3號(hào)汽輪機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因分析和解決辦法

秧未（天津石化熱電部，天津 300271）

3號(hào)汽輪機(jī)振動(dòng)超標(biāo)原因分析和解決辦法

秧未（天津石化熱電部，天津 300271）

通過分析3號(hào)汽輪機(jī)檢修數(shù)據(jù)，并結(jié)合振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析出3號(hào)汽輪機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因，并提出解決辦法。

汽輪機(jī)；振動(dòng)；聯(lián)軸器；瓢偏值

天津石化熱電部3號(hào)汽輪機(jī)原為武漢汽輪機(jī)廠CB25—90/ 41/13型單缸沖動(dòng)抽汽背壓式汽輪機(jī)，因節(jié)能需要于2013年3月本體部分更換為杭州汽輪機(jī)廠B17-8.83/4.2（HGS71/40）型單缸反動(dòng)式背壓汽輪機(jī)。該機(jī)自2013年3月底改造后試運(yùn)以來，振動(dòng)及#2瓦溫度一直超標(biāo)，雖公司多次組織專家診斷、檢修處理、甚至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在線做動(dòng)平衡，效果仍然不佳，目前該機(jī)仍帶病運(yùn)行。本文認(rèn)真梳理3號(hào)汽輪機(jī)檢修數(shù)據(jù)并結(jié)合振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析出振動(dòng)超標(biāo)的原因并提出解決辦法。

1 檢修數(shù)據(jù)分析

兩根轉(zhuǎn)子通過剛性聯(lián)軸器連接后，由于#2、3瓦處軸頸相距較近，考慮機(jī)械加工誤差，#3瓦揚(yáng)度值應(yīng)在0.10-0.15mm/m，而實(shí)測(cè)值為0.25 mm/m，可推斷出對(duì)輪端面出現(xiàn)了瓢偏。電機(jī)轉(zhuǎn)子較長(zhǎng)而且較重，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)碳鋼，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子較短且輕，材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)合金鋼，在相同外力作用下，顯然發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子先受損。對(duì)輪直徑為610 mm，發(fā)電機(jī)對(duì)輪端面到#3瓦軸頸中心距離為650 mm，可估算出瓢偏值在10絲左右。

是什么力使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在聯(lián)軸器處的軸頭發(fā)生彎曲、對(duì)輪端面瓢偏值超標(biāo)呢？

在檢修中，取出下瓦檢查時(shí)，為了趕工期或?yàn)榱耸∈拢诓唤忾_聯(lián)軸器螺栓的情況下，常在所修的軸瓦處將軸頸用天車吊起一定高度，然后將瓦取出。以檢修#4瓦為例，在#4瓦附近將大軸通過鋼絲繩用天車吊起時(shí)，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子為一剛性軸，則大軸將會(huì)以#1瓦為支點(diǎn)逐漸抬高，由相似三角形性質(zhì)可求出#4瓦軸頸分別抬高50、40、30絲時(shí)，#2、3瓦軸頸的抬高值。計(jì)算過程如下：

設(shè)#1-#4瓦軸頸抬起值分別為h1、h2、h3、h4，則h1=0，

h2÷h3=2916÷（2916+1425）=0.67，

h2÷h4=2916÷（2916+1425+5760）=0.29，

當(dāng)h4=50，40，30絲時(shí)，可求出h3、h4，見表1，單位均為絲（0.01mm）。

表1 各軸頸抬高值

#1、2、3瓦頂部間隙在0.35-0.60 mm，以上抬起值理論上可能。由于整根轉(zhuǎn)子自身重力作用會(huì)產(chǎn)生一定的靜彎曲，實(shí)際數(shù)值應(yīng)偏小。但用天車起吊轉(zhuǎn)子，抬起值不好控制，極容易出現(xiàn)抬起值較大的情況。

從上表可以看出當(dāng)#4瓦軸頸抬起某值時(shí)，會(huì)使#2、3瓦失去支撐作用，整根大軸的重量將由#4軸頸處的鋼絲繩和#1瓦承受，為方便計(jì)算，可將大軸簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁，上部分別受各自轉(zhuǎn)子重量的均布荷載，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重心在#3、4瓦重心間距的中點(diǎn)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的重心在#1、2瓦中心間距的中點(diǎn)。

P2=16t，P1=5.25t，

換算為牛頓有，P2=16×1000×9.8=156800N，P1=5.25×1000× 9.8=51450N，

∑MB=0有，2880×P2+（5760+1425+2916÷2）×P1=V1×（2916+ 1425+5760）

V1=（2880×156800+8643×51450）÷（2916+1425+5760）= 88730 N，

整根轉(zhuǎn)子最薄弱點(diǎn)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)輪根部，該處軸頸直徑為270mm，距#1瓦中心4058mm，該截面與#1瓦間轉(zhuǎn)子受自重均布荷載作用。取該橫截面形心O為矩心，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器（含軸頭、螺栓、螺母）質(zhì)量為492Kg，由靜力平衡方程

∑Mo=0有，M=V1×4.058-51450×（4.058÷2）=88730×4.058-（51450+492×9.8）×2.029=245891N·m

該處圓的抗彎截面模量WZ=（π·d3）÷32=（3.14×0.273）÷32= 1.93×10-3，

該橫截面上的彎曲應(yīng)力為

δ=M÷WZ=245891÷（1.93×10-3）=127MPa

查閱廠家資料，轉(zhuǎn)子材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)碳鋼，其基本許用應(yīng)力值為140 MPa，計(jì)算出該截面的彎曲應(yīng)力小于基本許用應(yīng)力值，為什么還會(huì)出現(xiàn)變形呢？

以下原因仍可能使該軸頸變形：

（1）#3機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子曾于2004年返武漢汽輪發(fā)電機(jī)廠檢修軸頸，原廠家發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器端面瓢偏值嚴(yán)重超標(biāo)、達(dá)22絲，自聯(lián)軸器根部，軸頭出現(xiàn)彎折。經(jīng)電廠專業(yè)人員確認(rèn)后廠家加工端面使瓢偏值正常。該截面出現(xiàn)過變形，強(qiáng)度降低。

（2）各瓦及軸承座油檔間隙較小，頂部間隙為20絲左右。當(dāng)#4瓦處軸頸抬起過高時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)子在#3瓦軸承座油檔處受阻力，加大計(jì)算截面處的應(yīng)力，使其超出許用應(yīng)力而受損。

（3）軸頸加工時(shí)留下傷痕或材料自身存在缺陷，均會(huì)使截面強(qiáng)度降低。

聯(lián)軸器瓢偏值超標(biāo)后，以其為基準(zhǔn)找兩轉(zhuǎn)子中心，雖對(duì)輪中心對(duì)正很好，兩轉(zhuǎn)子中心仍會(huì)偏差較大。

2 #3機(jī)運(yùn)行狀況

2014年4月29日，#3機(jī)檢修后啟動(dòng)，代負(fù)荷后#4瓦水平振動(dòng)升高、最大達(dá)6絲、垂直振動(dòng)也達(dá)4絲，#1瓦軸振在50μm以下，#2瓦溫度88℃。

5月8日，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在線做動(dòng)平衡。做完動(dòng)平衡后，#4瓦水平振動(dòng)下至3絲，#1瓦軸振上升到98μm，而且低負(fù)荷時(shí)可達(dá)102μm，#2瓦溫度也上升至93℃左右。8月9日，#1高調(diào)門伺服閥故障，不得不關(guān)停該閥、開大其余閥門，機(jī)組#1瓦軸振下降至53μm，#2瓦溫度也下降至88℃左右，目前該機(jī)以此狀態(tài)運(yùn)行。

振動(dòng)頻譜以1倍頻為主，為中心不正特征。

機(jī)組長(zhǎng)期以此狀態(tài)運(yùn)行，會(huì)加大轉(zhuǎn)子疲勞受損，縮短其使用壽命。

3 振動(dòng)原因分析

從檢修數(shù)據(jù)和振動(dòng)特征綜合分析，判斷該機(jī)組振動(dòng)異常的原因是轉(zhuǎn)子中心不正，而聯(lián)軸器找中心時(shí)外圓和張口均在2絲以內(nèi)，造成轉(zhuǎn)子中心不正的主要原因是聯(lián)軸器端面產(chǎn)生瓢偏。

4 解決辦法

（1）#3機(jī)應(yīng)安排一次檢修，檢查各瓦正常后，測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器端面瓢偏值，如其超標(biāo)，應(yīng)判定為聯(lián)軸器軸頭又發(fā)生彎曲?？蓢L試加工專用測(cè)量工具，聯(lián)軸器找正時(shí)，端面找正以# 3瓦軸頸為基準(zhǔn)找汽輪機(jī)聯(lián)軸器端面，外圓找正以汽輪機(jī)聯(lián)軸器為基準(zhǔn)找發(fā)電機(jī)#3瓦處軸頸外圓，找好中心后，在對(duì)輪張口處加合適的不銹鋼墊片后上緊對(duì)輪螺栓。由于測(cè)量精度受專用工具剛度影響較大，能否成功難以斷定。最徹底的解決辦法是轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行精密測(cè)量后加工聯(lián)軸器端面，使瓢偏值正常，再做動(dòng)平衡。按以上處理后，聯(lián)軸器螺栓孔需重絞，并重配螺栓。

（2）應(yīng)修訂檢修規(guī)程，加入以下規(guī)定：對(duì)于剛性或半撓性汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，聯(lián)軸器螺栓未解開時(shí)，嚴(yán)禁抬起轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器遠(yuǎn)端的軸頸。

5 結(jié)語(yǔ)

#3汽輪機(jī)于10月初停運(yùn)檢修，測(cè)出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)輪瓢偏值達(dá)12絲，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠檢修后，機(jī)組各瓦振動(dòng)達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

［1］陳維新.工程力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1997.

秧未，高級(jí)工程師，本科，現(xiàn)從事熱電廠設(shè)備管理工作。