汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸振超標(biāo)原因分析及解決辦法

郝東偉

（河北大唐國際唐山熱電有限責(zé)任公司，河北 唐山063000）

1 汽輪機(jī)概況

某熱電廠使用C220/170-12.75/0.196/535/535 型超高壓220MW 一次中間再熱、三缸兩排汽、工業(yè)采暖雙抽式供熱凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)三根轉(zhuǎn)子均采用剛性聯(lián)軸器進(jìn)行連接，共由五個(gè)軸承支承，其中1#軸承為可傾瓦支持軸承，2#軸承為橢圓瓦推力支持軸承，3#、4#、5#軸承為橢圓瓦支持軸承。高、中壓分缸，高、中壓部分轉(zhuǎn)子為三支撐方式。

高壓部分共有4 個(gè)調(diào)節(jié)閥，對應(yīng)4 組噴嘴。噴嘴組的序號及汽道數(shù)目如圖1 所示，噴嘴組與調(diào)節(jié)閥序號相對應(yīng)。順序閥運(yùn)行時(shí)，Ⅰ、Ⅱ號調(diào)節(jié)閥先同時(shí)開啟，開啟到30.5mm 時(shí)，Ⅲ號調(diào)節(jié)閥開啟；當(dāng)Ⅲ號調(diào)節(jié)閥接近全開時(shí)，Ⅳ號調(diào)節(jié)閥開啟。

圖1 從汽機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看噴嘴組排列順序及汽道數(shù)

2 修前機(jī)組振動(dòng)情況

2017 年，該機(jī)組在檢修期間，因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在匝間短路缺陷，抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子更換了兩組線棒，回裝時(shí)低發(fā)背輪進(jìn)行了找中心和軸瓦調(diào)整工作。供熱期機(jī)組啟動(dòng)后，1#軸承和2#軸承X 方向軸振較檢修前有比較明顯的上升。2018 年，在夏季機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行后，1#軸承X 方向軸振繼續(xù)升高，2#軸承X 方向軸振則有所下降（見表1）。

2018 年10 月22 日機(jī)組停機(jī)時(shí)，高、中壓轉(zhuǎn)子對輪晃度由機(jī)組啟動(dòng)前盤車時(shí)的75μm 升至120μm，盤車期間晃度又逐漸降低。10 月28 日，停盤車前晃度又恢復(fù)到75μm。機(jī)組熱態(tài)時(shí)晃度值發(fā)生變化，分析原因?yàn)闄C(jī)組處于冷熱態(tài)時(shí)，各軸承箱標(biāo)高變化不一致。

3 檢查處理情況

經(jīng)現(xiàn)場檢測，振動(dòng)以1 倍頻為主，相位穩(wěn)定。對汽輪機(jī)軸系進(jìn)行全面檢查后，發(fā)現(xiàn)高中對輪晃度超標(biāo)及低發(fā)對輪中心上下偏差超標(biāo)的問題。對此均進(jìn)行了調(diào)整處理，并將1#軸承抬高0.04mm，提高了軸瓦的穩(wěn)定性。通過對上述問題的處理，修后1#軸承X 方向軸振最大值由185μm 下降到160μm，機(jī)組啟動(dòng)后，振動(dòng)情況穩(wěn)定，無劣化傾向，取得了一定效果。

3.1 1#軸承檢查

①檢查軸承各處間隙和緊力和螺栓緊固情況，軸瓦接觸情況，瓦塊和浮動(dòng)油擋靈活性，轉(zhuǎn)子揚(yáng)度等，未見異常。②為適當(dāng)加大1#軸承負(fù)載，提高1#軸承穩(wěn)定性，1#軸承下瓦塊左右側(cè)各加0.05mm 墊片，頂部瓦塊減去0.10mm 墊片，將1#軸承處高壓轉(zhuǎn)子抬高0.04mm。

表1 典型工況數(shù)據(jù)

3.2 2#軸承檢查

①檢查軸瓦各處間隙和緊力，螺栓緊固情況，軸瓦接觸情況，轉(zhuǎn)子揚(yáng)度等，未見異常。②檢查前浮動(dòng)油擋注油孔沒有堵塞現(xiàn)象，活動(dòng)靈活。后浮動(dòng)油擋有大量碳粉，注油孔堵塞，浮動(dòng)環(huán)抱死。處理方案：對2#軸瓦后浮動(dòng)油擋進(jìn)行了解體、清掃，疏通泄油孔，調(diào)整浮動(dòng)油擋間隙為0.25mm，回裝后浮動(dòng)油擋，活動(dòng)靈活。③檢查2#軸承箱前后風(fēng)擋，發(fā)現(xiàn)2#軸承箱前風(fēng)擋有明顯碰磨痕跡，與轉(zhuǎn)子軸頸磨痕對比分析，前風(fēng)擋最外側(cè)一片風(fēng)擋與轉(zhuǎn)子R 角處發(fā)生軸向碰磨，其他兩片風(fēng)擋與轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向碰磨。原因分析：風(fēng)擋受熱變形，機(jī)組啟動(dòng)初期高壓缸脹差大，產(chǎn)生碰磨。處理方案：對擋風(fēng)片碰磨處進(jìn)行修刮，調(diào)整間隙為1mm。

3.3 軸系晃度和中心檢查

①檢查主油泵轉(zhuǎn)子與高壓轉(zhuǎn)子晃度以及中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子晃度，均無異常。②高中對輪處高壓轉(zhuǎn)子晃度為0.1mm，中壓轉(zhuǎn)子晃度為0.035mm。高壓轉(zhuǎn)子晃度比2014 年大修回裝值增大0.06mm，而且發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子對輪晃度最大值的方向一致，與大修回裝值相反，說明高中對輪發(fā)生了位移。原因分析：機(jī)組頻繁啟停，對輪螺栓長期受到冷熱交替和應(yīng)力變化，螺栓發(fā)生應(yīng)力松弛，造成螺栓松動(dòng)。對輪螺栓所用緊固扳手為四爪接觸，扳爪承力面單薄，安裝時(shí)易造成對輪螺栓緊力不足、緊力不均的情況。處理方案：松開全部對輪螺栓，重新調(diào)整轉(zhuǎn)子晃度，同時(shí)保證螺栓緊力充足并均勻?；匮b后高壓轉(zhuǎn)子晃度為0.045mm，中壓轉(zhuǎn)子晃度為0.01mm。③低發(fā)對輪晃度最大為0.06mm，較2017 年檢修回裝值增大0.02mm。測量發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子比汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子低0.09mm，較2017 年檢修回裝值增大0.08mm。上述數(shù)據(jù)說明，汽輪發(fā)電機(jī)組低發(fā)中心在2017年檢修后發(fā)生改變，分析原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)大修后，受調(diào)整墊片平整度影響，發(fā)電機(jī)兩端軸瓦垂直方向未達(dá)到穩(wěn)定值，運(yùn)行中發(fā)生變化，此次檢查后重新進(jìn)行了調(diào)整。④高中壓轉(zhuǎn)子對輪中心，除下張口稍大外，其它情況良好，如將下張口調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值，需抬高2#軸承，將造成2#軸承負(fù)荷分配更大，1#軸承負(fù)荷分配更小，可能造成1#軸承軸振繼續(xù)升高，因此未做調(diào)整。

4 振動(dòng)原因分析

4.1 汽流擾動(dòng)

汽流擾動(dòng)造成振動(dòng)的主要表現(xiàn)為：①振動(dòng)與負(fù)荷變化相關(guān)；②噴嘴控制時(shí)振動(dòng)明顯；③低頻振動(dòng)大[1]。

該機(jī)組為高中壓分缸設(shè)計(jì)，軸系長，與合缸機(jī)組相比，轉(zhuǎn)子位置的微小偏差就會(huì)對轉(zhuǎn)子與汽缸的中心狀態(tài)產(chǎn)生較大的影響。該機(jī)組2014 年大修后已運(yùn)行4 年，期間機(jī)組啟停頻繁，受高壓缸體產(chǎn)生變形，高壓缸與軸承箱相對位置發(fā)生變化等因素影響，以及機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)對汽封造成的損耗，造成高壓缸內(nèi)通流間隙不均勻，運(yùn)行時(shí)汽缸內(nèi)部產(chǎn)生較大汽流擾動(dòng)。2014年，機(jī)組大修檢查測量時(shí)就曾發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)各轉(zhuǎn)子中心狀態(tài)較2008 年機(jī)組揭缸提效時(shí)發(fā)生較大變化，特別是高中壓轉(zhuǎn)子尤為明顯。高中轉(zhuǎn)子為兩軸三支撐方式，機(jī)組自投產(chǎn)以來，1#軸承與2#軸承有明顯的“蹺蹺板”特性。2014 年，機(jī)組大修前機(jī)組振動(dòng)為2#軸承X 方向軸振偏大，大修后則轉(zhuǎn)移到了1#軸承。1#軸承和2#軸承X 方向軸振受汽流擾動(dòng)現(xiàn)象非常明顯，在順序閥運(yùn)行狀態(tài)下，高調(diào)門在中小開度時(shí)，高壓缸進(jìn)汽受節(jié)流作用的影響，也會(huì)產(chǎn)生較大的汽流擾動(dòng)。在機(jī)組單閥運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則振動(dòng)情況明顯較好。高壓缸共有19 級前汽封，主汽進(jìn)汽口與合缸機(jī)組相比，更偏向高壓轉(zhuǎn)子中部，離軸瓦較遠(yuǎn)，2#軸承支撐位置在中壓轉(zhuǎn)子上，高壓轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性較差，易受干擾。

4.2 高中對輪晃度超標(biāo)

機(jī)組的頻繁啟停、變負(fù)，導(dǎo)致輪螺栓會(huì)受到冷熱交替和應(yīng)力變化的影響，產(chǎn)生應(yīng)力松弛使得螺栓的預(yù)緊力下降，發(fā)生松動(dòng)的現(xiàn)象。由于四爪扳手的扳面承力面單薄，在安裝時(shí)用其緊固輪螺栓，容易造成對輪螺栓緊力不足、緊力不均的情況。這是夏季機(jī)組振動(dòng)出現(xiàn)爬升現(xiàn)象的直接原因。

5 修后機(jī)組振動(dòng)情況

表2 修后機(jī)組振動(dòng)情況

修后1#軸承X 方向軸振在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，基本保持在140μm 左右。機(jī)組順序閥運(yùn)行時(shí)，1#軸承X 方向軸振與高調(diào)門開度對應(yīng)關(guān)系非常明顯，當(dāng)3 號高調(diào)門開度超過30%，振動(dòng)會(huì)有比較明顯的上升，開度達(dá)到37%時(shí)達(dá)到峰值約160μm，當(dāng)3號高調(diào)門開度繼續(xù)增大至4 號高調(diào)門開啟時(shí)，振動(dòng)基本保持穩(wěn)定并略有下降。當(dāng)1、2 號高調(diào)門全開，3 號高調(diào)門全關(guān)或只打開預(yù)啟閥時(shí)，1#軸承X 方向軸振最小。當(dāng)1、2 號高調(diào)門繼續(xù)關(guān)小后，1#軸承X 方向軸振又會(huì)升高。上述現(xiàn)象與汽流擾動(dòng)的原因分析一致。

6 解決方法

①運(yùn)行中加強(qiáng)對1#軸承振動(dòng)的監(jiān)測，盡量減小主汽壓力的波動(dòng)。根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及時(shí)調(diào)整主汽壓力，控制高調(diào)門開度，盡量避開高調(diào)門節(jié)流擾動(dòng)最大點(diǎn)。②加強(qiáng)對2#軸承晃度的監(jiān)測，機(jī)組啟停機(jī)時(shí)對晃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常并及時(shí)處理。③機(jī)組大修時(shí)，對汽輪機(jī)軸系和汽缸通流間隙進(jìn)行調(diào)整。

7 結(jié)語

汽流擾動(dòng)是造成汽輪機(jī)振動(dòng)異常的原因之一，高壓調(diào)節(jié)閥的開啟順序和轉(zhuǎn)靜子間隙不均都會(huì)造成汽流力不均，引起振動(dòng)。發(fā)生汽流擾動(dòng)時(shí)，一般只能通過改進(jìn)汽封通流部分的設(shè)計(jì)或調(diào)整安裝間隙才能徹底解決。在汽輪機(jī)安裝或檢修時(shí)，要重視軸封的調(diào)整工作，保證全周間隙均勻，避免發(fā)生汽流擾動(dòng)現(xiàn)象。