300 MW機組汽輪機軸瓦振動診斷及處理

武進猛

(大唐清苑熱電有限公司，河北 保定 071100)

1 軸系結構及特點

某廠2號汽輪機是由上海汽輪機有限責任公司制造的300 MW亞臨界參數、一次中間再熱、高中壓合缸單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機，型號為C300/226-16.7/0.43/537/537，發電機為QFSN-300型水-氫-氫冷卻方式，采用靜態勵磁。汽輪發電機組軸系由高中壓轉子(HIP)、低壓轉子(LP)、發電機轉子(G)及集電環轉子(E)組成，各轉子之間均采用剛性聯接。軸系由7個軸承支撐，汽輪機2個轉子為雙支承方式，發電機與集電環采用三支承，高中壓轉子兩瓦(1號、2號)為可傾瓦、落地式，低壓轉子兩瓦(3號、4號)坐落在排汽缸上，發電機兩瓦(5號、6號)為端蓋式橢圓瓦。集電環勵磁機瓦(7號)采用落地式可傾瓦[1-2]。

高中壓轉子與低壓轉子之間采用剛性聯軸器連接。2個聯軸器間裝有墊片，安裝時可調整轉子的軸向位置。低壓轉子與發電機轉子之間也采用剛性聯軸器連接。在低壓轉子電機端裝有盤車用大齒輪，該齒輪也作為聯軸器墊片，調整汽輪機轉子與發電機轉子的軸向位置。

2 1號瓦振動分析

2號機組自2011年12月投產以來，在啟停機過程中，1號軸瓦軸振在啟停過臨界時逐漸增大。2013年，高中壓轉子過臨界時1號軸瓦軸振值最大239.5 μm，2014年出現高中壓轉子過臨界時1號軸瓦軸振最大增至338 μm。在額定工況下1號軸瓦最大軸振1X為76 μm、1Y為85 μm。

從2號機組在2013年2月至2016年5月的啟動數據看，冷態啟動(調節級金屬溫度小于204 ℃)9次、溫態啟動(調節級金屬溫度204～350 ℃)7次、熱態啟動(調節級金屬溫度350～450 ℃)6次，1號軸瓦過臨界時均呈現增長趨勢，其中溫態啟動時，1號軸瓦軸振最大增至311 μm。2號機組冷態、溫態、熱態啟動過臨界振動數據如表1—表3所示。

表1 2號機組冷態啟動過臨界振動數據

表2 2號機組溫態啟動過臨界振動數據

表3 2號機組熱態啟動過臨界振動數據

2號機組在22次停機過臨界時，1號軸瓦過臨界軸振同樣呈現增長趨勢，軸瓦軸振最大增至338 μm。如表4所示。

2號機組各轉子設計臨界轉速如表5所示，單轉子臨界轉速與連接成軸系后臨界轉速會有所差別。由于單轉子連成軸系后，轉子自由端增加了約束，每根轉子的剛度都會有所增加，軸系中相應轉子的臨界轉速也會有不同程度增加。因此，在機組進行啟停過程中應注意機組各轉子實測臨界轉速與設計值的區別。

表4 2號機組停機過臨界振動數據

表52號機組汽輪機各轉子臨界轉速設計值

r/min

3 振動特征分析及處理

3.1 機組振動特征分析

3.1.1 振動監測

2號機組在啟停過程中，1號軸瓦軸振在過臨界時均超標。通過對2號機組啟停過程振動監測發現，2號機組高中壓轉子存在一定的一階失衡，導致機組在通過一階臨界轉速時高中壓轉子軸振動超標[3]。

3.1.2 檢修數據

查找2號機組轉子的出廠報告、汽輪機廠的軸系標高標準以及2臺機組大修的揚度檢修記錄，如表6、表7所示。經過計算2號機組軸系標高、設計標高以及軸系揚度[4]，均在合格范圍內。

表6 2號機組歷次大修標高 mm

表7 2號機組歷次大修揚度 mm

查找2號機組聯軸器的檢修記錄數據均在合格范圍內，如表8所示。

表82號機組歷次大修聯軸器中心記錄數據

mm

3.1.3 振動特征分析[5]

a. 在啟動過程中由于轉子和汽缸受熱膨脹速度不一樣，可能存在輕微動靜磨擦，使轉子存在輕微質量不平量。

b. 機組軸系的熱穩定性差，在啟動過程中熱態下的轉子不平衡量一直存在，隨著轉子膨脹均勻后，轉子不平衡量逐漸減小。

c. 機組轉子于2014年5月和2016年9月大修，大修期間未發現轉子存在彎曲，但并未排除轉子局部彎曲，有可能彎曲量不大，所以在機組啟停機時表現比較突出，導致振動增大，過臨界后又趨于平穩。

d. 機組轉子本身存在殘余應力，在過臨界時表現比較明顯。

3.2 2號機組處置過程

機組停機前1周聯系上汽廠家進行數據監測，根據所得數據，安排檢修和返廠動平衡，在機組解體檢修中需要完成以下工作[6-7]。

a. 檢查滑銷系統中持環、內缸與外缸定位鍵、貓爪與軸承座的支撐鍵配合間隙、前軸承座與臺板間隙及導向鍵、螺栓和前軸承座的裝配間隙等，按照標準調整間隙。

b. 檢查軸系及轉子的揚度，隨著機組運行時間延長，標高可能有一定變化，因此需按照標準調整標高。2號機組大修標高和揚度如表9、表10所示，歷次大修聯軸器中心記錄數據如表11所示。

表9 2號機組大修標高 mm

表10 2號機組大修揚度 mm

表11 2號機組歷次大修聯軸器中心記錄數據 mm

c. 檢查軸瓦烏金面有無裂紋、脫胎、局部剝落等現象，軸瓦墊鐵與軸承座有無間隙，軸承兩側及頂部間隙是否合格，按照標準調整間隙。

d. 檢查轉子是否有彎曲，動葉是否有松動、磨損現象，如有問題提出解決方案，并進行直軸、動葉修復。

e. 檢查汽輪機通流間隙，間隙變大或變小都可能影響機組啟停振動，本次檢修對高中壓缸進行汽封改造，調整合理的通流間隙。

f. 檢查汽輪機外缸、內缸、隔板有無變形，如有問題及時處理。

從轉子出廠報告中發現，出廠時電端加裝的平衡塊比較多，進行現場動平衡工作困難較大，因此必須安排轉子返廠動平衡，清除原有轉子平衡塊，并對所有配重孔進行清理，在轉子動平衡合格后，按照標準調整軸系。

通過分析機組歷次啟動過程數據，發現冷態、溫態在沖轉過程中汽輪機脹差會減小2～2.5 mm，熱態汽輪機脹差會減小3～3.5 mm，因此在機組啟動過程中按照啟動暖機曲線進行暖機，在冷態、溫態啟動過程中脹差值要在2.5 mm以上，避免出現負脹差，造成汽輪機動靜碰磨，影響機組振動。2號機組脹差記錄數據如表12所示。

表12 2號機組脹差記錄數據

為保證機組啟動過程中的振動問題能及時處理，提前進行現場動平衡準備工作。

a. 準備各種型號平衡塊，根據平衡量選取合適型號。

b. 準備一小桶煤油或便于螺栓拆卸的滲透劑。

c. 準備加重專用工具，必須進行確認、檢查及清潔。

d. 準備方便加重人員上下的腳手架及架子。

e. 準備強光手電、防燙服、防顆粒口罩、連體服。

f. 根據現場實際測量數據，分析計算加重位置，并按順序進行配重工作。

3.3 處理結果

經過解體檢修和高中壓轉子返廠動平衡，2號機組于2016年11月15日一次啟動成功。在啟動過程中，1瓦軸振在過臨界時1X為48.8 μm，1Y為61.5 μm，達到合格標準。2號機組啟動記錄數據如表13所示。

表13 2號機組啟動記錄數據(2016-11-15)

4 結束語

2號機組1號瓦經過停機后高中壓缸解體檢修和高中壓轉子返廠動平衡工作，在機組冷態、溫態、熱態啟動數據有逐漸增大的趨勢，但均未超過報警值127 μm，并且在停機過程中也均未超過報警值，為此類機組異常振動診斷及處理提供參考。