定功率為6000 kW，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，臨界轉(zhuǎn)速為1800～2000 r/min，工作汽壓為3.4 MPa。機(jī)組布置如圖1所示，#1，#2軸承支撐汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，#1軸承為坐落在前箱內(nèi)的推力支撐軸承，#2軸承坐落在排汽缸上，#3，#4軸承支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，#3軸承坐落在排汽缸上，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用齒套聯(lián)軸器連接。

圖1 31－6型汽輪機(jī)組軸系簡(jiǎn)圖

2 汽輪機(jī)組振動(dòng)情況分析

2.1 汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象

2008年，該機(jī)組運(yùn)行正常，后因公司中壓蒸汽不足，機(jī)組停機(jī)2年。2010年6月啟動(dòng)該機(jī)組，機(jī)組運(yùn)行在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)較以前有所增大，機(jī)組運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)較以前稍有增加，機(jī)組加負(fù)荷至額定負(fù)荷時(shí)，#2，#3瓦處振動(dòng)明顯加大。用簡(jiǎn)易測(cè)振筆測(cè)量4個(gè)軸承座振動(dòng):#2軸承座振動(dòng)波動(dòng)較大，#2軸承座y方向振動(dòng)從36.2 μm發(fā)生波動(dòng)，幅度為5～68μm，#3軸承座x方向振動(dòng)從30.2μm發(fā)生波動(dòng)，幅度為5～58 μm，#1，#4軸承座振動(dòng)都為30 μm左右，表1就是當(dāng)時(shí)用簡(jiǎn)易測(cè)振筆測(cè)量的軸承座振動(dòng)值。盡管振動(dòng)偏大，但考慮到生產(chǎn)的需要，設(shè)備還是持續(xù)運(yùn)行了一段時(shí)間，但#2，#3軸承座振動(dòng)在緩慢加大，#2軸瓦溫度開始升高，而且#1軸承座振動(dòng)也開始加大，振動(dòng)已經(jīng)嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，遂決定停機(jī)檢修。

表1 某時(shí)刻各軸承座振動(dòng)值 μm

2.2 原因分析

2008年該設(shè)備屬于正常停機(jī)，查看運(yùn)行記錄，機(jī)組在停機(jī)前，#1，#2，#3，#4軸承座振動(dòng)均在30.0 μm以內(nèi)，#3軸承座振動(dòng)最大，也不過才28.5 μm，屬于正常值，#1～#4軸承瓦溫也在正常范圍之內(nèi)(50℃左右)，說明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)良好。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一般存在轉(zhuǎn)子熱變形的機(jī)組，只要在機(jī)組充分暖機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行，機(jī)組振動(dòng)會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加有所下降，因此，判斷該設(shè)備存在異常。

為了消除機(jī)組因熱脹冷縮造成的影響，低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下充分暖機(jī)，通過檢查沒有發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程中絕對(duì)膨脹、脹差存在異常，軸承座與臺(tái)板接觸面也沒有出現(xiàn)間隙，軸承座與臺(tái)板接觸面接觸均勻，軸承座能在臺(tái)板上自由滑動(dòng)，不會(huì)發(fā)生因熱膨脹受阻而使汽缸缸體變形的故障。機(jī)組轉(zhuǎn)速為3000r/min以及帶6000 kW負(fù)荷時(shí)，熱膨脹都達(dá)到了運(yùn)行的要求，機(jī)組振動(dòng)不見減小，反而有增大的趨勢(shì)。該機(jī)組振動(dòng)的基本特點(diǎn)是，隨著時(shí)間增加，不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)增加，造成這種振動(dòng)故障的可能原因是:

(1)汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)兩轉(zhuǎn)子對(duì)中不精準(zhǔn);

(2)軸瓦基礎(chǔ)松動(dòng)或瓦面有損壞;

(3)轉(zhuǎn)子彎曲。

3 檢修中的檢查以及故障處理

3.1 轉(zhuǎn)子彎曲

該機(jī)組在2008年正常停役后，有2年沒有啟動(dòng)過，而且在該段時(shí)間內(nèi)，機(jī)組沒有做過例行保養(yǎng)，轉(zhuǎn)子也沒有進(jìn)行過盤車，轉(zhuǎn)子受重力的影響，肯定存在一定的彎曲。因此，設(shè)計(jì)廠家在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)子受自重影響帶來(lái)的彎曲，轉(zhuǎn)子彎曲對(duì)振動(dòng)的影響應(yīng)該在可控范圍之內(nèi)。此次檢修過程中，在#1軸承處、#2軸承處分別用合像水平儀測(cè)量轉(zhuǎn)子的揚(yáng)度，均沒有發(fā)現(xiàn)大的異常狀況。

3.2 汽輪機(jī)檢修中發(fā)現(xiàn)的問題分析

汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用齒套聯(lián)軸器連接，齒套在軸系中不是剛性聯(lián)接，而是靠齒輪嚙合定位的。在齒套聯(lián)軸器中，當(dāng)齒輪與齒套嚙合時(shí)，能自動(dòng)定心而使齒套浮動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力一旦大于嚙合時(shí)的摩擦力，便會(huì)發(fā)生偏心嚙合而使振動(dòng)值突然上升。齒套間隙越大，其振動(dòng)變化也越大;不平衡量越大，軸系負(fù)載越小，此突變發(fā)生的轉(zhuǎn)速也越低。因此，為了使振動(dòng)控制在較小值內(nèi)，嚴(yán)格控制齒套與齒輪的間隙是很有必要的。

在檢查中發(fā)現(xiàn)，齒套聯(lián)軸器嚙合齒磨損十分嚴(yán)重，導(dǎo)致齒輪與齒套之間的間隙＞0.3 mm，間隙過大會(huì)引起轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)兩轉(zhuǎn)子對(duì)中不良。嚙合齒磨損需要一個(gè)過程，前期設(shè)備運(yùn)行正常，設(shè)備停役一段時(shí)間后再開啟，就表現(xiàn)出了嚙合齒輪嚴(yán)重磨損的情況。經(jīng)過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，該齒套聯(lián)軸器在運(yùn)行中是靠潤(rùn)滑油冷卻的，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該潤(rùn)滑油管管道中間某處被敲扁，影響了冷卻潤(rùn)滑油的流量，導(dǎo)致齒套聯(lián)軸器潤(rùn)滑不良。

依次對(duì)#1，#2，#3，#4軸瓦進(jìn)行了檢查，最后發(fā)現(xiàn):#1軸瓦下支撐面局部有裂紋，#2軸瓦上、下支撐面出現(xiàn)了嚴(yán)重的烏金脫胎，如圖2所示。#3軸承無(wú)緊力，軸承座底部有間隙，瓦側(cè)間隙大，瓦面無(wú)破損，#4軸瓦無(wú)異常。瓦側(cè)間隙就是振動(dòng)空間，如果振動(dòng)力一定，軸瓦對(duì)軸頸約束得緊，振幅就小，反之就大。#2軸瓦損壞，#3軸承無(wú)緊力，軸承座底部有間隙，瓦側(cè)間隙大，當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)，軸瓦對(duì)其約束減少，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)兩轉(zhuǎn)子在#2，#3軸承處約束減少，兩轉(zhuǎn)子對(duì)中不良，最終表現(xiàn)為振動(dòng)過大。

3.3 檢修中的處理對(duì)策

機(jī)組振動(dòng)大的原因找到后，在檢修中進(jìn)行了處理。按照?qǐng)D紙尺寸重新加工制作了1副齒套聯(lián)軸器，對(duì)輪螺栓也重新進(jìn)行了加工，制作廠家按照要求對(duì)齒套聯(lián)軸器進(jìn)行了動(dòng)平衡和晃度檢驗(yàn)，均達(dá)到了要求。在安裝過程中，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備檢修、安裝工藝。對(duì)原來(lái)潤(rùn)滑聯(lián)軸器不通的油管重新制作，油管末端適當(dāng)打扁，便于潤(rùn)滑油能均勻噴灑在聯(lián)軸器嚙合齒輪上。

圖2 #2軸瓦上支撐面烏金脫胎

#1軸瓦下支撐面局部有裂紋，補(bǔ)焊后修刮瓦面，#2軸瓦烏金脫胎，重新澆鑄烏金后切削加工，最后用刮刀在瓦面上做出合格的油楔。#1～#4軸承都按照汽輪機(jī)設(shè)備檢修工藝要求進(jìn)行安裝，軸瓦與軸側(cè)間隙為0.25 mm，軸瓦與軸頂部間隙為0.20 mm;同時(shí)，#1～#4軸承與瓦枕之間為過盈配合，過盈量為0.05 mm(汽輪機(jī)廠家安裝要求的范圍之內(nèi))。

4 運(yùn)行情況

設(shè)備檢修后進(jìn)行了調(diào)試，機(jī)組運(yùn)行在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，#1～#4軸承中#2軸承振動(dòng)最大，最大值為58 μm;額定轉(zhuǎn)速時(shí)，#1～#4軸承振動(dòng)均不超過30 μm;機(jī)組工作在額定負(fù)荷時(shí)，#1～#4軸承振動(dòng)不超過30 μm，說明該機(jī)組振動(dòng)問題已經(jīng)得到了圓滿的解決。表2是機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)各軸承座振動(dòng)的測(cè)量值。

表2 檢修后某時(shí)刻各軸承座振動(dòng)值 μm

5 結(jié)論

(1)該機(jī)組的振動(dòng)是由兩轉(zhuǎn)子對(duì)中不良引起的，對(duì)中不精準(zhǔn)的原因是聯(lián)軸器嚙合齒輪磨損，導(dǎo)致齒套與齒輪間隙過大。機(jī)組振動(dòng)大后影響到軸承，軸瓦烏金面損壞，加大機(jī)組的對(duì)中不精準(zhǔn)，振動(dòng)也隨著加大。

(2)機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下，應(yīng)該嚴(yán)密監(jiān)視軸承振動(dòng)，查找原因，必要時(shí)停機(jī)進(jìn)行處理，否則會(huì)造成機(jī)組損壞。

(3)設(shè)備檢修應(yīng)嚴(yán)格按照檢修工藝要求進(jìn)行，特別是軸瓦的緊力、瓦側(cè)間隙、轉(zhuǎn)子的對(duì)中要仔細(xì)調(diào)整，有疑問要及時(shí)查找原因。

［1］山西省電力工業(yè)局.汽輪機(jī)設(shè)備檢修 (高級(jí)工)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1997.

［2］孫義岡，陳耿，李偉華.齒套聯(lián)軸器對(duì)汽輪機(jī)軸系振動(dòng)的影響［J］.動(dòng)力工程，1991(6):21－24.

［3］薛林慧，張艾麗，趙峰.305小汽輪機(jī)振動(dòng)分析及解決措施［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2000(4):246－248.

［4］張亞平.某300 MW汽輪機(jī)軸系振動(dòng)問題分析及處理［J］.東方電氣評(píng)論，2009(3):17 －19.

［5］張學(xué)延，張衛(wèi)軍，周亮，等.國(guó)產(chǎn)600 MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題分析及處理［J］.熱力發(fā)電，2006(7):44－47.

［6］郭無(wú)限.軸承剛性對(duì)汽輪機(jī)軸系振動(dòng)的影響［J］.洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2003(4):98－100.

［7］金建國(guó)，王愛起.某電廠300 MW汽輪機(jī)軸系振動(dòng)的原因分析［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1999(4):244－247.

［8］華春海，劉瑞，李世杰，等.寧德發(fā)電廠#4汽輪機(jī)組軸系振動(dòng)的治理［J］.電力設(shè)備，2007(10):71－73.

［9］李飚.300 MW機(jī)組軸系統(tǒng)振動(dòng)分析及處理［J］.華電技術(shù)，2010，32(S1):39 －42.

［10］羅玉環(huán).發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置缺陷分析和處理［J］.華電技術(shù)，2011，33(6):42－44.