余熱電站汽輪發(fā)電機(jī)組軸振大的處理

王建峰

1 概述

巴基斯坦某余熱電站汽輪機(jī)組于2019年1月投產(chǎn)運(yùn)行后，3號(hào)和4號(hào)軸承存在軸振較大現(xiàn)象，其特征如下。

（1）機(jī)組每次啟動(dòng)，帶負(fù)荷運(yùn)行后，3號(hào)和4號(hào)軸承的振幅隨運(yùn)行時(shí)間的增加而逐漸增大，隨后穩(wěn)定在較高范圍內(nèi)運(yùn)行。表1為機(jī)組在不同工況下各軸承振幅的隨機(jī)記錄（2號(hào)軸承未設(shè)軸振測(cè)點(diǎn)）。

松開(kāi)汽—發(fā)聯(lián)軸器檢查，發(fā)現(xiàn)中心偏差變化較大，說(shuō)明轉(zhuǎn)子受到外力作用，產(chǎn)生了位移。汽—發(fā)聯(lián)軸器經(jīng)過(guò)重新找中心調(diào)整后，2月18日，機(jī)組再次啟動(dòng)。找中心調(diào)整前后比較，額定轉(zhuǎn)速工況時(shí)，3號(hào)（2號(hào)）和4號(hào)軸承的振幅變化不大；額定負(fù)荷工況時(shí)，4號(hào)軸承的振幅稍有減小。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，汽—發(fā)聯(lián)軸器中心的偏差消除后，僅4號(hào)軸承的質(zhì)量不平衡影響有所減小。

（2）機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，振幅的變化不明顯。從表1各工況的振幅可以看出，4號(hào)軸承的振幅從額定轉(zhuǎn)速到額定負(fù)荷過(guò)程中，一直保持偏大不變。3號(hào)（2號(hào)）軸承的額定轉(zhuǎn)速與帶負(fù)荷工況比較，振幅變化較大。

共同特點(diǎn)是，數(shù)小時(shí)后，機(jī)組負(fù)荷變化，3號(hào)（2號(hào)）和4號(hào)軸承的振幅沒(méi)有明顯地隨之變化。

根據(jù)規(guī)范，4號(hào)軸承的振幅瞬時(shí)超過(guò)要求，DL 5190.3-2012《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范：汽輪發(fā)電機(jī)組》，附錄H：雙振幅＜125μm，為合格值。

2 機(jī)組參數(shù)結(jié)構(gòu)及軸承結(jié)構(gòu)

2.1 機(jī)組參數(shù)結(jié)構(gòu)

該余熱電站汽輪發(fā)電機(jī)為低壓冷凝式汽輪機(jī)，型號(hào)：N10-1.0，額定功率：10MW，額定進(jìn)汽壓力：1.0MPa（絕），額定進(jìn)汽溫度：310℃，額定排汽壓力：0.008MPa（絕）。

前汽缸兩側(cè)通過(guò)貓爪結(jié)構(gòu)搭在前軸承座上，后汽缸兩側(cè)通過(guò)左右側(cè)的后座架固定在基礎(chǔ)上，采用下排汽結(jié)構(gòu)布置，排汽至凝汽器。

2號(hào)和3號(hào)軸承布置在中間軸承座內(nèi)，為非落地式軸承座，4號(hào)軸承為獨(dú)立座式軸承。

2.2 軸承結(jié)構(gòu)

2號(hào)軸承采用圓柱形瓦枕直接支撐在凹窩內(nèi)，未設(shè)置瓦枕墊塊。

3號(hào)軸承設(shè)有球面結(jié)構(gòu)，瓦枕墊塊采用圓柱形，兩側(cè)墊塊的中心線(xiàn)與垂線(xiàn)的夾角α為90°，即在左右側(cè)的水平中分面位置。

4號(hào)軸承的瓦枕墊塊采用球面形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)墊塊的中心線(xiàn)與垂線(xiàn)的夾角α為70°。3號(hào)和4號(hào)軸承分別采用球面結(jié)構(gòu)和球面瓦枕墊塊結(jié)構(gòu)以自調(diào)中心線(xiàn)。

軸承下半瓦的瓦枕墊塊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

瓦枕墊塊（圖1中1#位置）與軸承凹窩的接觸應(yīng)嚴(yán)密。

3號(hào)和4號(hào)軸承瓦枕墊塊的結(jié)構(gòu)設(shè)置，除起到支撐作用外，還可以通過(guò)調(diào)整下瓦三個(gè)墊塊內(nèi)的墊片（圖1中2#位置）厚度，來(lái)改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在凹窩內(nèi)的位置，保證機(jī)組汽—發(fā)聯(lián)軸器的中心偏差值符合要求。

1號(hào)和2號(hào)軸承未設(shè)置瓦枕墊塊，是不可調(diào)整式軸承。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在前后兩軸承凹窩內(nèi)的位置不可改變。

表1 各軸承沿X、Y兩方向的軸振（μm，雙振幅）

圖1 軸承下半瓦的瓦枕墊塊結(jié)構(gòu)

機(jī)組的全部軸承均為橢圓瓦結(jié)構(gòu)，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)廠家均明確要求，現(xiàn)場(chǎng)不做軸瓦鎢金（圖1中3#位置）的刮研。

3 軸振的影響因素分析

3.1 軸振故障的特征

因2號(hào)軸承未設(shè)軸振測(cè)點(diǎn)，所以結(jié)合3號(hào)軸承的測(cè)點(diǎn)，同時(shí)分析2號(hào)軸承。

根據(jù)表1，比較分析得出機(jī)組的振動(dòng)特征。

（1）表1序號(hào)3，額定轉(zhuǎn)速時(shí)，3號(hào)（2號(hào)）軸承的振幅小于4號(hào)軸承的振幅。表1序號(hào)6，帶負(fù)荷運(yùn)行數(shù)小時(shí)后，3號(hào)（2號(hào)）軸承的振幅逐漸增大至與4號(hào)軸承的振幅接近。振幅基本不隨負(fù)荷變化。

（2）比較表1序號(hào)3～6，額定轉(zhuǎn)速時(shí)，4號(hào)軸承振幅較大，以后的運(yùn)行過(guò)程中不再增加振幅。

（3）帶負(fù)荷運(yùn)行數(shù)小時(shí)后，3號(hào)（2號(hào)）和4號(hào)軸承振幅在較高的穩(wěn)定值范圍內(nèi)運(yùn)行。

3.2 振動(dòng)故障的影響因素分析

（1）如上所述，機(jī)組帶負(fù)荷數(shù)小時(shí)后，振幅維持在較高范圍穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)變化，振幅變化很小。由此可以確認(rèn)，3號(hào)（2號(hào)）和4號(hào)軸承的振幅與汽缸熱膨脹不暢等因素引起的非定常強(qiáng)迫類(lèi)振動(dòng)無(wú)關(guān)。

（2）4號(hào)軸承額定轉(zhuǎn)速時(shí)振幅較大，至滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)振幅一直保持不變。同4號(hào)軸承相比，3號(hào)（2號(hào)）軸承的振幅顯示較小。

質(zhì)量不平衡影響因素主要有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸系的中心偏差、軸承松動(dòng)等引起的普通強(qiáng)迫類(lèi)振動(dòng)。

由以上比較可以確認(rèn)，4號(hào)軸承存在較大質(zhì)量不平衡的影響。同4號(hào)軸承比較，3號(hào)（2號(hào)）軸承的振幅顯示較小，即質(zhì)量不平衡的影響小于4號(hào)軸承。

（3）帶負(fù)荷運(yùn)行數(shù)小時(shí)后，3號(hào)（2號(hào)）軸承的振幅升高。根據(jù)表1序號(hào)3～6可以看出，3號(hào)（2號(hào)）軸承的振幅不僅受質(zhì)量不平衡的影響，同時(shí)還受到熱態(tài)穩(wěn)定性差等因素影響。

4 機(jī)組振動(dòng)故障的處理

由上述影響因素分析，振動(dòng)故障主要是由于質(zhì)量不平衡、軸承的熱穩(wěn)定性較差等造成的，可以從以下幾方面對(duì)軸承進(jìn)行檢查并處理。

4.1 檢查處理4號(hào)軸承松動(dòng)等缺陷

（1）用涂色法檢查4號(hào)軸承墊塊與凹窩接觸情況，發(fā)現(xiàn)徑向往復(fù)撬動(dòng)下半軸瓦時(shí)有松動(dòng)現(xiàn)象。這一現(xiàn)象說(shuō)明，下部墊塊與凹窩的接觸較兩側(cè)的接觸更為嚴(yán)密，這是不合理的。

根據(jù)規(guī)范DL 5190.3-2012《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范：汽輪發(fā)電機(jī)組》，瓦枕墊塊與凹窩接觸面積在每平方厘米上有接觸點(diǎn)的面積應(yīng)占?jí)|塊面積的70%以上，并均勻分布。

通常都是采用刮研墊塊（圖1中1#位置）的方法，來(lái)保證緊密接觸的要求。

4號(hào)軸承的瓦枕墊塊中心線(xiàn)與垂線(xiàn)的夾角α＜90°，根據(jù)規(guī)范要求，下半瓦應(yīng)在不放轉(zhuǎn)子的狀態(tài)下，使兩側(cè)墊塊無(wú)間隙，下部墊塊與其凹窩的接觸應(yīng)較兩側(cè)為輕或有0.03～0.05mm的間隙，見(jiàn)圖1所示的尺寸c。

這種預(yù)留間隙的做法，是為了防止轉(zhuǎn)子的重力作用使軸瓦變形兩端翹起。抽去底部的墊片，加上轉(zhuǎn)子的重力后，使各墊塊上負(fù)荷的分配更為均勻。

因檢查4號(hào)軸承發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，所以采用在兩側(cè)墊塊內(nèi)增加墊片，同時(shí)刮研處理墊塊接觸面積的處理方法。增加墊片后，徑向往復(fù)撬動(dòng)下半軸瓦時(shí)不存在松動(dòng)現(xiàn)象。刮研后，檢查底部墊塊，明顯較兩側(cè)的接觸要少。

（2）軸頸與鎢金的接觸投影面出現(xiàn)彎曲形狀的接觸，說(shuō)明運(yùn)行時(shí)軸瓦與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置出現(xiàn)了1X頻率的振幅波動(dòng)。

（3）4號(hào)軸承蓋的緊力要求f=0.03～0.07mm。檢查發(fā)現(xiàn)4號(hào)軸承蓋與上部墊塊的配合存在0.02mm的間隙（見(jiàn)圖2）。

圖2 4號(hào)軸承蓋與上部墊塊的間隙

上述4號(hào)軸承兩側(cè)墊塊接觸不良，上部墊塊（圖2中4#位置）出現(xiàn)間隙等問(wèn)題，都會(huì)使4號(hào)軸承出現(xiàn)松動(dòng)，引起普通強(qiáng)迫類(lèi)振動(dòng)。經(jīng)過(guò)調(diào)整和刮研等處理，4號(hào)軸承的上述缺陷消失。

4.2 檢查處理造成軸承熱穩(wěn)定性差的因素

（1）檢查2號(hào)軸承發(fā)現(xiàn)，軸瓦鎢金的接觸角過(guò)大，約60°以上。軸瓦兩側(cè)間隙基本一致，約為0.35mm，接近間隙要求（0.30～0.36mm）上限。

根據(jù)規(guī)范DL 5190.3-2012《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范：汽輪發(fā)電機(jī)組》，轉(zhuǎn)子與軸瓦鎢金的接觸角一般為30°～45°，沿下瓦全長(zhǎng)的接觸面應(yīng)達(dá)75%以上，并均勻分布無(wú)偏斜。

分析鎢金接觸角過(guò)大的原因是，轉(zhuǎn)子與軸瓦在熱態(tài)工況時(shí)出現(xiàn)接觸缺陷，接觸缺陷會(huì)使軸承的比壓減小，很容易出現(xiàn)油膜振蕩。

事實(shí)是，在軸承檢修前，用平衡儀監(jiān)測(cè)機(jī)組升速過(guò)程中，分析3號(hào)軸承的振幅組成，發(fā)現(xiàn)有0.5X頻率的諧波成分，最大值約為10μm。接觸角過(guò)大，是0.5X頻率的諧波現(xiàn)象的合理解釋。

經(jīng)過(guò)刮研處理，2號(hào)軸瓦鎢金接觸角減小至約30°。

（2）檢查發(fā)現(xiàn)，3號(hào)軸瓦鎢金的接觸角也有偏大現(xiàn)象，用同樣的方法對(duì)其進(jìn)行刮研處理。

（3）刮研3號(hào)軸承的瓦枕墊塊，保證軸承與凹窩的接觸嚴(yán)密。

4.3 汽—發(fā)聯(lián)軸器重新找中心

通過(guò)汽—發(fā)聯(lián)軸器重新找中心，減小汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸系的中心偏差。

因4號(hào)軸承的瓦枕墊塊為球面形結(jié)構(gòu)，調(diào)整尺寸數(shù)值較大，而瓦枕墊塊內(nèi)的墊片較少，不能滿(mǎn)足調(diào)整需要，所以采用在軸承座下面增減墊片的方法進(jìn)行調(diào)整。汽—發(fā)聯(lián)軸器重新找中心調(diào)整完成后，不需要重新刮研瓦枕墊塊的接觸面。

4.4 平衡測(cè)試調(diào)整

軸承檢修后，通過(guò)平衡儀的測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前側(cè)的平衡槽內(nèi)增加平衡塊。

機(jī)組軸承檢修和平衡測(cè)試調(diào)整結(jié)束后，4月22日，機(jī)組再次啟動(dòng)。不同工況時(shí)各軸承軸振的隨機(jī)記錄見(jiàn)表2。通過(guò)比較運(yùn)行工況，分析機(jī)組的振動(dòng)特點(diǎn)如下：

（1）表2中的序號(hào)1，額定轉(zhuǎn)速時(shí)，各軸承顯示的振幅很小，說(shuō)明質(zhì)量不平衡的影響因素已經(jīng)很小，確認(rèn)動(dòng)平衡調(diào)整結(jié)束。

（2）表1序號(hào)6和表2序號(hào)2比較，即檢修前后的額定負(fù)荷工況比較，4號(hào)軸承的振幅下降較大。3號(hào)軸承的振幅下降不大，說(shuō)明軸承還存在熱穩(wěn)定性差等其他因素的影響。

5 幾點(diǎn)體會(huì)

5.1 瓦枕墊塊與凹窩接觸的判斷

4號(hào)軸承的下半軸瓦質(zhì)量＞50kg，涂色檢查瓦枕墊塊的接觸時(shí)，用很小的力矩（＜200N·m）即可輕松地在軸承凹窩內(nèi)沿徑向往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)下瓦，這是不正常的。出現(xiàn)這種情況即可判斷為兩側(cè)墊塊與凹窩的接觸不良，放入轉(zhuǎn)子時(shí)，兩側(cè)墊塊必然會(huì)出現(xiàn)間隙。

表2 各軸承沿X、Y兩方向的軸振（μm，雙振幅）

4號(hào)軸承上半瓦墊塊的中心設(shè)置φ30mm的圓柱銷(xiāo)（圖2中5#位置），4號(hào)軸承的松動(dòng)會(huì)增大圓柱銷(xiāo)受到的剪力作用。圓柱銷(xiāo)的定位，雖不至于使軸承產(chǎn)生徑向轉(zhuǎn)動(dòng)的位移，但兩側(cè)墊塊的間隙，會(huì)導(dǎo)致軸承沿左右方向產(chǎn)生軸振頻率為1X的位移。

4號(hào)軸承蓋與上半瓦墊塊的間隙（圖2中尺寸f）同時(shí)作用，使振幅較大幅增加。

5.2 機(jī)組的熱穩(wěn)定性缺陷分析

2號(hào)軸承鎢金出現(xiàn)較大的接觸角，經(jīng)分析認(rèn)為，不是鎢金加工精度低，鎢金表面誤差過(guò)大造成的。因?yàn)槿绻麊渭兪沁@一原因則應(yīng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，振幅就會(huì)增大，而不是在數(shù)小時(shí)后才緩慢增大?？赏茢?號(hào)軸承鎢金出現(xiàn)較大的接觸角是由于熱態(tài)時(shí)軸承與凹窩的接觸不良，甚至出現(xiàn)局部間隙等惡化現(xiàn)象所致。

軸承在制造過(guò)程中，凹窩和2號(hào)軸瓦的接觸面積稍有不良，冷態(tài)工況的振幅雖然可以維持穩(wěn)定運(yùn)行，但在熱態(tài)工況時(shí)則會(huì)出現(xiàn)惡化現(xiàn)象，2號(hào)軸承會(huì)出現(xiàn)1X頻率的位移，從而使得軸頸與鎢金的接觸面增加，即軸振增加。

2號(hào)軸承的鎢金軸向長(zhǎng)度為103mm，3號(hào)軸承的鎢金軸向長(zhǎng)度為133mm，同時(shí)還采用球面結(jié)構(gòu)。顯然，2號(hào)軸承比3號(hào)軸承的剛度差很多。由于2號(hào)軸承結(jié)構(gòu)的原因，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，振幅容易增大是可能的。類(lèi)似機(jī)組出現(xiàn)過(guò)汽—發(fā)聯(lián)軸器的制造缺陷，都曾使2號(hào)軸承的振幅增加較大。

繼續(xù)對(duì)2號(hào)軸瓦鎢金進(jìn)行刮研處理，熱態(tài)工況時(shí)還會(huì)出現(xiàn)鎢金接觸角增大的情況，或者接觸角雖有所減小，但振幅不會(huì)減小。因?yàn)楦締?wèn)題是2號(hào)軸承與凹窩接觸不良造成的，而2號(hào)軸承瓦枕與凹窩的接觸是不能作刮研處理的。

經(jīng)過(guò)調(diào)整凹窩內(nèi)的三件墊塊，可保證軸承支撐的穩(wěn)定，但是對(duì)于固定式的軸承，凹窩內(nèi)與軸瓦圓柱面的接觸是否可以保證支撐的穩(wěn)定，則要由凹窩和軸瓦的半徑偏差，即配合的間隙偏差來(lái)決定，而現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有辦法處理固定式軸承接觸不良和保證接觸面積等問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述對(duì)巴基斯坦某余熱電站機(jī)組振動(dòng)故障的分析及消缺處理，有效降低了振幅，取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果，供處理同類(lèi)型機(jī)組軸振故障時(shí)參考。