135MW汽輪發電機組4號瓦軸振動超標原因分析

張維

摘要：為了確保火力發電機組運行安全，各企業對汽輪機、發電機等重要設備的振動情況都進行了嚴密的監測，并對軸振、瓦振等數值范圍進行了嚴格規定，當超出標準范圍后機組將自動停運。我司3號機組在開機過程中因4號瓦軸振數值超標觸發保護動作，造成跳機事件。分析發現，其主要由發電機回水座接觸式密封滑塊過盈量過大和退讓孔加工精度不足引起，通過調整滑塊安裝間隙、優化退讓孔加工工藝，成功消除振動超標缺陷。

關鍵詞：振動；密封滑塊；過盈量；退讓孔

1.設備概況

我司3號機組汽輪機為上海汽輪機有限公司生產的N135 13.14/535/535型超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機，并與QF8 135 2型雙水內冷發電機配套，于2001年投產運營。汽輪機高中壓轉子和低壓轉子由1、2、3號橢圓瓦進行三點支承。發電機轉子由4、5號橢圓瓦支承，其轉子線圈均采用內部通水冷卻，并有獨立的內部水系統，該系統由進水座、回水座、發電機轉子、管道等組成。該回水座十分靠近4號軸瓦，兩者距離約0.5m。2002年，3號機組發電機轉子回水座行了升級改造，將回水座水擋密封形式由齒型密封改為哈爾濱某公司的滑塊密封。該新型回水座主要由回水座殼體、低壓缸側水擋、發電機側水擋、密封滑塊等組成，其密封滑塊與發電機轉子采用接觸式密封方法，利用0～0.20mm的過盈緊力，成功消除回水座水擋漏水問題。新型滑塊密封水擋結構如圖一所示。

2017年11月，3號機組按計劃開展A級檢修工作。根據相關要求，由原回水座改造公司采用包公包料形式，安排專業人員對3號發電機轉子回水座進行解體清理并更換新密封滑塊。2018年1月13日，3機組啟動，當轉子沖轉至900r/min時，4號瓦軸振躍升至213urn，經過運行人員調整措施及長時間暖機后軸振數值降低到113um，機組繼續沖轉至3000r/min后定速，但4號瓦軸振數值逐漸增大至253um，軸振保護動作跳機，惰走過程中軸振最大達430um（見圖二）。

2.4號瓦軸振動超標原因分析

2.1軸振超標的主要潛在因素

汽輪發電機組引發軸振超標的因素很多，但主要包括：1）結構設計因素影響，2）運行調整因素影響，3）檢修安裝因素影響三個方面。

2.2潛在因素排查

（1）結構設計因素影響

2017年11月A級檢修前，3號汽輪發電機組連續正常運行16年，各項參數均符合相關標準要求，未發生過4號瓦軸振超標現象，且結構相同的4號機組也為發生過類似問題，因此排除因結構設計不合理引發4號瓦軸振超標可能。

（2）運行調整影響

3號機組啟動過程中，蒸汽溫度、壓力、真空度、汽缸溫差、缸脹、脹差、軸封蒸汽溫度等參數均無異常，疏水、暖機、沖轉等操作正確，可以排除運行調整因素對4號瓦軸振超標的影響。

（3）檢修安裝影響

檢修安裝影響主要分為轉子質量不平衡影響、聯軸器同心度影響、軸承自身特性影響、軸系中心影響、滑銷系統影響、動靜間隙影響，加工工藝影響等。

在剛完成的3號機組A級檢修中，檢修人員對汽輪機、發電機及各附件都進行了徹底的解體、檢查與修復工作。轉子上輪轂、葉片、拉筋、圍帶、平衡塊及其它零件未發現松脫、斷裂、磨損等異常情況，轉子彎曲、瓢偏等數值符合要求，可排查轉子質量不平衡影響；中低壓聯軸器同心度、低發聯軸器同心度修后數值均小于0.02mm，符合標準要求，且較修前0.03mm有所下降，可排除聯軸器同心度影響；軸瓦接觸、間隙、緊力、軸系中心、滑銷間隙等各項數據滿足標準要求，可排除軸承自身特性、軸系中心、滑銷系統等相關因素影響。

3號機組啟動沖轉過程中，高中壓缸、低壓缸各部位均未發現碰磨現象，可排除汽輪機動靜間隙不當影響。但在對發電機及各附件進行現場檢查時，發現發電機轉子回水座位置有明顯碰磨聲音。對比A級檢修前后汽輪發電機組各瓦振動數據可以發現，1～5號瓦的瓦振變化較小，1、5號瓦軸振數值同樣變化較小，2、3號瓦軸振數值小幅上升，4號瓦軸振數據大幅上升（見表一）。因此，初步懷疑是靠近4號瓦的發電機轉子回水座水擋密封滑塊動靜間隙不合理，過盈量過大，造成4號瓦軸振超標。

2.2準確原因確認：

為確定軸振超標準確原因，2018年1月14日，3號機組再次啟動，沖轉至900r/min時4號瓦軸振達182um。再次發現發電機轉子回水座低壓缸側有明顯碰磨聲，利用紅外測溫儀測量該處軸頸溫度達60。C左右，比發電機側溫度明顯偏高（發電機側軸頸溫度約30。C左右），且同類型的其他3臺機組該位置的軸頸溫度也在30。C左右，確認3號機組回水座低壓缸側水擋密封滑塊與軸頸存在嚴重碰磨現象。

解體發電機轉子回水座，發現低壓缸側水擋密封滑塊存在磨損、高溫燒糊現象（見圖三）。測量密封滑塊在磨損0.9mm后仍有接近1mm過盈量（過盈量標準要求：0～0.20mm），過盈量超標嚴重。因此，回水座水擋密封滑塊動靜間隙不合理，過盈量過大，與發電機轉子發生嚴重碰磨，是3號汽輪發電機組4號瓦軸振超標的主要原因。

同時，發電機轉子回水座密封滑塊退讓孔一般是經過現場定位后再利用電鉆、三棱刀等工具進行手工制作。由于三棱刀手工鉸孔存在難度大、精度低等問題，此次低壓缸側水擋中部分密封滑塊退讓孔加工精度出現較大偏差（見圖四），滑塊存在卡澀現象。該部分密封滑塊卡澀后，無法靈活的根據發電機轉子位置實時進行伸縮、進退，引發轉子受力不均，破壞平衡狀態，加劇發電機轉子的振動。因此，回水座密封滑塊退讓孔加工精度不足，也是3號機組4號瓦軸振超標的主要原因。

3.處理方案

3.1密封滑塊安裝間隙調整

（1）發電機側密封滑塊安裝間隙

回水座發電機側水擋正對發電機，且距發電機端蓋不足200mm，如果出現發電機側水擋漏水現象，將直接飛濺至發電機殼體，大幅降低發電機絕緣數值，嚴重威脅機組運行安全。因此，回水座發電機側水擋密封滑塊間隙取合格范圍中的較大值：0.15～0.20mm，即與發電機軸頸保持0.15～0.20mm的過盈緊力。

（2）低壓缸側密封滑塊安裝間隙

發電機轉子回水座低壓缸側水擋背對發電機，且距離發電機相對較遠，即使輕微漏水對發電機運行安全影響較小。因此，在咨詢回水座生產廠家專家意見后，將回水座低壓缸側水擋密封滑塊間隙調整為0.15～0.20mm，即與發電機軸頸不接觸，保持0.15～0.20mm的間隙。

3.2優化退讓孔加工工藝

（1）發電機回水座水擋密封滑塊退讓孔現場定位后，應選用4.0mm鉆頭鉆孔，再利用4.0mm銑刀進行擴孔，確保退讓孔加工精度，嚴禁使用鉆頭、三棱刀進行擴孔。

（2）水擋密封滑塊安裝后應確保其伸縮、進退動作靈活，各滑塊之間過度圓滑，滑塊圓心與發電機轉子圓心重合。

（3）回水座裝復完畢后，低壓缸側水擋密封滑塊與軸頸接觸面使用0.15mm塞尺應能夠全周通過。同時，發電機側水擋滑塊與軸頸接觸面使用0.01mm塞尺應不能塞入。

經過上述處理，2018年1月17日，3號機組再次啟動，4號瓦軸振數值大幅下降至0.06mm以下，汽輪機、發電機等重要設備各項參數正常，機組順利并網發電。

4結論

通過以上分析，3號機組4號瓦軸振超標引發跳機事故的主要原因是發電機接觸式回水座密封滑塊過盈量過大和退讓孔加工精度不足。在確保機組安全的情況下，我司通過擴大低壓缸側滑塊間隙、增加發電機側滑塊過盈緊力、采用銑刀擴孔等方式調整密封滑塊間隙、優化退讓孔加工工藝，成功達到消除4號瓦軸振超標缺陷的目的。