9FA燃機(jī)汽缸錯位分析

董光明 張國平 潘小豐

摘 要：針對某9FA燃機(jī)A修后#4軸承振動異常問題，從振動特性展開分析，深入研究#4軸承所在的高、中壓缸A修過程的檢修工藝，最終確定原因?yàn)闄z修工藝上合缸的順序不合理，通過調(diào)整下缸高度，成功解決了此重大缺陷。并為類似機(jī)組的振動異常分析和檢修工藝提供參考。

關(guān)鍵詞：9FA燃機(jī)；高、中壓缸；振動；A修；檢修工藝

中圖分類號：TK411+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0114-04

Abstract： In view of the abnormal vibration of #4 bearing after A repair of a 9FA gas turbine， this paper analyzes the vibration characteristics of #4 bearing and studies the repair process of high and medium pressure cylinder A repair of #4 bearing. The final reason is that the sequence of overhauling process is unreasonable. By adjusting the height of the lower cylinder， the major defect was successfully resolved. It also provides a reference for the abnormal vibration analysis and maintenance technology of similar units.

Keywords： 9FA gas turbine； high and medium pressure cylinder； vibration； A repair； repair technology

引言

某電廠燃汽輪發(fā)電機(jī)組選用美國GE公司與哈爾濱電氣集團(tuán)聯(lián)合生產(chǎn)的PG9315FA型燃汽輪機(jī)、D10型三壓再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機(jī)、390H型氫冷發(fā)電機(jī)。本文針對某9FA燃機(jī)A修后#4軸承振動異常問題，從振動特性展開分析，深入研究#4軸承所在的高、中壓缸A修過程的檢修工藝，通過現(xiàn)場調(diào)查、數(shù)據(jù)分析、文獻(xiàn)研究等方法，梳理可能造成機(jī)組振動異常的原因，最終確定原因?yàn)闄z修工藝上合缸的順序不合理，通過調(diào)整下缸高度，成功解決了此重大缺陷。

1 燃?xì)廨啓C(jī)簡介

某電廠單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組燃汽輪機(jī)、蒸氣輪機(jī)和發(fā)電機(jī)剛性的串聯(lián)在一根長軸上（圖1），燃汽輪機(jī)進(jìn)氣端輸出功率，軸配置為GT-ST-GEN（燃機(jī)-汽機(jī)-發(fā)電機(jī)）轉(zhuǎn)速3000r/min。燃汽機(jī)組主軸分為四段：燃機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，均為整鍛實(shí)心轉(zhuǎn)子，每段轉(zhuǎn)子均由兩個徑向軸瓦支撐。

2 修后歷次啟動過程

2.1 第一次啟動

機(jī)組啟、停階段3000rpm臨界時振動（表1），其中#3相位發(fā)生較大變化、#4瓦振動大，該兩瓦屬于高中壓轉(zhuǎn)子兩端的軸承，兩瓦的振動在停機(jī)時明顯大于啟機(jī)，頻譜為一倍頻，屬于普通強(qiáng)迫振動中的動靜碰磨。

2.2 第四次啟動

機(jī)組啟、停階段3000rpm臨界時振動（表2），其中#3相位發(fā)生較大變化、#4瓦振動大，該兩瓦屬于高中壓轉(zhuǎn)子兩端的軸承，兩瓦的振動在停機(jī)降速時明顯大于啟機(jī)升速，頻譜為一倍頻，屬于普通強(qiáng)迫振動中的動靜碰磨，產(chǎn)生一定量彈性熱變形。

3 振動原因及處理措施建議

3.1 振動原因分析

綜上幾次啟動，剛定速時各瓦振動良好，則轉(zhuǎn)子原始平衡狀態(tài)良好。該機(jī)組振動問題表現(xiàn)在空轉(zhuǎn)下振動爬升，空轉(zhuǎn)下振動屬于不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動，造成空轉(zhuǎn)振動爬升是由不穩(wěn)定激振力造成的，根據(jù)歷次啟動振動特點(diǎn)，判斷不穩(wěn)定激振力是由機(jī)組動靜碰磨造成的。

動靜碰磨按摩擦方向分兩種，一種為軸向碰磨，另一種為徑向碰磨。定速運(yùn)行，#3、#4振動波動較大，振幅增大過程中相位連續(xù)增大，由于轉(zhuǎn)子撓性，振動高點(diǎn)滯后于不平衡處，振動高點(diǎn)處碰磨產(chǎn)生的附加彎曲與原始不平衡疊加，振動高點(diǎn)逆轉(zhuǎn)向移動，故造成振幅增大同時，相位也逆轉(zhuǎn)向，即相位增大。停機(jī)降速過程中#3、#4振幅皆較升速過程大得多，低速盤車后晃度恢復(fù)，轉(zhuǎn)子振動大是因?yàn)檗D(zhuǎn)子臨時熱彎曲造成的，造成熱彎曲的原因?yàn)閺较蚺瞿ァ?/p>

3.2 碰磨產(chǎn)生的原因分析

3.2.1 管道布置示意圖

高、中壓缸高壓主蒸汽一路（圖2），再熱蒸汽兩路（圖3）。注：X向指向固定端；Y向?yàn)槠麢C(jī)指向鍋爐端；Z向?yàn)樨Q直向上。閥門處均安裝的為恒力吊架。

3.2.2 狀態(tài)描述

汽缸變形狀態(tài)情況描述：#2機(jī)高中壓缸于大修開缸，開缸后進(jìn)行通流間隙的測量記錄。（當(dāng)時系統(tǒng)狀態(tài)是高中壓缸連接的管道及閥門都未進(jìn)行工作）檢修過程中按汽缸檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各部位的間隙的調(diào)整，達(dá)到制造廠家設(shè)計(jì)時的值。（當(dāng)時系統(tǒng)狀態(tài)是高中壓缸連接的管道未改變，但一個高壓主汽門和兩個中壓主汽門的閥門大蓋和閥芯及閥門控制的上下油動機(jī)都因檢修需要移除）最后到蓋缸時發(fā)現(xiàn)通流間隙的徑向間隙發(fā)生變化。

檢查原因分析發(fā)現(xiàn)蓋缸的過程工序是第一天通流間隙測量好后，數(shù)據(jù)合格封缸。第二天合上缸，在合上缸前進(jìn)行最后的間隙檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)通流間隙的徑向間隙發(fā)生變化，期間只有安裝一個高壓主汽門和兩個中壓主汽門的閥芯和閥門大蓋，造成了高中壓汽缸在高中壓汽缸中部進(jìn)氣管道聚集部位的嚴(yán)重變形（表3），詳見不同階段高壓部分級阻汽片右（南）間隙對比。

高壓主汽管道上一組高主閥，高溫再熱蒸汽管道上兩組中聯(lián)閥，3組閥門重量各約3t左右，拆裝閥門時對管道位移影響較大，列舉部分吊架狀態(tài)（圖4）。

管道發(fā)生較大位移將對汽缸接口處產(chǎn)生附加的端口推力/推力矩，通過上述汽缸變形情況描述可知，附加端口推力/推力矩可能會對汽缸變形產(chǎn)生一定的影響，因缺少詳細(xì)計(jì)算數(shù)據(jù)，在此無法對準(zhǔn)確推力/推力矩進(jìn)行計(jì)算，以下僅定性進(jìn)行推測描述，不做定量分析。

4 工況設(shè)定

在停機(jī)檢修期間假定如下五個工況（圖5）。狀態(tài)1與狀態(tài)2條件為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)狀態(tài)，管道/閥門重量與支吊架承載相匹配，管道對汽缸的端口推力/推力矩很小。

狀態(tài)3條件下，閥門已拆卸，管道/閥門重量減小，支吊架承載不變（恒力吊架載荷不隨位移變化），相當(dāng)于管道給汽缸一個X向的作用力（端口推力），推動下半側(cè)缸體X向變形，此時隔板和軸封體中心線跟隨缸體一起X向偏移。

狀態(tài)4準(zhǔn)備扣缸，為匹配主軸間隙，-X向移動隔板和軸封體，保證此時隔板和軸封體中心線和主軸中心線一致。

狀態(tài)5時，閥門重新安裝（管道/閥門系統(tǒng)重量增加），在汽缸接口產(chǎn)生一個-X向的作用力（端口推力），將拉動下半側(cè)缸體-X向變形（缸體回到正常狀態(tài)），此時隔板和軸封體中心線跟隨缸體一起-X向偏移，造成隔板和軸封體中心線-X向偏離主軸中心線。

5 結(jié)束語

上述情況產(chǎn)生的原因主要是由于拆裝主汽門/中聯(lián)門引起管道位移較大造成的，在該設(shè)計(jì)中主汽門/中聯(lián)門處均布置的是恒力吊架，未固定其豎直向位移。對于端口推力/推力矩，在設(shè)計(jì)中一般僅考慮正常工況下（停機(jī)冷態(tài)、運(yùn)行熱態(tài)）的端口推力計(jì)算，并確保端口推力/推力矩在合格范圍內(nèi)，并未考慮檢修中閥門拆卸狀態(tài)下的端口推力/推力矩分析。對于固定式主汽門/中聯(lián)門，檢修拆卸閥門對于管道位移沒有影響，也不會導(dǎo)致端口推力/推力矩改變，而對于本廠的自由式主汽門/中聯(lián)門，則會對導(dǎo)致端口推力/推力矩變化，進(jìn)而推動汽缸變形。

上述問題主要是高、中壓隔板阻汽片和汽軸封（北上1、2點(diǎn)鐘方向）擦碰，考慮到阻汽片隨著磨損厚度會增加1-2mm，造成碰磨到合適位置困難，機(jī)組啟動時振動無法消除。最后通過間隙分析，調(diào)整汽缸整體高度，讓汽缸抬高0.10mm。隨后開機(jī)試驗(yàn)，#3、#4振動下降，其余軸承振動上升，通過臨界至機(jī)組升速至3000rpm，振動逐漸回落至設(shè)計(jì)值平穩(wěn)運(yùn)行（表4）。

通過這次抬缸調(diào)整，消除了高、中壓隔板阻汽片和汽軸封擦碰造成的振動，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行，避免機(jī)組再次開缸檢修。

參考文獻(xiàn)：

[1]王延博.汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子及結(jié)構(gòu)振動[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]潘小豐，楊金星.9FA燃機(jī)停機(jī)后缸溫異常分析[J].浙江電力，2017.