汽輪機(jī)前箱膨脹不暢問題分析及解決措施

吳錫鵬

（國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)源電力有限公司，北京 100033）

汽輪機(jī)本體主要由轉(zhuǎn)子、靜子、軸承及軸承箱、盤車裝置等組成，其中軸承分為支持軸承和推力軸承。支持軸承用來承受轉(zhuǎn)子的重量并保持轉(zhuǎn)子的徑向位置，推力軸承用來固定轉(zhuǎn)子的軸向位置，而軸承箱用來安裝軸承和軸承座[1]。

某汽輪機(jī)投產(chǎn)以來，機(jī)組前軸承箱（以下簡(jiǎn)稱前箱）滑動(dòng)面間頻繁出現(xiàn)拉毛、膨脹不暢的問題，進(jìn)而導(dǎo)致高中壓缸膨脹不暢。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)由于前箱膨脹不暢導(dǎo)致動(dòng)靜碰磨，運(yùn)行中出現(xiàn)支撐剛度弱、轉(zhuǎn)子上抬引起振動(dòng)基數(shù)大、振動(dòng)不穩(wěn)等問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性[2]。

1 汽輪機(jī)前箱滑銷系統(tǒng)及機(jī)組膨脹不暢現(xiàn)象

本機(jī)型汽輪機(jī)高中壓缸為單層缸結(jié)構(gòu)，通過下貓爪支撐在前箱和中箱上，與前、中軸承箱之間存在定中心梁的推拉機(jī)構(gòu)。汽缸膨脹時(shí)，依靠定中心梁推拉軸承箱和汽缸保證整個(gè)汽缸的中心穩(wěn)定[3]。前軸承箱底與臺(tái)板之間裝有2 個(gè)縱銷，軸承箱可在臺(tái)板上沿軸向自由滑動(dòng)，其橫向移動(dòng)受縱銷限制。前軸承箱側(cè)面的角銷和連接螺栓限制軸承座產(chǎn)生任何傾斜或抬高的傾向，角銷、連接螺栓與軸承座凸肩間留有適當(dāng)間隙，允許臺(tái)板軸向滑動(dòng)[4]。每個(gè)貓爪與軸承座之間都用雙頭螺栓連接，以防汽缸與軸承座之間產(chǎn)生脫空。螺母與貓爪、螺栓與貓爪通孔之間均留有適當(dāng)間隙，當(dāng)溫度變化時(shí)，汽缸貓爪能自由脹縮。汽輪機(jī)前箱滑銷系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 某機(jī)型汽輪機(jī)前箱滑銷系統(tǒng)

機(jī)組投產(chǎn)后，頻繁發(fā)生滑動(dòng)面拉毛、前箱膨脹不暢問題，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)、啟動(dòng)頻繁失敗。即使啟動(dòng)成功，也會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)大，運(yùn)行不穩(wěn)定[5]。

2 原因分析及處理方案

2.1 原因分析

改造前機(jī)組前箱與臺(tái)板間隙如圖2 所示。由圖2的測(cè)量數(shù)據(jù)可知，前箱底部與臺(tái)板間隙大，左右膨脹不均，前箱前翹?；赜凸艿琅c箱體間的剛性連接使前箱受到橫向作用力，導(dǎo)致前箱與縱銷間作用力過大、左右膨脹不均[6]。歷次檢修中發(fā)現(xiàn)，前箱底部、角銷、縱銷等滑動(dòng)面均有不同程度的拉毛現(xiàn)象，經(jīng)補(bǔ)焊、研磨處理后，短時(shí)間運(yùn)行均再次出現(xiàn)前箱膨脹受阻、左右膨脹不均、前箱前翹等問題，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。由于滑動(dòng)面研磨不能有效解決滑動(dòng)面拉毛、膨脹受阻的問題，需進(jìn)一步改造以徹底解決前箱膨脹不暢的情況[7]。

圖2 汽輪機(jī)前箱滑動(dòng)面間隙測(cè)量記錄

2.2 處理方案

針對(duì)拆機(jī)初始測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)施拉毛損傷部位補(bǔ)焊、潤(rùn)滑油槽填充板塊處理。填充板用沉孔螺栓緊固在臺(tái)板上，然后以左后方0 位為基準(zhǔn)進(jìn)行磨銑處理，磨銑后臺(tái)板平面度偏差在0.03 mm 之內(nèi)。

首先，利用前箱臺(tái)板加工量計(jì)算前箱底面加工量，保證二者加工量之和為（2.00±0.05）mm。其次，用前箱底板與臺(tái)板對(duì)研，利用紅丹粉檢查接觸情況，保證75%的面積均勻接觸。再次，將自潤(rùn)滑片前端固定在前箱臺(tái)板前端，前箱落位后將其推到安裝位，保證自潤(rùn)滑片完全伸展、壓實(shí)。翻邊后，用壓板固定自潤(rùn)滑片后部。最后，前箱正式回落后，在前箱前后自潤(rùn)滑片上部加裝防塵罩，避免在機(jī)組運(yùn)行過程中粉塵及顆粒物落到自潤(rùn)滑片上，確保機(jī)組啟停機(jī)和加減負(fù)荷過程中滑動(dòng)面不被異物劃傷[8]。

2.2.1 滑動(dòng)面潤(rùn)滑方式的處理

為保證前箱與臺(tái)板面間接觸和受力均勻，潤(rùn)滑優(yōu)良，在前箱與臺(tái)板間加裝自潤(rùn)滑片。具體方案如下：首先，前箱臺(tái)板用數(shù)控龍門銑床銑平，平面度誤差為0.03 mm；其次，根據(jù)臺(tái)板加工量計(jì)算前箱底面加工量，保證總加工量滿足要求；最后，滑動(dòng)面之間加裝自潤(rùn)滑合金片，厚度為（2.00±0.01）mm，自潤(rùn)滑片兩邊用壓板固定在前箱臺(tái)板兩端[9]。

本項(xiàng)目采用的潤(rùn)滑片為以銅板為基體、燒結(jié)球形青銅粉為中間層、改性聚四氟乙烯為摩擦表面層的3層復(fù)合材料，如圖3 所示。其中，聚四氟乙烯的干摩擦系數(shù)為0.07 ～0.20，是目前塑料中摩擦系數(shù)較小的材料，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性[10]。在與摩擦副對(duì)磨時(shí)，潤(rùn)滑片表面的聚四氟乙烯能向摩擦副表面發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成穩(wěn)定的聚四氟乙烯固體潤(rùn)滑膜。銅板基體能夠提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定性[11]。

圖3 自潤(rùn)滑片結(jié)構(gòu)

2.2.2 前軸承箱回油管硬性連接的處理

本機(jī)型前箱供回油管采用套裝油管?；赜凸懿馁|(zhì)為0Cr18Ni9，管徑及壁厚為Φ325 mm×10 mm，與前軸承箱剛性連接。運(yùn)行中，前箱膨脹量為26 ～27 mm，本次改造選擇304 不銹鋼材質(zhì)波紋膨脹節(jié)，長(zhǎng)為520 mm，管徑及壁厚為Ф325 mm×6 mm，設(shè)計(jì)壓強(qiáng)為0.3 MPa，補(bǔ)償量為±20 mm。安裝膨脹節(jié)時(shí)，在-10 mm 位移處偏裝，有效補(bǔ)償機(jī)組熱態(tài)時(shí)前箱膨脹量[12]。

2.3 改造后機(jī)組運(yùn)行狀況

改造后，機(jī)組正常運(yùn)行過程中實(shí)測(cè)前箱底部與自潤(rùn)滑片之間除右側(cè)中部約150 mm 長(zhǎng)度范圍內(nèi)間隙為0.05 mm，其余間隙均為0.00 mm。前箱絕對(duì)膨脹數(shù)值較改造前增大3.00 ～3.70 mm。改造前，不同負(fù)荷下前箱左右兩側(cè)最小膨脹數(shù)值分別為25.84 mm、25.70 mm，最大膨脹數(shù)值分別為27.11 mm、26.94 mm。改造后，不同負(fù)荷下前箱左右兩側(cè)最小膨脹數(shù)值分別增加至28.85 mm、28.78 mm，最大膨脹數(shù)值分別增加至30.79 mm、30.45 mm。機(jī)組膨脹受阻、膨脹不均問題均得以解決，提升了機(jī)組啟停調(diào)峰性能和運(yùn)行可靠性[13-14]。改造后前箱與臺(tái)板間隙記錄如圖4 所示。

圖4 改造后前箱與臺(tái)板間隙記錄

3 結(jié)語

文章通過采集機(jī)組運(yùn)行中前箱臺(tái)板間隙、汽輪機(jī)絕對(duì)膨脹數(shù)值，分析了前箱膨脹不暢及左右膨脹不均的原因，通過相關(guān)措施的實(shí)施保證了綜合治理效果，極大地提升了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。本次項(xiàng)目的成功實(shí)施為類似汽輪發(fā)電機(jī)組提供了參考，也為主機(jī)廠后續(xù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造提供了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及實(shí)際應(yīng)用案例。