加強汽輪發電機組的安裝管理有效降低對機組振動的影響

■ 趙永智 中電投工程公司 上海 265116

加強汽輪發電機組的安裝管理有效降低對機組振動的影響

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影響汽輪發電機組振動的因素很多，涉及到設計、制造、安裝、檢修和運行等方面，而且它們之間又互相影響。文章著重從汽輪發電機組本體安裝的角度來分析影響機組振動的因素，提高安裝質量，有效地降低對機組振動的影響，從而確保機組安全穩定地運行。

汽輪發電機組 振動 影響因素 質量

汽輪發電機組是將蒸汽的能量轉換成為機械功，再轉化成電能的設備，其在電廠發電中起著非常重要的作用。汽輪發電機組安裝是個非常復雜的過程，如果安裝不當，將會對機組的振動有影響。隨著電力工業的發展，為了提高能源利用率，達到節能的目的，大型汽輪發電機組的發展很快，其特點主要體現在參數高、容量大、尺寸長、重量重、部件多等，再加上相關要求的提高，更增加了汽輪發電機組安裝的難度。如果安裝過程控制的不好，將會對機組振動的影響非常大，甚至造成十分嚴重的后果。

機組的振動分為強迫振動和自激振動。引起機組強迫振動的原因有：轉子質量的不平衡，轉子的連接和對中有缺陷，轉子彎曲，轉子受到機械摩擦力，轉子支承系統的改變，電磁力不平衡等；引起機組自激振動的原因有：油膜振蕩，汽隙振蕩等。對轉動機械來說，微小的振動是不可避免的，需要解決的是盡可能地減少振動，嚴格地控制振動在允許的標準范圍內。任何一種振動都潛伏著設備損壞的危險，影響設備的使用壽命，而超標準的強烈振動又會導致機組其他零部件松動、斷裂、加劇動靜部分摩擦、危機保安系統誤動作等，直接影響著汽輪發電機組的安全運行，甚至造成停機及整臺機組毀壞事故。

考慮到機組振動的危害性，應高度重視振動問題。在安裝前應明確定位，提前策劃，針對不同機組的特點，加強對相關安裝資料的審查和理解，收集相關參考資料，編制有針對性的安裝方案及優化措施，在安裝過程中加強質量控制，努力提高安裝工藝水平，切實地確保機組的安裝質量，有效降低對機組振動的影響。現結合汽輪發電機組本體安裝過程，從以下一些方面來討論減少影響機組振動的因素：

1 地腳螺栓和錨固板的安裝

(1)由于汽輪發電機轉速高，振動大，對安裝基礎要求高，對汽輪發電機的安裝精度要求也十分嚴格。

(2)汽輪發電機的安裝、定位、緊固是由地腳螺栓和錨固板與基礎連接，根據相關圖紙及參考資料設計一套合理的可調式地腳螺栓及錨固板金屬框架式支撐固定結構，不但能精確地定位地腳螺栓及錨固板，確保后續汽輪發電機組的順利安裝，而且加強了地腳螺栓及錨固板區域的基礎支撐剛度，從某方面可減少因基礎問題產生的機組振動。如基礎支撐為預埋臺板，方法同仿。

2 基礎處理和臺板安裝

(1)嚴格地按照圖紙及規范的要求進行基礎的檢查驗收及處理，基礎處理方面在此主要強調基礎表面油污的處理及二次灌漿區域基礎的鏨毛。

(2)上述兩項未按要求處理將直接影響到今后基礎二次灌漿料與基礎的親和力，由此將直接降低了區域基礎支撐剛度。另外，應在臺板未就位之前將基礎鏨毛好以避免臺板就位后局部區域無法有效處理。

(3)臺板安裝前應先改善墊鐵的布置，墊鐵布置原則按制造廠提供的圖紙要求布置，補充或增加墊鐵的布置參考規范。如墊鐵布置不太合理，地腳螺栓緊固時，臺板剛性較差容易變形，產生間隙。另外，如果墊鐵接觸不實也易降低區域的抗振能力。

(4)在臺板安裝方面，在此側重討論一下臺板鏟刮。規范要求臺板與汽缸、與軸承座接合面應光潔無毛刺，并接觸嚴密，接觸面四周用0.05mm塞尺檢查應塞不入。一般來說施工前制造廠家及許多單位都認為不需要鏟刮臺板，因為臺板與汽缸、與軸承座接合面均經過精密銑床加工，且出廠前制造廠已經對臺板進行了研刮，故應該符合安裝要求；再加上所有汽輪機部件重量均落在臺板上,只要臺板下部墊鐵布置得當,墊鐵荷重分配合理,原有的間隙會因臺板微小變形而消除。而實際上由于運輸及存放的原因,臺板接合面接合并不嚴密,特別是臺板與軸承座接合面,較大的間隙在汽缸就位安裝時是不能消除，故需采取傳統的臺板研磨方法處理。盡管增加了工作量，但能有效保證臺板的安裝質量，減少了因臺板安裝質量問題產生的振動因素。

3 基礎沉降影響

若基礎存在不均勻沉降將直接影響到汽輪機的過程安裝及最終安裝質量，運行時各軸承受力不均，空負荷狀態即出現振動，運行工況改變振動也變化，振幅不穩定。因此汽輪機基礎除了要有足夠的剛性還要定期進行沉降觀測。

3.1 規范要求沉降觀測至少應配合下列工序

3.1.1 基礎養護期滿后（原始數據）;

3.1.2 汽輪機全部汽缸就位和發電機定子就位前后；

3.1.3 汽輪機和發電機二次澆灌混凝土前;

3.1.4 整套試運行后等。

為了確保安裝質量，應加強過程控制，除了遵守制造廠相關規定外，還應考慮增加其他沉降檢測工序控制點，如增加關于凝汽器灌水試驗、汽輪發電機靠背輪找中心、扣缸前、對輪連接前、汽機抽真空、機組啟動前等沉降檢測工序等，通過對觀測點沉降數據的積累和分析，確定基座的相對沉降量，為機組安裝提供依據。

3.2 當遇基礎不均勻沉降，致使隔日的測量記錄有明顯變化時，不得進行設備的相關安裝工作，應加強監測并研究處理

3.3 另外，從其它工程的經驗來看，載荷變化和氣溫變化對基座的不均勻沉降影響最大

在施工前期制定施工綜合進度時，應使汽輪發電機基座盡早澆筑完畢；編制專業施工組織設計時應根據汽輪發電機一條線的安裝工序作統籌安排，盡早對凝汽器進行灌水試驗，將聯軸器聯接時間后移，從而減少從低發聯軸器聯接到機組投運的時間間隔；制定設備交付計劃時，盡早將設備荷載作用在汽輪發電機基礎之上等。

4 軸承座、軸承安裝

(1)軸承座底平面與基礎臺板接觸不良、地腳螺栓未按要求緊固或緊力不均勻等將降低軸承座的聯接剛度，從而降低了軸承座的抗振能力。軸承安裝過程中，由于軸瓦緊力、墊塊接觸、頂隙和連接剛度等方面問題都可能影響軸承的抗振能力。故在安裝過程中應高度重視，嚴格按要求控制安裝質量。

(2)重視軸承的標高問題，如果轉子兩端的軸承標高不在一個合理的范圍內，則兩端軸承的負荷分配就不合理，將造成軸瓦內的油膜形成不好或根本不能建立油膜。由此極易誘發機組的自激振動或產生碾瓦現象，從而引發機組振動。因此，安裝期間，應根據制造廠家的建議，再結合各廠的實際情況對機組的軸承標高進行認真的調整。另外，根據不同組設計特點，考慮各軸承標高情況，預先在具體墊鐵配制過程中留有相應的預抬量，便于調整，以滿足不同軸承負荷的要求。

(3)推力軸承是轉子相對于汽缸的膨脹死點，轉子軸向竄動量如不符合要求，竄動量過小不能保證推力瓦塊形成正常的油膜厚度，而在運行中油溫會升高或出現摩擦痕跡，如竄動量過大，在汽輪機負荷突然改變時，可能會使推力瓦塊受到沖擊，或造成動靜碰磨情況的發生，從而引起機組振動。因此，應嚴格地按照圖紙及規范的要求在安裝前對推力瓦進行檢查處理，在安裝過程中進行推力瓦間隙和接觸程度的檢測并作好記錄。

5 轉子葉片問題

當汽輪機發生斷葉片時，轉子的質量分布明顯發生改變，因此機組的振動會發生明顯的變化，振動的變化既包括振動大小的變化也包括振動相位的變化。為了避免斷葉片的現象發生，應嚴格地按照圖紙及規定的要求對現場到貨的轉子葉片進行檢查處理，各級葉片逐一進行外觀檢查，轉子葉片及復環應無松動和損傷，鑲嵌應平整，無凸出部分。另外，現場還應對葉片進行靜頻率試驗等，有效確保轉子葉片的質量。

6 機組中心影響

嚴格的講，機組中心應包括轉子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉子各軸承的標高、軸系連接的同心度和平直度。關于軸承標高對機組振動的影響，前面已經講到。現重點介紹其他兩個方面。

(1)如果轉子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會引起汽流激振、電磁激振和動靜碰磨。若碰磨發生在轉軸處，則會使轉子發生熱彎曲而引起不穩定普通強迫振動。

(2)當聯軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯軸器法蘭止口或螺栓節圓不同心、端面瓢偏、連接螺絲緊力明顯不對稱時，不論圓周和端面如何正確，當把連接螺栓擰緊后，都會使連接軸系不同心和不平直，還會使轉子產生預載荷。當轉子處于旋轉狀態時，軸系同心度和平直度會直接產生振動的激振力，引起機組的振動。

(3)針對機組中心問題，安裝期間，應按照圖紙要求，在制造廠家的指導下，同時結合現場的實際情況，并根據相關工程經驗綜合考慮半缸和全缸情況、凝汽器接缸、灌水試驗、抽真空，及運行工況等方面的影響進行相關的調整處理，以減少因機組中心問題對機組振動造成的影響。通常來說以低壓轉子作為汽輪機發電機組軸系的基準轉子，其前后軸徑的揚度按照其設計要求控制調整，整條軸系的找正都是以基準的低壓轉子為基礎進行，相關靜止部套、缸體等再分別相對于轉子進行調整。聯軸器找中心應根據聯軸器中心偏差的測量結果來進行調整。

7 滑銷系統影響

不論是汽輪機還是發電機，當機組帶負荷受熱后都要產生膨脹，而又不能讓其自由膨脹，滑銷系統就是用于引導整個機組按預定方向自由膨脹，保證汽輪發電機組動、靜部分中心位置及各處間隙在膨脹過程中均能滿足要求，達到穩定運行的目的。當由于某種原因使滑銷系統卡澀時，機組的膨脹就會受到限制，當機組的膨脹受到限制時就會引起機組較大的振動，嚴重時以至于不能開機或引起動靜碰磨，從而造成更大的破壞。

因此，應嚴格地按照圖紙及規范的要求進行滑銷系統的檢查、安裝。如滑銷、銷槽及引進型機組低壓缸的縱、橫向定位錨固板尺寸應符合設計要求且與設備能互相配合，各滑動配合面應無損傷和毛刺，必要時應進行修刮。滑銷進行試裝時，應滑動自如。如滑銷間隙不合理應進行調整處理等。滑銷在汽缸、臺板或軸承座上必須牢固地固定，直接鑲嵌的必須有一定的緊力，用螺栓連接的其定位銷必須緊固，固定滑銷的螺釘不得影響滑銷的間隙，內外缸水平上的橫銷，在軸向位置固定后必須焊牢等。

8 動靜間隙

8.1 汽輪機轉子與汽缸和軸封之間以及發電機轉子與靜子之間都存在間隙

8.1.1 當汽輪機轉子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機效率會下降；

8.1.2 當汽輪機轉子與軸封之間的間隙過大時可能引起蒸汽外泄或空氣內漏，從而影響機組的效率和真空；

8.1.3 當發電機轉子與靜子之間的間隙過大時，同樣影響發電機的效率。

8.1.4 但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動靜碰磨，進一步會使機組的振動變化，以至于機組振動超標。

因此，現場按制造廠要求合理調整它們之間的間隙是非常重要的。

9 活動部件

安裝期間如果有活動部件進入汽輪機而未能發現，此活動部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機葉片，從而造成嚴重的事故，并引發機組振動。如果發電機內存在活動部件，一方面可能一啟動電機造成內部短路;另一方面可能引起機組振動的不穩定，這將會對機組振動的診斷帶來困難。因此，應加強安裝過程中的管理，加強安全文明施工，并在工作服、人員、材料、環境、記錄、清理、檢查等方面作出嚴格的規定，避免因活動部件進入而產生機組振動的風險發生。

10 浮動油擋安裝影響

為了增加密封效果，很多機組加裝了浮動油擋。如果浮動油擋設計、制造、安裝不當，都可能引起振動。如浮動油擋徑向安裝間隙過小造成與轉軸之間發生了干磨檫，浮動油擋與轉子凸肩之間的軸向間距預留的不夠，導致機組受熱膨脹后浮動油擋與轉子凸肩發生軸向碰磨，以及浮動油擋軸向定位部件安裝不當造成軸向偏斜等等。

因此，在安裝時，應將徑向間隙適當放大，保持合理的徑向和軸向間隙；考慮機組受熱膨脹，轉子的不同位置膨脹量不同，應在安裝前檢查油擋安裝位置，如浮動油擋與轉子凸肩之間的軸向間距預留的不夠，應及時采取處理措施；浮動油擋安裝應固定牢固，必要時可考慮增加固定方式，避免因軸向定位部件安裝不當造成軸向偏斜等。另外，對浮動油擋可采用了外接潤滑油的方法，消除浮動環與轉軸之間的干摩擦等，減小浮動油擋碰磨對軸系振動的影響。

11 機組真空影響

機組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個因素的變化必然引起另一個因素的改變。對于軸承座落在排汽缸上的機組來說，真空變化時大氣壓力對排汽缸的功能力就要變化，使和排汽缸連成一體的后軸承座發生上下位移；真空變化時，排汽溫度變化，使排汽缸熱膨脹值變化，也會引起后軸承座上下位移，這些都能影響機組中心在垂直方向的變化，若處理不當時就可能引起振動。

因此，應重視涉及真空方面的安裝工作，做好系統真空查漏工作，發現問題及時處理，有效保證安裝質量。同時安裝過程中應根據制造廠家的建議及相關工程經驗提前考慮機組抽真空及運行情況下的影響因素，在軸承座安裝過程中，提前考慮軸承標高的預留量，對軸承的標高進行調整。

12 發電機、勵磁機磁場中心不對稱

發電機、勵磁機磁場中心不對稱有兩種：

12.1 軸向磁場中心不對稱

12.2 圓周方向磁場中心不對稱引起空氣間隙不對稱，前者易發生周期性的軸向振動，后者會引起靜子的振動

考慮到減少振動問題，應加強現場的安裝調整工作。在現場測量方面原則上發電機的空氣間隙和磁力中心無特殊原因應現場進行測量，但由于結構原因無法進行空氣間隙現場測量時，如端蓋軸承式發電機的空氣間隙安裝過程中對出廠裝配位置未變動者可不再測量；由于結構原因無法按常規方法進行磁力中心直接測量時，在穿轉子前可采用分別做好定子、轉子軸向相對位置的外引值的方法，來確定磁力中心。對于軸向磁場中心和空氣間隙問題，可根據現場實際在制造廠家的指導下進行調整，以確保設備的軸向磁場中心和空氣間隙符合要求。

另外，在安裝過程中定期對發電機轉子、定子進行絕緣測試等相關工作，確保機組安全運行。

13 施工工序的影響

安裝過程中因施工工序不合理，將直接影響安裝的質量。而一個合理的施工工序，不但能提高安裝的效率，更主要的是能更好地保證安裝質量，如此將能有效地減少對機組振動的影響。

汽輪發電機組本體安裝和凝汽器的安裝是一個有機的整體，不可忽視任何一個方面。緊緊抓住影響振動的一條線，在專業施工組織設計中明確了各施工質量控制點，制定合理的施工綜合進度。為了減少基礎沉降對現場安裝的影響，應盡可能使汽輪發電機基座盡早澆筑完畢，盡早對凝汽器換熱管進行灌水查漏，盡早將設備荷載作用在汽輪發電機基礎之上，如定子盡早吊裝就位等；同時定期觀察汽輪發電機組基礎的沉降情況，使安裝各階段基礎沉降變化做到心中有數，并在安裝時想辦法消除基礎不均勻沉降。統籌安排汽輪發電機組一條線的安裝工序，減小基礎沉降對最終軸系找中的影響，將聯軸器聯接時間后移，從而減少從聯軸器聯接到機組投運的時間間隔，并采取不同階段多次找正、復查和調整的措施等等。總之，合理的施工工序，不但能夠保證了安裝工作高效有序的進行，又能提高了安裝質量，從而有效地減少對機組振動的影響。

15 結束語

在汽輪發電機組安裝的過程中影響機組振動的因素很多，且影響因素之間又相互關聯。除上述以外，安裝過程中低壓缸的拼接、零部件松動、凝汽器接缸、汽缸負荷試驗、汽機扣蓋、相關大管道與汽輪機的連接、油系統清潔度、基礎二次灌漿、凝汽器灌水試驗等等安裝問題都會影響機組振動。隨著機組容量的增大，相關要求的提高，涉及到的影響因素更多，機組振動問題也更加復雜。因此，需要通過不斷地學習和總結經驗，提高對機組振動問題的認知，對于不同的機組，有針對地進行分析、研究，切實地做好方案及措施的編制，加強汽輪發電機組的安裝管理，嚴抓安裝質量，努力提高安裝工藝水平等，從而有效地減少因安裝問題產生的機組振動。在此僅討論了因安裝問題影響機組振動的一些方面，希望能夠給以參考，為以后的汽輪發電機組安裝提供幫助。

1 電力建設施工及驗收技術規范《汽輪機機組篇》.中國電力企業聯合會基建工作部.

2 錢德祥.《大型汽輪機安裝》.水利電力出版社.

3 施維新.《汽輪發電機組振動及事故》.中國電力出版社.1998.10

4 謝尉揚.《大型汽輪發電機基座不均勻沉降及其影響》.電力建設.1999（1）.

5 施維新.《浮動和接觸密封對軸系振動影響的測試及分析》.發電技術.2004.（2）.

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1672-9323（2010）06-0068-04

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