汽輪機轉(zhuǎn)子軸振超標(biāo)原因分析及解決辦法

郝東偉

【摘 要】論文根據(jù)某熱電廠220MW機組轉(zhuǎn)子軸振超標(biāo)的實例，闡述了汽流擾動、軸系中心以及晃度對汽輪機轉(zhuǎn)子軸振的影響，并介紹了相關(guān)的檢查方式及解決辦法，以供借鑒。

【Abstract】Based on an example of over-standard rotor shaft vibration of 220MW unit of a thermal power plant， this paper expounds the influence of steam flow disturbance， center of shafting and sway degree on the rotor shaft vibration of steam turbine， and introduces relevant inspection methods and solutions， for reference.

【關(guān)鍵詞】汽輪機;軸振;汽流擾動;晃度

【Keywords】steam turbine; shaft vibration; steam flow disturbance; sway degree

【中圖分類號】TK268.+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）07-0135-03

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(yè)采暖雙抽式供熱凝汽式汽輪機。汽輪機三根轉(zhuǎn)子均采用剛性聯(lián)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(zhuǎn)子為三支撐方式。

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

2 修前機組振動情況

2017年，該機組在檢修期間，因發(fā)電機轉(zhuǎn)子存在匝間短路缺陷，抽發(fā)電機轉(zhuǎn)子更換了兩組線棒，回裝時低發(fā)背輪進行了找中心和軸瓦調(diào)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(xù)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(zhuǎn)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(fù)到75μm。機組熱態(tài)時晃度值發(fā)生變化，分析原因為機組處于冷熱態(tài)時，各軸承箱標(biāo)高變化不一致。

3 檢查處理情況

經(jīng)現(xiàn)場檢測，振動以1倍頻為主，相位穩(wěn)定。對汽輪機軸系進行全面檢查后，發(fā)現(xiàn)高中對輪晃度超標(biāo)及低發(fā)對輪中心上下偏差超標(biāo)的問題。對此均進行了調(diào)整處理，并將1#軸承抬高0.04mm，提高了軸瓦的穩(wěn)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(wěn)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(zhuǎn)子揚度等，未見異常。②為適當(dāng)加大1#軸承負(fù)載，提高1#軸承穩(wěn)定性，1#軸承下瓦塊左右側(cè)各加0.05mm墊片，頂部瓦塊減去0.10mm墊片，將1#軸承處高壓轉(zhuǎn)子抬高0.04mm。

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(zhuǎn)子揚度等，未見異常。②檢查前浮動油擋注油孔沒有堵塞現(xiàn)象，活動靈活。后浮動油擋有大量碳粉，注油孔堵塞，浮動環(huán)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(diào)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(fēng)擋，發(fā)現(xiàn)2#軸承箱前風(fēng)擋有明顯碰磨痕跡，與轉(zhuǎn)子軸頸磨痕對比分析，前風(fēng)擋最外側(cè)一片風(fēng)擋與轉(zhuǎn)子R角處發(fā)生軸向碰磨，其他兩片風(fēng)擋與轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向碰磨。原因分析：風(fēng)擋受熱變形，機組啟動初期高壓缸脹差大，產(chǎn)生碰磨。處理方案：對擋風(fēng)片碰磨處進行修刮，調(diào)整間隙為1mm。

3.3 軸系晃度和中心檢查

①檢查主油泵轉(zhuǎn)子與高壓轉(zhuǎn)子晃度以及中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子晃度，均無異常。②高中對輪處高壓轉(zhuǎn)子晃度為0.1mm，中壓轉(zhuǎn)子晃度為0.035mm。高壓轉(zhuǎn)子晃度比2014年大修回裝值增大0.06mm，而且發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)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(fā)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(yīng)力變化，螺栓發(fā)生應(yīng)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(diào)整轉(zhuǎn)子晃度，同時保證螺栓緊力充足并均勻。回裝后高壓轉(zhuǎn)子晃度為0.045mm，中壓轉(zhuǎn)子晃度為0.01mm。③低發(fā)對輪晃度最大為0.06mm，較2017年檢修回裝值增大0.02mm。測量發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子比汽輪機轉(zhuǎn)子低0.09mm，較2017年檢修回裝值增大0.08mm。上述數(shù)據(jù)說明，汽輪發(fā)電機組低發(fā)中心在2017年檢修后發(fā)生改變，分析原因為發(fā)電機大修后，受調(diào)整墊片平整度影響，發(fā)電機兩端軸瓦垂直方向未達到穩(wěn)定值，運行中發(fā)生變化，此次檢查后重新進行了調(diào)整。④高中壓轉(zhuǎn)子對輪中心，除下張口稍大外，其它情況良好，如將下張口調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值，需抬高2#軸承，將造成2#軸承負(fù)荷分配更大，1#軸承負(fù)荷分配更小，可能造成1#軸承軸振繼續(xù)升高，因此未做調(diào)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(xiàn)為：①振動與負(fù)荷變化相關(guān);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(shè)計，軸系長，與合缸機組相比，轉(zhuǎn)子位置的微小偏差就會對轉(zhuǎn)子與汽缸的中心狀態(tài)產(chǎn)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(chǎn)生變形，高壓缸與軸承箱相對位置發(fā)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(nèi)通流間隙不均勻，運行時汽缸內(nèi)部產(chǎn)生較大汽流擾動。2014年，機組大修檢查測量時就曾發(fā)現(xiàn)汽輪機各轉(zhuǎn)子中心狀態(tài)較2008年機組揭缸提效時發(fā)生較大變化，特別是高中壓轉(zhuǎn)子尤為明顯。高中轉(zhuǎn)子為兩軸三支撐方式，機組自投產(chǎn)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(zhuǎn)移到了1#軸承。1#軸承和2#軸承X方向軸振受汽流擾動現(xiàn)象非常明顯，在順序閥運行狀態(tài)下，高調(diào)門在中小開度時，高壓缸進汽受節(jié)流作用的影響，也會產(chǎn)生較大的汽流擾動。在機組單閥運行狀態(tài)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(zhuǎn)子中部，離軸瓦較遠(yuǎn)，2#軸承支撐位置在中壓轉(zhuǎn)子上，高壓轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性較差，易受干擾。

4.2 高中對輪晃度超標(biāo)

機組的頻繁啟停、變負(fù)，導(dǎo)致輪螺栓會受到冷熱交替和應(yīng)力變化的影響，產(chǎn)生應(yīng)力松弛使得螺栓的預(yù)緊力下降，發(fā)生松動的現(xiàn)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(xiàn)爬升現(xiàn)象的直接原因。

5 修后機組振動情況

修后1#軸承X方向軸振在滿負(fù)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(diào)門開度對應(yīng)關(guān)系非常明顯，當(dāng)3號高調(diào)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(dāng)3號高調(diào)門開度繼續(xù)增大至4號高調(diào)門開啟時，振動基本保持穩(wěn)定并略有下降。當(dāng)1、2號高調(diào)門全開，3號高調(diào)門全關(guān)或只打開預(yù)啟閥時，1#軸承X方向軸振最小。當(dāng)1、2號高調(diào)門繼續(xù)關(guān)小后，1#軸承X方向軸振又會升高。上述現(xiàn)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(jiān)測，盡量減小主汽壓力的波動。根據(jù)機組負(fù)荷及時調(diào)整主汽壓力，控制高調(diào)門開度，盡量避開高調(diào)門節(jié)流擾動最大點。②加強對2#軸承晃度的監(jiān)測，機組啟停機時對晃度進行連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)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(diào)整。

7 結(jié)語

汽流擾動是造成汽輪機振動異常的原因之一，高壓調(diào)節(jié)閥的開啟順序和轉(zhuǎn)靜子間隙不均都會造成汽流力不均，引起振動。發(fā)生汽流擾動時，一般只能通過改進汽封通流部分的設(shè)計或調(diào)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(diào)整工作，保證全周間隙均勻，避免發(fā)生汽流擾動現(xiàn)象。

【參考文獻】

【1】黃樹紅.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2008.