某1 000 MW汽輪發電機組標高變化監測方法與分析

郭玉杰，潘文軍，李明，張文濤，劉占輝

(1.河南省電力公司電力科學研究院，鄭州 450052；2. 鄭州裕中能源有限責任公司，鄭州 452375)

某1 000 MW機組軸系由高壓、中壓、低壓Ⅰ、低壓Ⅱ、發電機和集電環組成。軸系由11套軸承支承，其中5#～8#軸承位于汽輪機低壓排汽缸上，9#，10#軸承為發電機端蓋軸承，發電機-勵磁機采用三支承方式。2012年1月19日新機沖轉時，8#軸承瓦溫達到100.8 ℃。2月2日翻瓦檢查，發現8#軸承勵側磨痕較明顯。停機后將8#軸承節流孔板直徑由30 mm擴為54 mm。2月17日檢修后的機組開機，8#軸承瓦溫在整個試驗過程中一直偏高，轉速達到3 000 r/min時，瓦溫為90～92 ℃。隨著有功負荷增長，8#軸承瓦溫有增大趨勢，有功負荷升到800～1 000 MW時，瓦溫達到100～103 ℃。

為了分析軸承瓦溫過高的原因，啟動前特地安裝了軸承標高監測系統，監測機組冷態到熱態過程中各軸承標高變化情況。重點測試了機組5#～9#軸承抽真空、沖轉升速和帶有功負荷過程中標高變化情況，對標高影響因素和軸承瓦溫過高的原因進行了分析。

1 軸承標高變化監測方法

本次測試采用連通管法，基本原理為：在待測點A和對應的基準測點B上安裝2個水杯，水杯內充滿水并用連通管相連。A點標高變化后，水在連通管內流動，一段時間后重新達到平衡。測試A，B兩個杯子內浮子高度相對變化，即可求出A，B兩點之間的相對標高變化。浮子高度變化用渦流傳感器測試。

3#機組軸系和標高測點布置如圖1所示。在5#～9#軸承上各布置1個標高待測點A，在相鄰基礎平臺上布置多個標高基準測點B，測點A與基準測點B之間用連通管相連，構成一組測量單元。測點A用強力磁座吸附在軸承上，測點B用三角架固定在基礎平臺上。聯軸器兩側的軸承(如6#，7#軸承)相距較近，共用基礎平臺上同一個基準測點，通過三通將多個管道相連。假設冷熱態下基礎平臺標高變化不大，那么這種方式所測數據實際為冷熱態下軸承標高變化絕對值。

圖1 3#機組軸系和標高測點布置圖

2 標高監測試驗數據分析

3#機組軸系標高變化監測試驗共進行了4次，包括：2次變真空、1次沖轉升速和1次帶有功負荷過程，試驗時間和所對應的工況如下：

(1)2月17日10:04-11:44，真空從0提升到-95 kPa。

(2)2月19日10:20-11:36，真空從-95.2 kPa降到0。

(3)2月22日06:35-07:15，沖轉升速到3 000 r/min。

(4)2月22日23:53-28日12:30，負荷從100 MW升到600 MW后又降至300 MW。

變真空、沖轉升速和帶有功負荷過程中5#～8#軸承標高變化趨勢如圖2所示。從圖中可以看出：

圖2 5#～8#軸承標高變化趨勢

(1)變真空初期，各點標高普遍產生了一個比較大的擾動，擾動過渡時間持續30～60 min，擾動幅度達到0.3～0.5 mm。低壓轉子兩側4套軸承的擾動響應不完全相同。真空改變后，作用在汽缸上的載荷發生了變化，汽缸在突變載荷作用下產生了瞬態變形響應。真空提升到-90 kPa后，各點標高基本穩定下來了。擾動結束后，隨著真空的提高，5#～8#軸承標高下降，隨著真空的降低，5#～8#軸承標高抬高。4套軸承標高隨真空變化趨勢相同，各點標高變化量見表1。變真空過程中各點標高變化幅度相近，約為0.36～0.63 mm。

表1 不同工況下各軸承標高變化量 mm

(2)沖轉升速過程中各軸承標高變化趨勢平穩，變化量較小，在0.09 mm以內。沖轉升速對各軸承標高的影響可以忽略。

(3)帶有功負荷過程中各點標高變化總體上比較平穩。隨著有功負荷的增大，各點標高逐漸上抬，至600 MW時，5#～8#軸承標高上抬量達到0.25～0.47 mm。隨著有功負荷的減小，軸承標高也逐漸降低。標高隨有功負荷的變化存在一定的滯后。有功負荷穩定后，軸承標高還需要一段時間才能穩定下來。

3 軸承標高影響因素和瓦溫過高原因分析

全面測試了變真空、沖轉升速和帶有功負荷工況下各軸承標高變化。測試數據表明，真空和有功負荷對本臺機組5#～8#軸承標高的影響均較大。抽真空后，5#～8#軸承標高下降，幅值大約為0.4～0.6 mm。帶有功負荷過程中，5#～8#軸承標高逐漸上抬，幅值達到0.25～0.45 mm。1 000 MW時，軸承標高上抬量預計會更大。

抽真空后軸承標高會下降，很多機組安裝時都會采取預留標高補償值的方法考慮其影響[1-2]。以低壓和發電機轉子為例，安裝時低壓轉子大多高于發電機轉子，這是目前通用做法。

3#機組安裝時的軸系中心圖如圖3所示(圖中單位為mm)。低壓轉子兩側4套軸承的標高在一條直線上，1#,2#，3#軸承中心分別高于該中心3.83，1.78和0.78 mm，4#軸承中心低于該中心0.32 mm。另外，使中壓轉子發電機端聯軸器端面與A低壓轉子汽機端聯軸器相互平行，并且使A低壓聯軸器比高、中壓聯軸器高0.75 mm。在發電機底座下插入合適的墊片，使汽機端的聯軸器端面與發電機端的聯軸器端面相互平行，并且汽機聯軸器比發電機聯軸器高0.23 mm。

圖3 安裝時軸系中心圖

對于本機組而言，雖然抽真空后軸承下沉，但是帶有功負荷后軸承又會上抬，兩者對軸承標高的影響部分抵消。如果安裝時僅考慮抽真空影響，人為將8#軸承標高抬高，那么就有可能導致正常帶有功負荷運行狀態下8#軸承載荷較大和瓦溫較高[3]。機組初定速時瓦溫為90 ℃左右，800 MW時達到103 ℃，在此過程中8#軸承標高上抬了0.4 mm左右，說明標高變化和瓦溫之間有一定關聯。

4 升速時軸頸中心位置變化情況

升速過程中6#～9#軸承內軸頸中心位置隨轉速變化情況如圖4所示。可以看出，隨著轉速的升高，軸頸中心上抬，并順著轉速方向偏移，但是各軸承內軸頸中心偏移量不等。垂直和水平偏移量見表2。

圖4 升速過程中軸頸中心位置變化情況

表2 升速過程中軸頸中心偏移量 mm

5#～8#軸承共同支撐著2個低壓轉子。正常情況下，這4個軸承的載荷應該相同，升速過程中軸頸上抬量也應該相同。但是從表2中可以看出，8#軸承內軸頸中心上抬量明顯偏小，相鄰的7#軸承和9#軸承內軸頸中心上抬量都較大。這說明8#軸承載荷較重，相鄰軸承載荷相對較輕。根據該監測數據所得到的結果與根據標高監測數據所得到的結果是相對應的。

5 故障治理結果

實測數據表明，真空和有功負荷變化對機組5#～8#軸承標高的影響均較大。真空和有功負荷改變后，標高的變化有一定慣性，需要一段時間才能穩定。變真空瞬間，在突變外力作用下，排汽缸會產生瞬態擾動響應。運行中如果真空調整幅度過大、過快，則很容易因汽缸瞬態擾動破壞動靜間隙而產生摩擦。

由于真空和有功負荷變化對軸承標高的影響部分抵消，正常帶有功負荷運行狀態下低壓轉子和發電機轉子之間的高低差比預期值要小。如果安裝時較多地考慮真空影響而將低壓轉子抬得過高，則很容易使8#軸承載荷過重，進而導致其瓦溫過高。根據目前機組實際情況，建議適當降低8#軸承標高。

新機組啟動調試階段，因為不具備調整條件，8#軸承瓦溫一直維持在102～103 ℃。后利用機組臨檢機會，將8#軸承標高調低0.1 mm。目前8#軸承溫度穩定在94 ℃左右，軸承瓦溫過高的故障得到解決。