3號汽輪機振動超標原因分析和解決辦法

秧未（天津石化熱電部，天津 300271）

3號汽輪機振動超標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號汽輪機檢修數據，并結合振動狀態監測結果，分析出3號汽輪機振動超標的原因，并提出解決辦法。

汽輪機；振動；聯軸器；瓢偏值

天津石化熱電部3號汽輪機原為武漢汽輪機廠CB25—90/ 41/13型單缸沖動抽汽背壓式汽輪機，因節能需要于2013年3月本體部分更換為杭州汽輪機廠B17-8.83/4.2（HGS71/40）型單缸反動式背壓汽輪機。該機自2013年3月底改造后試運以來，振動及#2瓦溫度一直超標，雖公司多次組織專家診斷、檢修處理、甚至發電機轉子在線做動平衡，效果仍然不佳，目前該機仍帶病運行。本文認真梳理3號汽輪機檢修數據并結合振動狀態監測結果，分析出振動超標的原因并提出解決辦法。

1 檢修數據分析

兩根轉子通過剛性聯軸器連接后，由于#2、3瓦處軸頸相距較近，考慮機械加工誤差，#3瓦揚度值應在0.10-0.15mm/m，而實測值為0.25 mm/m，可推斷出對輪端面出現了瓢偏。電機轉子較長而且較重，材質為優質碳鋼，汽輪機轉子較短且輕，材質為優質合金鋼，在相同外力作用下，顯然發電機轉子先受損。對輪直徑為610 mm，發電機對輪端面到#3瓦軸頸中心距離為650 mm，可估算出瓢偏值在10絲左右。

是什么力使發電機轉子在聯軸器處的軸頭發生彎曲、對輪端面瓢偏值超標呢？

在檢修中，取出下瓦檢查時，為了趕工期或為了省事，在不解開聯軸器螺栓的情況下，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，由于兩個轉子為一剛性軸，則大軸將會以#1瓦為支點逐漸抬高，由相似三角形性質可求出#4瓦軸頸分別抬高50、40、30絲時，#2、3瓦軸頸的抬高值。計算過程如下：

設#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h4=50，40，30絲時，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。由于整根轉子自身重力作用會產生一定的靜彎曲，實際數值應偏小。但用天車起吊轉子，抬起值不好控制，極容易出現抬起值較大的情況。

從上表可以看出當#4瓦軸頸抬起某值時，會使#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，為方便計算，可將大軸簡化為一簡支梁，上部分別受各自轉子重量的均布荷載，發電機轉子重心在#3、4瓦重心間距的中點，汽輪機轉子的重心在#1、2瓦中心間距的中點。

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，

整根轉子最薄弱點在發電機轉子對輪根部，該處軸頸直徑為270mm，距#1瓦中心4058mm，該截面與#1瓦間轉子受自重均布荷載作用。取該橫截面形心O為矩心，發電機轉子聯軸器（含軸頭、螺栓、螺母）質量為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力為

δ=M÷WZ=245891÷（1.93×10-3）=127MPa

查閱廠家資料，轉子材質為優質碳鋼，其基本許用應力值為140 MPa，計算出該截面的彎曲應力小于基本許用應力值，為什么還會出現變形呢？

以下原因仍可能使該軸頸變形：

（1）#3機發電機轉子曾于2004年返武漢汽輪發電機廠檢修軸頸，原廠家發現聯軸器端面瓢偏值嚴重超標、達22絲，自聯軸器根部，軸頭出現彎折。經電廠專業人員確認后廠家加工端面使瓢偏值正常。該截面出現過變形，強度降低。

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

（3）軸頸加工時留下傷痕或材料自身存在缺陷，均會使截面強度降低。

聯軸器瓢偏值超標后，以其為基準找兩轉子中心，雖對輪中心對正很好，兩轉子中心仍會偏差較大。

2 #3機運行狀況

2014年4月29日，#3機檢修后啟動，代負荷后#4瓦水平振動升高、最大達6絲、垂直振動也達4絲，#1瓦軸振在50μm以下，#2瓦溫度88℃。

5月8日，發電機轉子在線做動平衡。做完動平衡后，#4瓦水平振動下至3絲，#1瓦軸振上升到98μm，而且低負荷時可達102μm，#2瓦溫度也上升至93℃左右。8月9日，#1高調門伺服閥故障，不得不關停該閥、開大其余閥門，機組#1瓦軸振下降至53μm，#2瓦溫度也下降至88℃左右，目前該機以此狀態運行。

振動頻譜以1倍頻為主，為中心不正特征。

機組長期以此狀態運行，會加大轉子疲勞受損，縮短其使用壽命。

3 振動原因分析

從檢修數據和振動特征綜合分析，判斷該機組振動異常的原因是轉子中心不正，而聯軸器找中心時外圓和張口均在2絲以內，造成轉子中心不正的主要原因是聯軸器端面產生瓢偏。

4 解決辦法

（1）#3機應安排一次檢修，檢查各瓦正常后，測量發電機轉子聯軸器端面瓢偏值，如其超標，應判定為聯軸器軸頭又發生彎曲。可嘗試加工專用測量工具，聯軸器找正時，端面找正以# 3瓦軸頸為基準找汽輪機聯軸器端面，外圓找正以汽輪機聯軸器為基準找發電機#3瓦處軸頸外圓，找好中心后，在對輪張口處加合適的不銹鋼墊片后上緊對輪螺栓。由于測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子返廠進行精密測量后加工聯軸器端面，使瓢偏值正常，再做動平衡。按以上處理后，聯軸器螺栓孔需重絞，并重配螺栓。

（2）應修訂檢修規程，加入以下規定：對于剛性或半撓性汽輪發電機轉子，聯軸器螺栓未解開時，嚴禁抬起轉子聯軸器遠端的軸頸。

5 結語

#3汽輪機于10月初停運檢修，測出發電機轉子對輪瓢偏值達12絲，發電機轉子返廠檢修后，機組各瓦振動達到優秀標準。

［1］陳維新.工程力學［M］.北京：高等教育出版社，1997.

秧未，高級工程師，本科，現從事熱電廠設備管理工作。