華能福州電廠三期工程汽輪發(fā)電機(jī)組安裝振動控制

張增輝

(華能福州電廠，福建省 長樂市，350200)

0 引言

華能福州電廠三期工程采用基于西門子技術(shù)的660 MW超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)，配套發(fā)電機(jī)為QFSN-660-2型660 MW汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組共8個軸承，汽輪機(jī)由5個軸承支承，發(fā)電機(jī)和集電環(huán)軸由3個軸承支承。本文分析了華能福州電廠5、6號汽輪機(jī)安裝過程可能影響振動的細(xì)節(jié)，給出了相應(yīng)的振動控制措施，確保了機(jī)組一次沖轉(zhuǎn)成功并且各個軸瓦振動均達(dá)到優(yōu)良水平。

1 設(shè)備出廠質(zhì)量控制

(1)提高廠內(nèi)動平衡精度。汽輪機(jī)的廠內(nèi)動平衡精度標(biāo)準(zhǔn)是2.1 mm/s，由于現(xiàn)場安裝可能出現(xiàn)偏差，尤其是靠背輪連接前后的晃度偏差，電廠要求動平衡精度為1.0 mm/s，發(fā)電機(jī)-勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子滿足廠內(nèi)動平衡時，6、7、8號瓦軸振動不大于27 μm，動平衡過程由專業(yè)監(jiān)造單位監(jiān)造驗收。高精度動平衡為汽輪機(jī)正常運行時振動保持在優(yōu)良范圍提供了基礎(chǔ)。

(2)在制造廠內(nèi)研磨軸承與瓦枕的接觸面。安裝5號發(fā)電機(jī)時，發(fā)現(xiàn)6、7號瓦與瓦枕球面接觸情況較差，現(xiàn)場研磨了近20天時間，研磨效果勉強(qiáng)合格。安裝6號發(fā)電機(jī)時，要求廠家研磨合格后才發(fā)貨，雖然發(fā)貨時間推遲了幾天，但是比現(xiàn)場研磨節(jié)省了大量時間，而且研磨效果很好，6、7號瓦與瓦枕球面接觸面積超過90%，完全符合驗收質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2 基礎(chǔ)二次灌漿控制

基礎(chǔ)二次灌漿前，要認(rèn)真檢查基礎(chǔ)鑿毛狀況及清潔度，如果基礎(chǔ)清理不好，二次灌漿與基礎(chǔ)結(jié)合就差［1］。灌漿前，按照圖紙要求，在軸承座筋板處粘貼泡沫，給軸承座膨脹留出空間。在基礎(chǔ)二次灌漿后，應(yīng)去除多余水泥至軸承座側(cè)面相平齊。其目的為:(1)觀察基座混凝土是否有空洞。由于軸承座面積比較大，二次灌漿時，稍不注意，就可能造成氣孔。(2)防止多余的灌漿料影響汽缸膨脹。由于西門子機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，如果軸承座基礎(chǔ)混凝土凸出太多，就可能阻礙汽缸的膨脹。(3)美化基礎(chǔ)外觀。

水氫冷發(fā)電機(jī)組底腳下墊片，必須嚴(yán)格按照設(shè)備說明文件，鋪設(shè)平墊片和階梯墊片。600 MW以上的水氫冷發(fā)電機(jī)組，須進(jìn)行定子底腳負(fù)荷分配試驗［2］。

3 軸瓦與瓦枕的接觸控制

軸瓦與瓦枕的接觸情況對振動影響很大，如果接觸不好，則瓦的支撐差、穩(wěn)定性差，容易導(dǎo)致振動，或者軸瓦卡澀導(dǎo)致燒瓦事故［3］。軸瓦與瓦枕的接觸面大都需要現(xiàn)場修刮、研磨。驗收時，一定要按照汽輪機(jī)廠的交底要求。對于圓柱面軸承，要保證20 mm寬的接觸面，做接觸試驗時，應(yīng)采用前后擺動軸承。對于球面軸承，應(yīng)該保證圓形接觸面［4］。

4 動靜間隙控制

良好的動靜間隙控制可以避免動靜碰磨，降低振動的風(fēng)險。汽輪機(jī)廠要求低壓缸相對于轉(zhuǎn)子抬高0.40 mm，這是因為凝汽器抽真空后，低壓內(nèi)缸進(jìn)汽管的投影面積上面存在大氣壓力，而下面是真空，這個差壓給低壓內(nèi)缸一個向下的力，使得4個貓爪變形。將4個貓爪架簡化為φ250 mm、長500 mm的懸臂梁，低壓內(nèi)缸貓爪簡化為φ250 mm、長600 mm的懸臂梁。當(dāng)凝汽器抽真空后，低壓內(nèi)缸進(jìn)汽管的投影面上、下的壓差引起的作用力約254.340 kN，每個貓爪受力63.585 kN。鑄鋼的彈性模量為202 GPa［5］，根據(jù)懸臂梁的繞度計算公式［6］，得到貓爪及貓爪架的變形量約為0.17 mm，該計算值在頂缸過程中得到驗證。亦即汽缸會下沉0.17 mm，加上轉(zhuǎn)子運行時油膜高度約0.20 mm，即得到約需0.40 mm的抬高量。

5 轉(zhuǎn)子找中心控制

轉(zhuǎn)子找中心控制的主要任務(wù)是合理分配各個軸承的載荷。轉(zhuǎn)子載荷盡可能由最近的2個軸承承擔(dān)，減小轉(zhuǎn)子的額外彎矩。軸承載荷過小，則該軸承處轉(zhuǎn)子抗干擾性能就差，運行時轉(zhuǎn)子振動容易爬高。載荷過大，則運行時瓦溫容易爬高。

由于西門子汽輪機(jī)采用固定式軸承座，軸承座直接與基礎(chǔ)通過二次灌漿連在一起，無法再次調(diào)整，轉(zhuǎn)子找中心時只能通過軸瓦墊片做少量調(diào)整，所以軸承座標(biāo)高必須在灌漿前精確調(diào)整。軸系調(diào)整時，必須考慮軸與各個軸承座油擋洼窩的同心度。由于“從前往后”或“從后往前”找中心均有可能導(dǎo)致最后調(diào)整的軸瓦中心與軸承座中心偏差過大，導(dǎo)致油擋安裝困難甚至軸承蓋無法蓋上，為此提出“綜合考慮各油擋洼窩與轉(zhuǎn)子中心偏差的一次性計算快速找中心算法”。該方法的主要思路是:一次性測量所有靠背輪的張口偏差、圓周偏差，以及各個軸承座油擋洼窩與轉(zhuǎn)子同心度偏差，以各個軸承座油擋洼窩與轉(zhuǎn)子同心度偏差均方根最小作為標(biāo)準(zhǔn)，列出方程組，一次性計算出各個軸承的調(diào)整量，而不是調(diào)1個軸承后再計算下1個軸承的調(diào)整量。在實際應(yīng)用中該方法取得了很好的效果，基本上1次調(diào)整即可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

用塞尺測量靠背輪張口時，由于有抬軸器的限制，用塞尺無法測量到軸承中分面處的數(shù)值。以塞尺能夠測量得到的位置的數(shù)值乘以一個系數(shù)，計算出靠背輪張口，這是1次調(diào)整到位的關(guān)鍵。用塞尺測量結(jié)果計算得到的張口值，是以a為直徑的假象靠背輪張口值，真正的靠背輪張口值必須乘以b/a，即9/7，如圖1所示。

圖1 抬軸器對測量張口的影響Fig.1 Effect of shaft device on gauge hatch

6 旋轉(zhuǎn)部件質(zhì)量平衡控制

振動故障診斷統(tǒng)計結(jié)果表明，引起振動過大的激振力中95%是轉(zhuǎn)子不平衡力［7］，而汽輪發(fā)電機(jī)組安裝過程中，最容易引起轉(zhuǎn)子不平衡力的情況有以下2種:

(1)靠背輪螺栓配重情況。安裝汽輪機(jī)時，發(fā)現(xiàn)制造廠提供的靠背輪螺栓質(zhì)量偏差較大、而且沒有匹配標(biāo)記，現(xiàn)場檢查螺栓質(zhì)量偏差最大60 g，螺母質(zhì)量偏差最大達(dá)165 g，如果隨意匹配，則最大質(zhì)量偏差可達(dá)到225 g。DL/T 5210.3—2009《火電施工質(zhì)量檢驗及評定標(biāo)準(zhǔn)(汽輪機(jī)組篇)》要求對稱螺栓質(zhì)量偏差在10 g以下［8］，而其現(xiàn)場控制偏差為0 g。對于發(fā)電機(jī)勵磁機(jī)螺栓及螺栓套筒，發(fā)電機(jī)廠家在工廠安裝了螺栓、完成動平衡，并且已經(jīng)做好了匹配標(biāo)記，現(xiàn)場不稱重，完全按照螺栓的鋼印及螺栓孔的鋼印匹配。

(2)發(fā)電機(jī)風(fēng)扇安裝。由于發(fā)電機(jī)穿轉(zhuǎn)子前，必須把發(fā)電機(jī)汽機(jī)側(cè)的風(fēng)扇葉片拆下，待轉(zhuǎn)子穿好后，重新安裝風(fēng)扇葉片。由于每片風(fēng)扇葉片的質(zhì)量不一樣，葉片的安裝也必須按照發(fā)電機(jī)廠做動平衡時的安裝位置進(jìn)行安裝，即按照發(fā)電機(jī)廠家打好的鋼印裝發(fā)電機(jī)風(fēng)扇葉片。

7 靠背輪連接前后晃度控制

轉(zhuǎn)子連接前后靠背輪晃度變化量，即運行時旋轉(zhuǎn)中心與制造廠內(nèi)動平衡時的旋轉(zhuǎn)中心的偏差，直接決定了安裝偏差引起的質(zhì)量偏差所附加的離心力，對振動影響非常大。DL/T 5210.3—2009《火電施工質(zhì)量檢驗及評定標(biāo)準(zhǔn)(汽輪機(jī)組篇)》要求靠背輪連接前后轉(zhuǎn)子晃度的變化不超過0.02 mm［8-9］。但是，許多人不考慮晃度的方向，而是理解為連接前的最大晃度與連接后的最大晃度之差不超過0.02 mm，這是不正確的。如果連接前、連接后最大晃動度在對角，則實際上晃動度變化為連接前、連接后最大晃度之和，所以晃度必須考慮方向。測量時，靠背輪晃度用矢量表示，然后用矢量相減計算晃度的變化量。由于西門子機(jī)組是單支承軸承，靠背輪連接時，無支承的轉(zhuǎn)子，應(yīng)該用在制造廠做動平衡時的晃動度作為原始晃動度，但是制造廠都不提供該數(shù)值，這一點對安裝質(zhì)量有不利影響?，F(xiàn)場只好用靠背輪的絕對晃動度來控制，確保有軸承支撐的一側(cè)靠背輪連接前后的圓周晃動度變化不超過0.02 mm，而無軸承支承的一側(cè)靠背輪用連接后的絕對晃度不超過0.02 mm來控制。

8 汽機(jī)島與周圍建筑物隔離檢查

由于汽機(jī)島周圍建筑物情況復(fù)雜，如果隔離不徹底，周圍的振動將傳遞給汽機(jī)島，引起汽輪機(jī)額外的振動。另外，周圍建筑與汽機(jī)島隔離不徹底，將會改變汽機(jī)島基礎(chǔ)的固有頻率，甚至引起基礎(chǔ)共振。在6號機(jī)試運過程中，發(fā)現(xiàn)汽機(jī)島與周圍建筑結(jié)構(gòu)之間有水泥塊等異物，將這些異物清理之后，汽機(jī)的振動進(jìn)一步下降。

9 安裝控制效果

經(jīng)過以上8個方面的精心控制，6號汽輪發(fā)電機(jī)首次沖轉(zhuǎn)成功，各瓦振動水平均在優(yōu)良范圍?？肇?fù)荷和滿負(fù)荷下的振動數(shù)據(jù)如表1所示［9］。

表1 機(jī)組振動數(shù)據(jù)Tab.1 Vibration data of turboset μm

10 結(jié)語

汽輪發(fā)電機(jī)組振動的原因很多，在其安裝過程中，必須嚴(yán)格控制每個環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)的疏忽，都將導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組振動偏大。文章列出了關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，并且提出了注意事項，嚴(yán)格按照這些要求執(zhí)行，可確保汽輪發(fā)電機(jī)組的振動處于受控范圍。

11 參考文獻(xiàn)

［1］王再田，趙學(xué)賓，柏昌毅，等.135 MW機(jī)組軸承振動偏大的處理經(jīng)驗［J］. 電力建設(shè)，2002，23(12):20-28.

［2］曹美全.水氫冷汽輪發(fā)電機(jī)的振動與底載試驗［J］.電力建設(shè)，2005，26(6):17-19.

［3］單宏威，張敏，張丹.1 000 MW超超臨界汽輪機(jī)軸承可傾瓦燒瓦及改造［J］. 電力建設(shè)，2010，31(12):119-121.

［4］申如國.N660-25/660/600型660 MW 超超臨界中間再熱凝汽式汽輪機(jī)安裝說明書［M］.上海:上海電氣電站設(shè)備有限公司上海汽輪機(jī)廠，2008:25.

［5］張絲雨，馬維田，馬雁冰，等.最新金屬材料牌號、性能、用途及中外牌號對照速用速查實用手冊［M］.北京:中國科技文化出版社，2005:146.

［6］許本安，李秀治.材料力學(xué)［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，1988:229-230.

［7］施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動及事故［M］.北京:中國電力出版社，1998:1.

［8］DL/T 5210.3—2009電力建設(shè)施工質(zhì)量驗收及評價規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2009:69.

［9］尹學(xué)軍，王偉強(qiáng)，沙曾炘.汽輪發(fā)電機(jī)組和汽動給水泵組彈簧隔振基礎(chǔ)振動實測的討論［J］.電力建設(shè)，2005，26(8):37-40.

［10］葛祥.華能福州電廠6號機(jī)組新機(jī)調(diào)試中軸系振動測試報告［R］.西安:西安熱工研究院有限公司，2010.