汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲特點(diǎn)及處理

摘要：在運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)一方面需要承受汽流的作用力和葉輪本身離心力所引起的應(yīng)力，另一方面承受由溫度差所引起的熱應(yīng)力等作用力。為了獲得正確的振動(dòng)故障的診斷，本文通過對(duì)振動(dòng)的發(fā)展和特點(diǎn)進(jìn)行闡述，同時(shí)分析振動(dòng)的原因，并提出處理方法，進(jìn)而對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)故障做出明確的選擇。

關(guān)鍵詞：熱態(tài)彎曲 轉(zhuǎn)子 振動(dòng)

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱態(tài)彎曲會(huì)引起強(qiáng)烈振動(dòng)，威脅安全運(yùn)行。熱彎曲有多種原因，一種是轉(zhuǎn)子在停止時(shí)受到不均勻的冷卻或加熱，以致產(chǎn)生徑向溫差；另一種是所謂熱敏感轉(zhuǎn)子，即在不同溫度下會(huì)自動(dòng)形成不同程度彎曲的轉(zhuǎn)子；第三種是由于輕度的幅向摩擦，使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)局部溫度上升；第四種是中心孔有水或有油引起的。本文通過本電廠機(jī)組振動(dòng)消除的實(shí)例，來探討第四種振動(dòng)的特點(diǎn)及處理。這種振動(dòng)有某特殊的規(guī)律與特點(diǎn)，分析與掌握這些規(guī)律與特點(diǎn)，對(duì)于運(yùn)行中機(jī)組振動(dòng)的分析與判斷，具有一定的指導(dǎo)意義與借鑒作用。本電廠一號(hào)機(jī)C15-3.43/0.49型單缸直連中壓調(diào)整抽汽冷凝式汽輪機(jī)，額定功率為15MW。該機(jī)于2012年10月建成投產(chǎn)，能帶滿負(fù)荷，經(jīng)歷過多次開停，運(yùn)行情況一直很正常。

1 振動(dòng)生產(chǎn)情況

2012年10月4日，一號(hào)機(jī)因氣溫急劇下降100℃而故障停機(jī)?；謴?fù)時(shí)機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，啟動(dòng)未成功。次日再次啟動(dòng)時(shí)，前箱振動(dòng)達(dá)70μm（規(guī)程規(guī)定不得超過50μm），經(jīng)過延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，恢復(fù)正常，并帶滿負(fù)荷。從此，一號(hào)機(jī)每次啟動(dòng)都發(fā)生振動(dòng)，造成開機(jī)困難。因此，不得不修改運(yùn)行規(guī)程，做出臨時(shí)規(guī)定：在5MW和10MW工況下暖機(jī)時(shí)間，由原來的30分鐘延長(zhǎng)為8小時(shí)。這樣，從12年12月到13年3月機(jī)組大修為止，機(jī)組出現(xiàn)了不正常情況，開機(jī)時(shí)發(fā)生振動(dòng)。盡管如此，由于執(zhí)行臨時(shí)規(guī)定，適當(dāng)延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，仍然可以并網(wǎng)加滿負(fù)荷。

2 振動(dòng)的發(fā)展與特點(diǎn)

2013年12月一號(hào)機(jī)進(jìn)行投產(chǎn)后的首次大修。大修后，用兩星期時(shí)間，先后進(jìn)行5次起動(dòng)，均為成功，每次由于振動(dòng)超標(biāo)而停機(jī)。機(jī)關(guān)采取了各種措施，均無效果。說明一號(hào)機(jī)大修后振動(dòng)情況惡化了，執(zhí)行臨時(shí)規(guī)定也不能維持運(yùn)行。通過大修后5次起動(dòng)情況的分析，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)有如下特點(diǎn)：①啟動(dòng)過程中振動(dòng)正常。由沖轉(zhuǎn)到定速，振動(dòng)不超過30μm，并能順利通過臨界轉(zhuǎn)速。②并列后隨著負(fù)荷的增加，振動(dòng)逐漸增大。當(dāng)負(fù)荷加到10MW左右時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，前箱達(dá)123μm，一瓦57μm，二瓦74μm。③機(jī)組發(fā)生振動(dòng)時(shí)，氣缸膨脹、差脹及串軸均正常。④振動(dòng)發(fā)生后，減負(fù)荷無效，必須打閘停機(jī)。⑤振動(dòng)與操作方法無關(guān)。這5次起動(dòng)當(dāng)中，有冷態(tài)起動(dòng)，熱態(tài)起動(dòng)和半熱態(tài)起動(dòng)，并延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，結(jié)果都無效。

3 振動(dòng)的原因分析

①機(jī)組大修剛完，轉(zhuǎn)子經(jīng)過除垢，排除了轉(zhuǎn)子不平衡。②轉(zhuǎn)子測(cè)量彎曲合格，動(dòng)靜間隙符合要求，中心無偏差，不存在動(dòng)靜摩擦而導(dǎo)致振動(dòng)。③軸承安裝正確，油溫油壓符合規(guī)定，潤(rùn)滑良好，排除了油膜振蕩的可能性。④機(jī)組膨脹正常，排除了由于膨脹不均而引起振動(dòng)。⑤經(jīng)測(cè)振分析，機(jī)組為工頻振動(dòng)。

通過以上分析，從七號(hào)機(jī)振動(dòng)的產(chǎn)生及發(fā)展情況來看，機(jī)組振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲引起的。如上所述，造成轉(zhuǎn)子熱彎曲的原因很多，從一號(hào)機(jī)具體情況分析，大軸中心孔進(jìn)油造成振動(dòng)的可能性最大。該機(jī)大軸全長(zhǎng)5.7m，中心孔直徑Φ100mm，前端用絲堵封死，后端在靠背輪處用悶頭堵死，悶頭上有一Φ5小孔，在機(jī)組開停過程中，透平油通過Φ5小孔進(jìn)入大軸。機(jī)組在起動(dòng)加負(fù)荷過程中，轉(zhuǎn)子溫度升高，大軸中心孔內(nèi)的空氣受熱膨脹，從Φ5小孔排出。停機(jī)冷卻過程中，中心孔內(nèi)形成負(fù)壓，通過Φ5小孔將潤(rùn)滑油（即透平油）吸入大軸內(nèi)。隨著開停次數(shù)的增加，吸入的油量便增多。當(dāng)中心孔內(nèi)的油達(dá)到一定數(shù)量時(shí)（3公斤以上），在機(jī)組起動(dòng)過程中負(fù)荷加到某一數(shù)值（10MW左右）隨著轉(zhuǎn)子溫度的升高，油被加熱，并在離心力的作用下在中心孔內(nèi)進(jìn)行不規(guī)則的流動(dòng)，形成不均勻的布置。其結(jié)果，一是使整個(gè)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻，出現(xiàn)偏心；二是熱油對(duì)大軸進(jìn)行不均勻的加熱。

4 處理方法

處理方法有兩個(gè)，一是揭缸吊出轉(zhuǎn)子，將大軸中心的油倒出。這種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，需要15-20天，影響生產(chǎn)。簡(jiǎn)易方法是打開前箱，拆下調(diào)速器與主油泵，拆開絲堵將中心孔內(nèi)的油放出。本廠采用了后一種方法，只用三天就處理完畢，一次啟動(dòng)成功，順利地帶滿負(fù)荷，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。這樣，就證實(shí)了上述關(guān)于大軸進(jìn)油引起轉(zhuǎn)子熱彎曲造成振動(dòng)的分析與判斷是完全正確的，符合客觀規(guī)律。

由于大軸進(jìn)油的通道未切斷，所以運(yùn)行一段時(shí)間，隨著開停次數(shù)增加，機(jī)組還會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)。后來的事實(shí)證實(shí)了這一點(diǎn)。因此，徹底的處理方法是切斷大軸進(jìn)油通道，杜絕進(jìn)油。經(jīng)與制造廠聯(lián)系并取得同意，利用小修機(jī)會(huì)，將大軸后端悶頭上的Φ5小孔焊死，從此振動(dòng)就不再發(fā)生了。

5 結(jié)束語

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中不僅要承受汽流的作用力和葉輪本身離心力所引起的應(yīng)力，而且還承受由溫度差所引起的熱應(yīng)力等多種作用力。因此汽輪機(jī)的振動(dòng)在所難免，要獲得正確的振動(dòng)故障的診斷，首先要認(rèn)識(shí)機(jī)組振動(dòng)的特征規(guī)律，輔以搜集的振動(dòng)數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行仔細(xì)的分析和推理，才能對(duì)汽輪機(jī)的振動(dòng)故障做出明確的選擇。

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