某1 000 MW汽輪發(fā)電機組標高變化監(jiān)測方法與分析

郭玉杰，潘文軍，李明，張文濤，劉占輝

(1.河南省電力公司電力科學研究院，鄭州 450052；2. 鄭州裕中能源有限責任公司，鄭州 452375)

某1 000 MW機組軸系由高壓、中壓、低壓Ⅰ、低壓Ⅱ、發(fā)電機和集電環(huán)組成。軸系由11套軸承支承，其中5#～8#軸承位于汽輪機低壓排汽缸上，9#，10#軸承為發(fā)電機端蓋軸承，發(fā)電機-勵磁機采用三支承方式。2012年1月19日新機沖轉(zhuǎn)時，8#軸承瓦溫達到100.8 ℃。2月2日翻瓦檢查，發(fā)現(xiàn)8#軸承勵側(cè)磨痕較明顯。停機后將8#軸承節(jié)流孔板直徑由30 mm擴為54 mm。2月17日檢修后的機組開機，8#軸承瓦溫在整個試驗過程中一直偏高，轉(zhuǎn)速達到3 000 r/min時，瓦溫為90～92 ℃。隨著有功負荷增長，8#軸承瓦溫有增大趨勢，有功負荷升到800～1 000 MW時，瓦溫達到100～103 ℃。

為了分析軸承瓦溫過高的原因，啟動前特地安裝了軸承標高監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測機組冷態(tài)到熱態(tài)過程中各軸承標高變化情況。重點測試了機組5#～9#軸承抽真空、沖轉(zhuǎn)升速和帶有功負荷過程中標高變化情況，對標高影響因素和軸承瓦溫過高的原因進行了分析。

1 軸承標高變化監(jiān)測方法

本次測試采用連通管法，基本原理為：在待測點A和對應(yīng)的基準測點B上安裝2個水杯，水杯內(nèi)充滿水并用連通管相連。A點標高變化后，水在連通管內(nèi)流動，一段時間后重新達到平衡。測試A，B兩個杯子內(nèi)浮子高度相對變化，即可求出A，B兩點之間的相對標高變化。浮子高度變化用渦流傳感器測試。

3#機組軸系和標高測點布置如圖1所示。在5#～9#軸承上各布置1個標高待測點A，在相鄰基礎(chǔ)平臺上布置多個標高基準測點B，測點A與基準測點B之間用連通管相連，構(gòu)成一組測量單元。測點A用強力磁座吸附在軸承上，測點B用三角架固定在基礎(chǔ)平臺上。聯(lián)軸器兩側(cè)的軸承(如6#，7#軸承)相距較近，共用基礎(chǔ)平臺上同一個基準測點，通過三通將多個管道相連。假設(shè)冷熱態(tài)下基礎(chǔ)平臺標高變化不大，那么這種方式所測數(shù)據(jù)實際為冷熱態(tài)下軸承標高變化絕對值。

圖1 3#機組軸系和標高測點布置圖

2 標高監(jiān)測試驗數(shù)據(jù)分析

3#機組軸系標高變化監(jiān)測試驗共進行了4次，包括：2次變真空、1次沖轉(zhuǎn)升速和1次帶有功負荷過程，試驗時間和所對應(yīng)的工況如下：

(1)2月17日10:04-11:44，真空從0提升到-95 kPa。

(2)2月19日10:20-11:36，真空從-95.2 kPa降到0。

(3)2月22日06:35-07:15，沖轉(zhuǎn)升速到3 000 r/min。

(4)2月22日23:53-28日12:30，負荷從100 MW升到600 MW后又降至300 MW。

變真空、沖轉(zhuǎn)升速和帶有功負荷過程中5#～8#軸承標高變化趨勢如圖2所示。從圖中可以看出：

圖2 5#～8#軸承標高變化趨勢

(1)變真空初期，各點標高普遍產(chǎn)生了一個比較大的擾動，擾動過渡時間持續(xù)30～60 min，擾動幅度達到0.3～0.5 mm。低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)4套軸承的擾動響應(yīng)不完全相同。真空改變后，作用在汽缸上的載荷發(fā)生了變化，汽缸在突變載荷作用下產(chǎn)生了瞬態(tài)變形響應(yīng)。真空提升到-90 kPa后，各點標高基本穩(wěn)定下來了。擾動結(jié)束后，隨著真空的提高，5#～8#軸承標高下降，隨著真空的降低，5#～8#軸承標高抬高。4套軸承標高隨真空變化趨勢相同，各點標高變化量見表1。變真空過程中各點標高變化幅度相近，約為0.36～0.63 mm。

表1 不同工況下各軸承標高變化量 mm

(2)沖轉(zhuǎn)升速過程中各軸承標高變化趨勢平穩(wěn)，變化量較小，在0.09 mm以內(nèi)。沖轉(zhuǎn)升速對各軸承標高的影響可以忽略。

(3)帶有功負荷過程中各點標高變化總體上比較平穩(wěn)。隨著有功負荷的增大，各點標高逐漸上抬，至600 MW時，5#～8#軸承標高上抬量達到0.25～0.47 mm。隨著有功負荷的減小，軸承標高也逐漸降低。標高隨有功負荷的變化存在一定的滯后。有功負荷穩(wěn)定后，軸承標高還需要一段時間才能穩(wěn)定下來。

3 軸承標高影響因素和瓦溫過高原因分析

全面測試了變真空、沖轉(zhuǎn)升速和帶有功負荷工況下各軸承標高變化。測試數(shù)據(jù)表明，真空和有功負荷對本臺機組5#～8#軸承標高的影響均較大。抽真空后，5#～8#軸承標高下降，幅值大約為0.4～0.6 mm。帶有功負荷過程中，5#～8#軸承標高逐漸上抬，幅值達到0.25～0.45 mm。1 000 MW時，軸承標高上抬量預(yù)計會更大。

抽真空后軸承標高會下降，很多機組安裝時都會采取預(yù)留標高補償值的方法考慮其影響[1-2]。以低壓和發(fā)電機轉(zhuǎn)子為例，安裝時低壓轉(zhuǎn)子大多高于發(fā)電機轉(zhuǎn)子，這是目前通用做法。

3#機組安裝時的軸系中心圖如圖3所示(圖中單位為mm)。低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)4套軸承的標高在一條直線上，1#,2#，3#軸承中心分別高于該中心3.83，1.78和0.78 mm，4#軸承中心低于該中心0.32 mm。另外，使中壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機端聯(lián)軸器端面與A低壓轉(zhuǎn)子汽機端聯(lián)軸器相互平行，并且使A低壓聯(lián)軸器比高、中壓聯(lián)軸器高0.75 mm。在發(fā)電機底座下插入合適的墊片，使汽機端的聯(lián)軸器端面與發(fā)電機端的聯(lián)軸器端面相互平行，并且汽機聯(lián)軸器比發(fā)電機聯(lián)軸器高0.23 mm。

圖3 安裝時軸系中心圖

對于本機組而言，雖然抽真空后軸承下沉，但是帶有功負荷后軸承又會上抬，兩者對軸承標高的影響部分抵消。如果安裝時僅考慮抽真空影響，人為將8#軸承標高抬高，那么就有可能導(dǎo)致正常帶有功負荷運行狀態(tài)下8#軸承載荷較大和瓦溫較高[3]。機組初定速時瓦溫為90 ℃左右，800 MW時達到103 ℃，在此過程中8#軸承標高上抬了0.4 mm左右，說明標高變化和瓦溫之間有一定關(guān)聯(lián)。

4 升速時軸頸中心位置變化情況

升速過程中6#～9#軸承內(nèi)軸頸中心位置隨轉(zhuǎn)速變化情況如圖4所示。可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的升高，軸頸中心上抬，并順著轉(zhuǎn)速方向偏移，但是各軸承內(nèi)軸頸中心偏移量不等。垂直和水平偏移量見表2。

圖4 升速過程中軸頸中心位置變化情況

表2 升速過程中軸頸中心偏移量 mm

5#～8#軸承共同支撐著2個低壓轉(zhuǎn)子。正常情況下，這4個軸承的載荷應(yīng)該相同，升速過程中軸頸上抬量也應(yīng)該相同。但是從表2中可以看出，8#軸承內(nèi)軸頸中心上抬量明顯偏小，相鄰的7#軸承和9#軸承內(nèi)軸頸中心上抬量都較大。這說明8#軸承載荷較重，相鄰軸承載荷相對較輕。根據(jù)該監(jiān)測數(shù)據(jù)所得到的結(jié)果與根據(jù)標高監(jiān)測數(shù)據(jù)所得到的結(jié)果是相對應(yīng)的。

5 故障治理結(jié)果

實測數(shù)據(jù)表明，真空和有功負荷變化對機組5#～8#軸承標高的影響均較大。真空和有功負荷改變后，標高的變化有一定慣性，需要一段時間才能穩(wěn)定。變真空瞬間，在突變外力作用下，排汽缸會產(chǎn)生瞬態(tài)擾動響應(yīng)。運行中如果真空調(diào)整幅度過大、過快，則很容易因汽缸瞬態(tài)擾動破壞動靜間隙而產(chǎn)生摩擦。

由于真空和有功負荷變化對軸承標高的影響部分抵消，正常帶有功負荷運行狀態(tài)下低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子之間的高低差比預(yù)期值要小。如果安裝時較多地考慮真空影響而將低壓轉(zhuǎn)子抬得過高，則很容易使8#軸承載荷過重，進而導(dǎo)致其瓦溫過高。根據(jù)目前機組實際情況，建議適當降低8#軸承標高。

新機組啟動調(diào)試階段，因為不具備調(diào)整條件，8#軸承瓦溫一直維持在102～103 ℃。后利用機組臨檢機會，將8#軸承標高調(diào)低0.1 mm。目前8#軸承溫度穩(wěn)定在94 ℃左右，軸承瓦溫過高的故障得到解決。