汽輪機轉子軸振超標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任公司，河北 唐山063000）

1 汽輪機概況

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、工業采暖雙抽式供熱凝汽式汽輪機。汽輪機三根轉子均采用剛性聯軸器進行連接，共由五個軸承支承，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、中壓部分轉子為三支撐方式。

高壓部分共有4 個調節閥，對應4 組噴嘴。噴嘴組的序號及汽道數目如圖1 所示，噴嘴組與調節閥序號相對應。順序閥運行時，Ⅰ、Ⅱ號調節閥先同時開啟，開啟到30.5mm 時，Ⅲ號調節閥開啟；當Ⅲ號調節閥接近全開時，Ⅳ號調節閥開啟。

圖1 從汽機向發電機方向看噴嘴組排列順序及汽道數

2 修前機組振動情況

2017 年，該機組在檢修期間，因發電機轉子存在匝間短路缺陷，抽發電機轉子更換了兩組線棒，回裝時低發背輪進行了找中心和軸瓦調整工作。供熱期機組啟動后，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，在夏季機組啟動運行后，1#軸承X 方向軸振繼續升高，2#軸承X 方向軸振則有所下降（見表1）。

2018 年10 月22 日機組停機時，高、中壓轉子對輪晃度由機組啟動前盤車時的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到75μm。機組熱態時晃度值發生變化，分析原因為機組處于冷熱態時，各軸承箱標高變化不一致。

3 檢查處理情況

經現場檢測，振動以1 倍頻為主，相位穩定。對汽輪機軸系進行全面檢查后，發現高中對輪晃度超標及低發對輪中心上下偏差超標的問題。對此均進行了調整處理，并將1#軸承抬高0.04mm，提高了軸瓦的穩定性。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，機組啟動后，振動情況穩定，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，瓦塊和浮動油擋靈活性，轉子揚度等，未見異常。②為適當加大1#軸承負載，提高1#軸承穩定性，1#軸承下瓦塊左右側各加0.05mm 墊片，頂部瓦塊減去0.10mm 墊片，將1#軸承處高壓轉子抬高0.04mm。

表1 典型工況數據

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，轉子揚度等，未見異常。②檢查前浮動油擋注油孔沒有堵塞現象，活動靈活。后浮動油擋有大量碳粉，注油孔堵塞，浮動環抱死。處理方案：對2#軸瓦后浮動油擋進行了解體、清掃，疏通泄油孔，調整浮動油擋間隙為0.25mm，回裝后浮動油擋，活動靈活。③檢查2#軸承箱前后風擋，發現2#軸承箱前風擋有明顯碰磨痕跡，與轉子軸頸磨痕對比分析，前風擋最外側一片風擋與轉子R 角處發生軸向碰磨，其他兩片風擋與轉子發生徑向碰磨。原因分析：風擋受熱變形，機組啟動初期高壓缸脹差大，產生碰磨。處理方案：對擋風片碰磨處進行修刮，調整間隙為1mm。

3.3 軸系晃度和中心檢查

①檢查主油泵轉子與高壓轉子晃度以及中壓轉子與低壓轉子晃度，均無異常。②高中對輪處高壓轉子晃度為0.1mm，中壓轉子晃度為0.035mm。高壓轉子晃度比2014 年大修回裝值增大0.06mm，而且發現高中壓轉子對輪晃度最大值的方向一致，與大修回裝值相反，說明高中對輪發生了位移。原因分析：機組頻繁啟停，對輪螺栓長期受到冷熱交替和應力變化，螺栓發生應力松弛，造成螺栓松動。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，重新調整轉子晃度，同時保證螺栓緊力充足并均勻。回裝后高壓轉子晃度為0.045mm，中壓轉子晃度為0.01mm。③低發對輪晃度最大為0.06mm，較2017 年檢修回裝值增大0.02mm。測量發現發電機轉子比汽輪機轉子低0.09mm，較2017 年檢修回裝值增大0.08mm。上述數據說明，汽輪發電機組低發中心在2017年檢修后發生改變，分析原因為發電機大修后，受調整墊片平整度影響，發電機兩端軸瓦垂直方向未達到穩定值，運行中發生變化，此次檢查后重新進行了調整。④高中壓轉子對輪中心，除下張口稍大外，其它情況良好，如將下張口調整至標準值，需抬高2#軸承，將造成2#軸承負荷分配更大，1#軸承負荷分配更小，可能造成1#軸承軸振繼續升高，因此未做調整。

4 振動原因分析

4.1 汽流擾動

汽流擾動造成振動的主要表現為：①振動與負荷變化相關；②噴嘴控制時振動明顯；③低頻振動大[1]。

該機組為高中壓分缸設計，軸系長，與合缸機組相比，轉子位置的微小偏差就會對轉子與汽缸的中心狀態產生較大的影響。該機組2014 年大修后已運行4 年，期間機組啟停頻繁，受高壓缸體產生變形，高壓缸與軸承箱相對位置發生變化等因素影響，以及機組啟動和運行時對汽封造成的損耗，造成高壓缸內通流間隙不均勻，運行時汽缸內部產生較大汽流擾動。2014年，機組大修檢查測量時就曾發現汽輪機各轉子中心狀態較2008 年機組揭缸提效時發生較大變化，特別是高中壓轉子尤為明顯。高中轉子為兩軸三支撐方式，機組自投產以來，1#軸承與2#軸承有明顯的“蹺蹺板”特性。2014 年，機組大修前機組振動為2#軸承X 方向軸振偏大，大修后則轉移到了1#軸承。1#軸承和2#軸承X 方向軸振受汽流擾動現象非常明顯，在順序閥運行狀態下，高調門在中小開度時，高壓缸進汽受節流作用的影響，也會產生較大的汽流擾動。在機組單閥運行狀態時，則振動情況明顯較好。高壓缸共有19 級前汽封，主汽進汽口與合缸機組相比，更偏向高壓轉子中部，離軸瓦較遠，2#軸承支撐位置在中壓轉子上，高壓轉子穩定性較差，易受干擾。

4.2 高中對輪晃度超標

機組的頻繁啟停、變負，導致輪螺栓會受到冷熱交替和應力變化的影響，產生應力松弛使得螺栓的預緊力下降，發生松動的現象。由于四爪扳手的扳面承力面單薄，在安裝時用其緊固輪螺栓，容易造成對輪螺栓緊力不足、緊力不均的情況。這是夏季機組振動出現爬升現象的直接原因。

5 修后機組振動情況

表2 修后機組振動情況

修后1#軸承X 方向軸振在滿負荷運行時，基本保持在140μm 左右。機組順序閥運行時，1#軸承X 方向軸振與高調門開度對應關系非常明顯，當3 號高調門開度超過30%，振動會有比較明顯的上升，開度達到37%時達到峰值約160μm，當3號高調門開度繼續增大至4 號高調門開啟時，振動基本保持穩定并略有下降。當1、2 號高調門全開，3 號高調門全關或只打開預啟閥時，1#軸承X 方向軸振最小。當1、2 號高調門繼續關小后，1#軸承X 方向軸振又會升高。上述現象與汽流擾動的原因分析一致。

6 解決方法

①運行中加強對1#軸承振動的監測，盡量減小主汽壓力的波動。根據機組負荷及時調整主汽壓力，控制高調門開度，盡量避開高調門節流擾動最大點。②加強對2#軸承晃度的監測，機組啟停機時對晃度進行連續監測，發現異常并及時處理。③機組大修時，對汽輪機軸系和汽缸通流間隙進行調整。

7 結語

汽流擾動是造成汽輪機振動異常的原因之一，高壓調節閥的開啟順序和轉靜子間隙不均都會造成汽流力不均，引起振動。發生汽流擾動時，一般只能通過改進汽封通流部分的設計或調整安裝間隙才能徹底解決。在汽輪機安裝或檢修時，要重視軸封的調整工作，保證全周間隙均勻，避免發生汽流擾動現象。