汽輪機發(fā)電機組安裝過程中減少機組振動因素分析

李慶豐

（廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

由于汽輪發(fā)電機組一般存在體積大、重量重、部件多等特點，而機組運行時候會產(chǎn)生強迫振動和自激振動，當振動超過允許的范圍時，會導致機組其他零部件松動、斷裂、損壞設備等情況，造成機組使用壽命縮短。當機組長期在振動超標的狀態(tài)下運行時，直接影響著汽輪發(fā)電機組的安全運行，甚至造成停機及整臺機組毀壞事故。本文結(jié)合汽輪發(fā)電機組安裝過程，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(fā)電機轉(zhuǎn)速高，振動大，對安裝基礎要求高，對汽輪發(fā)電機的安裝精度要求也十分嚴格。

(2)汽輪發(fā)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(jù)相關圖紙及參考資料設計一套合理的可調(diào)式地腳螺栓及錨固板金屬框架式支撐固定結(jié)構(gòu)，不但能精確地定位地腳螺栓及錨固板，確保后續(xù)汽輪發(fā)電機組的順利安裝，而且加強了地腳螺栓及錨固板區(qū)域的基礎支撐剛度，從某方面可減少因基礎問題產(chǎn)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(guī)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(diào)基礎表面油污的處理及二次灌漿區(qū)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(qū)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(qū)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(guī)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(chǎn)生間隙。另外，如果墊鐵接觸不實也易降低區(qū)域的抗振能力。

(4)在臺板安裝方面，在此側(cè)重討論一下臺板鏟刮。規(guī)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(jīng)過精密銑床加工，且出廠前制造廠已經(jīng)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(tǒng)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(zhì)量，減少了因臺板安裝質(zhì)量問題產(chǎn)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(zhì)量，運行時各軸承受力不均，空負荷狀態(tài)即出現(xiàn)振動，運行工況改變振動也變化，振幅不穩(wěn)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(guī)范要求沉降觀測至少應配合下列工序

（1）基礎養(yǎng)護期滿后（原始數(shù)據(jù)）;（2）汽輪機全部汽缸就位和發(fā)電機定子就位前后；（3）汽輪機和發(fā)電機二次澆灌混凝土前;（4）整套試運行后等。為了確保安裝質(zhì)量，應加強過程控制，除了遵守制造廠相關規(guī)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(fā)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(shù)據(jù)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(jù)。

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(jiān)測并研究處理

3.3 另外，從其它工程的經(jīng)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(fā)電機基座盡早澆筑完畢；編制專業(yè)施工組織設計時應根據(jù)汽輪發(fā)電機一條線的安裝工序作統(tǒng)籌安排，盡早對凝汽器進行灌水試驗，將聯(lián)軸器聯(lián)接時間后移，從而減少從低發(fā)聯(lián)軸器聯(lián)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(fā)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(lián)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(zhì)量。

(2)重視軸承的標高問題，如果轉(zhuǎn)子兩端的軸承標高不在一個合理的范圍內(nèi)，則兩端軸承的負荷分配就不合理，將造成軸瓦內(nèi)的油膜形成不好或根本不能建立油膜。由此極易誘發(fā)機組的自激振動或產(chǎn)生碾瓦現(xiàn)象，從而引發(fā)機組振動。因此，安裝期間，應根據(jù)制造廠家的建議，再結(jié)合各廠的實際情況對機組的軸承標高進行認真的調(diào)整。另外，根據(jù)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(diào)整，以滿足不同軸承負荷的要求。

(3)推力軸承是轉(zhuǎn)子相對于汽缸的膨脹死點，轉(zhuǎn)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(xiàn)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?jīng)_擊，或造成動靜碰磨情況的發(fā)生，從而引起機組振動。因此，應嚴格地按照圖紙及規(guī)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(zhuǎn)子葉片問題

當汽輪機發(fā)生斷葉片時，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機組的振動會發(fā)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(xiàn)象發(fā)生，應嚴格地按照圖紙及規(guī)定的要求對現(xiàn)場到貨的轉(zhuǎn)子葉片進行檢查處理，各級葉片逐一進行外觀檢查，轉(zhuǎn)子葉片及復環(huán)應無松動和損傷，鑲嵌應平整，無凸出部分。另外，現(xiàn)場還應對葉片進行靜頻率試驗等，有效確保轉(zhuǎn)子葉片的質(zhì)量。

6 機組中心影響

嚴格的講，機組中心應包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)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(jīng)講到。現(xiàn)重點介紹其他兩個方面。

(1)如果轉(zhuǎn)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(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，則會使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強迫振動。

(2)當聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓節(jié)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(zhuǎn)子產(chǎn)生預載荷。當轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸系同心度和平直度會直接產(chǎn)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(jié)合現(xiàn)場的實際情況，并根據(jù)相關工程經(jīng)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(diào)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(zhuǎn)子作為汽輪機發(fā)電機組軸系的基準轉(zhuǎn)子，其前后軸徑的揚度按照其設計要求控制調(diào)整，整條軸系的找正都是以基準的低壓轉(zhuǎn)子為基礎進行，相關靜止部套、缸體等再分別相對于轉(zhuǎn)子進行調(diào)整。聯(lián)軸器找中心應根據(jù)聯(lián)軸器中心偏差的測量結(jié)果來進行調(diào)整。

7 滑銷系統(tǒng)影響

不論是汽輪機還是發(fā)電機，當機組帶負荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，而又不能讓其自由膨脹，滑銷系統(tǒng)就是用于引導整個機組按預定方向自由膨脹，保證汽輪發(fā)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(wěn)定運行的目的。當由于某種原因使滑銷系統(tǒng)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(guī)范的要求進行滑銷系統(tǒng)的檢查、安裝。

8 動靜間隙

8.1 汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸和軸封之間以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙

（1)當汽輪機轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時，汽輪機效率會下降；(2)當汽輪機轉(zhuǎn)子與軸封之間的間隙過大時可能引起蒸汽外泄或空氣內(nèi)漏，從而影響機組的效率和真空；(3）當發(fā)電機轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時，同樣影響發(fā)電機的效率。（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(xiàn)場按制造廠要求合理調(diào)整它們之間的間隙是非常重要的。

9 活動部件

在安裝期間應特別注意，保證沒有其它活動部件留存在汽缸內(nèi)部，如果有活動部件進入汽輪機，運行時活動部件可在氣流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機葉片，引起機組振動。如果活動部件留存在發(fā)電機內(nèi)，則可能引起發(fā)電機內(nèi)部短路，造成嚴重事故。

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(zhuǎn)軸之間發(fā)生了干摩擦，浮動油擋與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子凸肩發(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(huán)與轉(zhuǎn)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(fā)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(tǒng)真空查漏工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，有效保證安裝質(zhì)量。同時安裝過程中應根據(jù)制造廠家的建議及相關工程經(jīng)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(diào)整。

12 發(fā)電機、勵磁機磁場中心不對稱發(fā)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(fā)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(xiàn)場的安裝調(diào)整工作。在現(xiàn)場測量方面原則上發(fā)電機的空氣間隙和磁力中心無特殊原因應現(xiàn)場進行測量，但由于結(jié)構(gòu)原因無法進行空氣間隙現(xiàn)場測量時，如端蓋軸承式發(fā)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(jié)構(gòu)原因無法按常規(guī)方法進行磁力中心直接測量時，在穿轉(zhuǎn)子前可采用分別做好定子、轉(zhuǎn)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(jù)現(xiàn)場實際在制造廠家的指導下進行調(diào)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(fā)電機轉(zhuǎn)子、定子進行絕緣測試等相關工作，確保機組安全運行。

結(jié)語

汽輪機安裝在安裝行業(yè)中技術含量高，要求具有懂得汽輪機工作原理和相關實踐經(jīng)驗的技術工人進行施工。在整個安裝過程中，質(zhì)量檢驗必須及時到位，而且要與施工工序環(huán)環(huán)相扣，這也是提高機組安裝質(zhì)量的有效措施。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社，1998.

[2]華東電業(yè)管理局.汽輪機運行技術問答[M].北京：中國電力出版社，1998