華能福州電廠三期工程汽輪發電機組安裝振動控制

張增輝

(華能福州電廠，福建省 長樂市，350200)

0 引言

華能福州電廠三期工程采用基于西門子技術的660 MW超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、凝汽式汽輪機，配套發電機為QFSN-660-2型660 MW汽輪發電機。汽輪發電機組共8個軸承，汽輪機由5個軸承支承，發電機和集電環軸由3個軸承支承。本文分析了華能福州電廠5、6號汽輪機安裝過程可能影響振動的細節，給出了相應的振動控制措施，確保了機組一次沖轉成功并且各個軸瓦振動均達到優良水平。

1 設備出廠質量控制

(1)提高廠內動平衡精度。汽輪機的廠內動平衡精度標準是2.1 mm/s，由于現場安裝可能出現偏差，尤其是靠背輪連接前后的晃度偏差，電廠要求動平衡精度為1.0 mm/s，發電機-勵磁機轉子滿足廠內動平衡時，6、7、8號瓦軸振動不大于27 μm，動平衡過程由專業監造單位監造驗收。高精度動平衡為汽輪機正常運行時振動保持在優良范圍提供了基礎。

(2)在制造廠內研磨軸承與瓦枕的接觸面。安裝5號發電機時，發現6、7號瓦與瓦枕球面接觸情況較差，現場研磨了近20天時間，研磨效果勉強合格。安裝6號發電機時，要求廠家研磨合格后才發貨，雖然發貨時間推遲了幾天，但是比現場研磨節省了大量時間，而且研磨效果很好，6、7號瓦與瓦枕球面接觸面積超過90%，完全符合驗收質量標準。

2 基礎二次灌漿控制

基礎二次灌漿前，要認真檢查基礎鑿毛狀況及清潔度，如果基礎清理不好，二次灌漿與基礎結合就差［1］。灌漿前，按照圖紙要求，在軸承座筋板處粘貼泡沫，給軸承座膨脹留出空間。在基礎二次灌漿后，應去除多余水泥至軸承座側面相平齊。其目的為:(1)觀察基座混凝土是否有空洞。由于軸承座面積比較大，二次灌漿時，稍不注意，就可能造成氣孔。(2)防止多余的灌漿料影響汽缸膨脹。由于西門子機組結構緊湊，如果軸承座基礎混凝土凸出太多，就可能阻礙汽缸的膨脹。(3)美化基礎外觀。

水氫冷發電機組底腳下墊片，必須嚴格按照設備說明文件，鋪設平墊片和階梯墊片。600 MW以上的水氫冷發電機組，須進行定子底腳負荷分配試驗［2］。

3 軸瓦與瓦枕的接觸控制

軸瓦與瓦枕的接觸情況對振動影響很大，如果接觸不好，則瓦的支撐差、穩定性差，容易導致振動，或者軸瓦卡澀導致燒瓦事故［3］。軸瓦與瓦枕的接觸面大都需要現場修刮、研磨。驗收時，一定要按照汽輪機廠的交底要求。對于圓柱面軸承，要保證20 mm寬的接觸面，做接觸試驗時，應采用前后擺動軸承。對于球面軸承，應該保證圓形接觸面［4］。

4 動靜間隙控制

良好的動靜間隙控制可以避免動靜碰磨，降低振動的風險。汽輪機廠要求低壓缸相對于轉子抬高0.40 mm，這是因為凝汽器抽真空后，低壓內缸進汽管的投影面積上面存在大氣壓力，而下面是真空，這個差壓給低壓內缸一個向下的力，使得4個貓爪變形。將4個貓爪架簡化為φ250 mm、長500 mm的懸臂梁，低壓內缸貓爪簡化為φ250 mm、長600 mm的懸臂梁。當凝汽器抽真空后，低壓內缸進汽管的投影面上、下的壓差引起的作用力約254.340 kN，每個貓爪受力63.585 kN。鑄鋼的彈性模量為202 GPa［5］，根據懸臂梁的繞度計算公式［6］，得到貓爪及貓爪架的變形量約為0.17 mm，該計算值在頂缸過程中得到驗證。亦即汽缸會下沉0.17 mm，加上轉子運行時油膜高度約0.20 mm，即得到約需0.40 mm的抬高量。

5 轉子找中心控制

轉子找中心控制的主要任務是合理分配各個軸承的載荷。轉子載荷盡可能由最近的2個軸承承擔，減小轉子的額外彎矩。軸承載荷過小，則該軸承處轉子抗干擾性能就差，運行時轉子振動容易爬高。載荷過大，則運行時瓦溫容易爬高。

由于西門子汽輪機采用固定式軸承座，軸承座直接與基礎通過二次灌漿連在一起，無法再次調整，轉子找中心時只能通過軸瓦墊片做少量調整，所以軸承座標高必須在灌漿前精確調整。軸系調整時，必須考慮軸與各個軸承座油擋洼窩的同心度。由于“從前往后”或“從后往前”找中心均有可能導致最后調整的軸瓦中心與軸承座中心偏差過大，導致油擋安裝困難甚至軸承蓋無法蓋上，為此提出“綜合考慮各油擋洼窩與轉子中心偏差的一次性計算快速找中心算法”。該方法的主要思路是:一次性測量所有靠背輪的張口偏差、圓周偏差，以及各個軸承座油擋洼窩與轉子同心度偏差，以各個軸承座油擋洼窩與轉子同心度偏差均方根最小作為標準，列出方程組，一次性計算出各個軸承的調整量，而不是調1個軸承后再計算下1個軸承的調整量。在實際應用中該方法取得了很好的效果，基本上1次調整即可以達到標準。

用塞尺測量靠背輪張口時，由于有抬軸器的限制，用塞尺無法測量到軸承中分面處的數值。以塞尺能夠測量得到的位置的數值乘以一個系數，計算出靠背輪張口，這是1次調整到位的關鍵。用塞尺測量結果計算得到的張口值，是以a為直徑的假象靠背輪張口值，真正的靠背輪張口值必須乘以b/a，即9/7，如圖1所示。

圖1 抬軸器對測量張口的影響Fig.1 Effect of shaft device on gauge hatch

6 旋轉部件質量平衡控制

振動故障診斷統計結果表明，引起振動過大的激振力中95%是轉子不平衡力［7］，而汽輪發電機組安裝過程中，最容易引起轉子不平衡力的情況有以下2種:

(1)靠背輪螺栓配重情況。安裝汽輪機時，發現制造廠提供的靠背輪螺栓質量偏差較大、而且沒有匹配標記，現場檢查螺栓質量偏差最大60 g，螺母質量偏差最大達165 g，如果隨意匹配，則最大質量偏差可達到225 g。DL/T 5210.3—2009《火電施工質量檢驗及評定標準(汽輪機組篇)》要求對稱螺栓質量偏差在10 g以下［8］，而其現場控制偏差為0 g。對于發電機勵磁機螺栓及螺栓套筒，發電機廠家在工廠安裝了螺栓、完成動平衡，并且已經做好了匹配標記，現場不稱重，完全按照螺栓的鋼印及螺栓孔的鋼印匹配。

(2)發電機風扇安裝。由于發電機穿轉子前，必須把發電機汽機側的風扇葉片拆下，待轉子穿好后，重新安裝風扇葉片。由于每片風扇葉片的質量不一樣，葉片的安裝也必須按照發電機廠做動平衡時的安裝位置進行安裝，即按照發電機廠家打好的鋼印裝發電機風扇葉片。

7 靠背輪連接前后晃度控制

轉子連接前后靠背輪晃度變化量，即運行時旋轉中心與制造廠內動平衡時的旋轉中心的偏差，直接決定了安裝偏差引起的質量偏差所附加的離心力，對振動影響非常大。DL/T 5210.3—2009《火電施工質量檢驗及評定標準(汽輪機組篇)》要求靠背輪連接前后轉子晃度的變化不超過0.02 mm［8-9］。但是，許多人不考慮晃度的方向，而是理解為連接前的最大晃度與連接后的最大晃度之差不超過0.02 mm，這是不正確的。如果連接前、連接后最大晃動度在對角，則實際上晃動度變化為連接前、連接后最大晃度之和，所以晃度必須考慮方向。測量時，靠背輪晃度用矢量表示，然后用矢量相減計算晃度的變化量。由于西門子機組是單支承軸承，靠背輪連接時，無支承的轉子，應該用在制造廠做動平衡時的晃動度作為原始晃動度，但是制造廠都不提供該數值，這一點對安裝質量有不利影響。現場只好用靠背輪的絕對晃動度來控制，確保有軸承支撐的一側靠背輪連接前后的圓周晃動度變化不超過0.02 mm，而無軸承支承的一側靠背輪用連接后的絕對晃度不超過0.02 mm來控制。

8 汽機島與周圍建筑物隔離檢查

由于汽機島周圍建筑物情況復雜，如果隔離不徹底，周圍的振動將傳遞給汽機島，引起汽輪機額外的振動。另外，周圍建筑與汽機島隔離不徹底，將會改變汽機島基礎的固有頻率，甚至引起基礎共振。在6號機試運過程中，發現汽機島與周圍建筑結構之間有水泥塊等異物，將這些異物清理之后，汽機的振動進一步下降。

9 安裝控制效果

經過以上8個方面的精心控制，6號汽輪發電機首次沖轉成功，各瓦振動水平均在優良范圍。空負荷和滿負荷下的振動數據如表1所示［9］。

表1 機組振動數據Tab.1 Vibration data of turboset μm

10 結語

汽輪發電機組振動的原因很多，在其安裝過程中，必須嚴格控制每個環節，任何一個環節的疏忽，都將導致汽輪發電機組振動偏大。文章列出了關鍵性的環節，并且提出了注意事項，嚴格按照這些要求執行，可確保汽輪發電機組的振動處于受控范圍。

11 參考文獻

［1］王再田，趙學賓，柏昌毅，等.135 MW機組軸承振動偏大的處理經驗［J］. 電力建設，2002，23(12):20-28.

［2］曹美全.水氫冷汽輪發電機的振動與底載試驗［J］.電力建設，2005，26(6):17-19.

［3］單宏威，張敏，張丹.1 000 MW超超臨界汽輪機軸承可傾瓦燒瓦及改造［J］. 電力建設，2010，31(12):119-121.

［4］申如國.N660-25/660/600型660 MW 超超臨界中間再熱凝汽式汽輪機安裝說明書［M］.上海:上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠，2008:25.

［5］張絲雨，馬維田，馬雁冰，等.最新金屬材料牌號、性能、用途及中外牌號對照速用速查實用手冊［M］.北京:中國科技文化出版社，2005:146.

［6］許本安，李秀治.材料力學［M］.上海:上海交通大學出版社，1988:229-230.

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

［8］DL/T 5210.3—2009電力建設施工質量驗收及評價規程［S］.北京:中國電力出版社，2009:69.

［9］尹學軍，王偉強，沙曾炘.汽輪發電機組和汽動給水泵組彈簧隔振基礎振動實測的討論［J］.電力建設，2005，26(8):37-40.

［10］葛祥.華能福州電廠6號機組新機調試中軸系振動測試報告［R］.西安:西安熱工研究院有限公司，2010.