某鋼鐵廠N 25-8.83汽輪機機組振動及脹差異常的分析處理

孫冬杰，張曉東

（山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鐵廠，濟南 250100）

某鋼鐵廠N 25-8.83汽輪機機組振動及脹差異常的分析處理

孫冬杰，張曉東

（山東鋼鐵股份有限公司濟南分公司煉鐵廠，濟南 250100）

針對某鋼鐵廠N25-8.83汽輪機發電機組年修后啟動時，2#、3#軸瓦處軸發生的瓦振、軸振超標，脹差異常等問題，在分析、試驗的基礎上，調整軸瓦墊片、控制升溫升壓等一系列措施，有效解決了上述問題，保證了本機組的安全穩定運行。

汽輪機；振動；間隙；緊力；脹差

前言

本汽輪機發電機組是為某鋼鐵廠8、9#干熄焦系統配備的余熱發電設備，年發電量約7260MW，減少約13-16萬噸動力煤燃燒向大氣排放的各種污染物，具有極大的經濟效益和社會效益。本機組為青島捷能汽輪機集團股份有限公司生產的N25-8.83型25MW凝汽式汽輪機，配備濟南發電設備廠生產的QFW-25-2型發電機。軸系由汽輪機及發電機轉子構成，通過剛性聯軸器連接。每個轉子由兩個軸承支撐，其中，發電機轉子末端與勵磁機共用一個軸承座。機組軸系布置如下圖：

于2010年12月投產，考慮到年修規定及運行期間出現了前汽封嚴重漏氣、盤車電機漏油、3#軸瓦油封漏油及振動偏大（水平45μm，要求不大于30μm）等情況，故決定在干熄焦系統年修期間對本機組進行全面拆檢并處理上述問題。在檢修中對機組清灰、更換3道前汽封、9個汽封塊、盤車電機維保、漏油處密封處理、調整軸瓦墊塊等。通過對檢修后開機出現的軸振、瓦振、脹差異常的分析處理，有效的解決了問題，保障了機組的安全穩定運行，并希望對其他類似情況起借鑒作用。

1 機組檢修后振動異常的分析處理

對轉動機械來說，微小的振動是不可避免的，振動幅度不超過規定標準的屬于正常振動。但是異常的振動都潛伏著設備損壞的危險，比如軸系質量不平衡、動靜摩擦、膨脹受阻、軸承磨損或松動、軸系中心變化等，異常的振動又導致機組其他零件松動甚至損壞，加劇動靜部分摩擦，形成惡性循環，加劇損壞。異常振動是汽輪機發電機組運轉中缺陷、隱患的綜合反映，是危險的信號，因此，異常的振動必須查找原因，采取措施將振動降到合格范圍內，才能投入使用。

在檢修停機冷卻時，由于整個區域突然停電，致使凝結水泵停止運行，凝汽器水位過高，汽輪機下汽缸浸水，上下汽缸溫差過大，出現動靜摩擦現象，致使電動盤車跳機，手動盤車也盤不動。為了防止軸系受熱不均發生永久變形，采取打開聯軸器上蓋，使用天車及鋼絲繩鎖進行盤車，直至汽缸金屬溫度降到150℃以下，停盤車進行檢修作業。

由于在停機時出現上下汽缸溫差過大情況，所以在檢修中除了對所列項目進行檢修外，還對轉子進行彎曲校驗、更換磨損汽封環、拆檢2#3#軸承及墊塊，恢復后進行開機。

1.1 振動異常

開機前對汽輪機、發電機及附屬設備、油系統、汽水管道系統、調節保安系統等進行檢查確認，符合開機要求，遂進行暖管開機。在沖轉到1000rpm時電腦監測各軸承振動情況如下表1所示，而檢修前帶負荷軸承振動如表2所示：

表1 1000rpm時軸承振動情況

表2 檢修前帶負荷軸承振動情況

從表中數值可以看出在檢修后沖轉到1000rpm時，3#軸承振動偏大，另外用便攜式測振儀測得軸瓦振動65μm同樣偏大，在轉速穩定期間發現3#軸承振動還在繼續增大，平均漲幅10μm/min，5min后軸振超過200μm，超過160μm報警值，即將達到聯鎖值250μm，故停機查找原因。

1.2 振動異常原因查找

待機組溫度降到150℃后停盤車，打開2、3#瓦軸承蓋，解開2、3#瓦聯軸器，同時外移勵磁機和發電機轉子，檢查聯軸器兩端結合面，發現有多處毛刺，可能是初始檢修時安裝連接柱銷時敲砸所致，毛刺能影響聯軸器面的結合，對兩端的中心、扒口等精度均造成不良影響，故用油石進行磨除，并對柱銷兩端進行打磨光滑。

對3#軸瓦間隙等進行復查，在檢查中發現，3#襯瓦右側（從正對汽輪機方向看）與軸承座之間可以用0.07mm塞尺完全塞入并左右移動，不符合汽輪機接觸面75%接觸的要求，同時左側塞尺不能塞入，為完全接觸，同樣不符合汽輪機接觸要求，故初步懷疑墊塊銅墊片厚度有問題。

用50t行車將轉子在3#瓦位置稍微吊起（在2#瓦位置處用百分表頂在轉子上表面，指針顯示移動0.1mm即停止上吊，以免轉子吊起過高將2#瓦處汽封等碰壞磨損，造成開機后的泄露），轉出3#軸瓦，然后再轉入（起到活動作用），用塞尺塞入發現左右間隙均符合75%接觸要求。將轉子放下，發現左側襯瓦完全接觸無間隙，右側用0.07mm塞尺完全塞入并能左右移動。所以判斷3#瓦下墊鐵及右側墊鐵銅墊片厚度有問題，墊的尺寸偏少，所以出現當轉子重量壓上時，一側出現內收情況，即左側無間隙，右側不能接觸的現象。

檢查檢修記錄發現，檢修初始為消除3#軸瓦振動偏大問題，經過測量對3#下軸瓦墊塊銅墊片厚度及上軸瓦緊力進行調整，從正對汽輪機方向看，軸承體左下、正下、右下墊鐵分別取出0.05mm、0.40mm、0.10mm銅墊片，上軸承體加墊片0.64mm過盈緊力0.12mm。軸承及墊塊示意圖1如下：

圖1 軸承及墊塊示意圖

而安裝要求規定緊力為0.06～0.08mm合適，所有初始調整緊力過大，帶來墊鐵銅片厚度同樣不符合要求。故對3#瓦重新進行調整，將初始加、減的銅墊片全部恢復后，在下墊鐵處加銅墊片0.20mm，此時緊力為0.20+0.40+0.12-0.64=0.08mm，測量緊力值為0.07mm，符合安裝要求。根據計算得出下墊鐵加0.20mm后，左、右墊鐵均應加0.20хCOS70°≈0.07mm，由于轉子正常壓在軸瓦上時，右側間隙過大，故右側加銅墊片厚度為0.07+0.07=0.14mm。計算示意圖2如下：

其中1）垂直方向移動xb時，下部墊片加減值與軸瓦移動量xb相同，兩側墊片厚度同時加（或減）xbCOSα。

2）水平方向移動xa時，下部墊片厚度不變，兩側墊片加（或減）xaSinα。

調整好墊片厚度后，對2、3#瓦主要數值進行重新測量，數值如下表3所示：

位置2#緊力2#側隙2#頂隙3#緊力3#側隙3#頂隙揚度測量數值0.07 0.82 0.44 0.08 0.84 0.46 2#處揚度為零要求范圍0.0 6-0.08 0.82-0.86 0.42-0.46 0.06-0.08 0.82-0.86 0.42-0.46 2#處揚度為零

數值符合要求，恢復聯軸器連接、各種儀表檢測設備及聯軸器蓋，進行暖管開機準備。

2 機組振動原因查明開機后脹差異常的分析處理

2.1 脹差異常情況

暖管后進行沖轉，前500r/min轉軸振動較小，在升速過程中發生505儀表線信號問題，在處理儀表問題中，保持了汽機轉速在1000r/min近3h，在此期間進行了發電機前后端蓋的回裝等工作。但是在1000r/min后顯示2、3#瓦軸振上升至140μm，超過了允許值臨近160μm的報警值，并伴隨有輕微摩擦聲。監控顯示脹差達到8mm，極大的超過了此機組脹差+4mm～-3mm的要求值，遂緊急打閘停機處理。

2.2 原因分析及處理

汽輪機的轉子膨脹值與汽缸膨脹值之差為脹差值，正常情況轉子膨脹速度大于汽缸膨脹速度。其中轉子膨脹?汽缸膨脹為正脹差，轉子膨脹?汽缸膨脹為負脹差，本機組脹差要求值為+4mm～-3mm。脹差值過大或過小均將造成非要求膨脹，甚至造成葉輪與隔板的摩擦。本次沖轉開機，由于處理505儀表問題，汽機維持在1000r/min近3h，轉子膨脹速度本身大于汽缸膨脹速度，在長時間怠速情況下，轉子膨脹值過大于汽缸膨脹值，出現脹差過大的情況。打開上蓋進行檢查，發現葉輪與隔板有極輕微摩擦，并不影響使用。對上蓋進行恢復，將機組等降溫，待調節級后汽缸內壁溫度低于150℃時，即達到冷態啟動條件時，重新嚴格安裝冷態啟動曲線操作經過沖轉、帶負荷開機后順利并網，且振動值在要求范圍內。冷態啟動曲線見下圖3。

圖3 冷態啟動曲線

3 在振動監測方面應做好的工作

目前發電機組大都裝設了軸系監控裝置，對振動實施在線監控。本機組雖裝有振動檢測儀表設備，但均為內置且設備隨著使用受安裝、儀表質量等影響，部分檢測裝置失效或者不準，不能很好的實現檢測目的。另外，運行人員不能保證定期的測試或測試記錄不全不完整等。因此，給本發電機組配置了高精度HY-106B便攜式檢測設備，能對機組的振動幅值、速度、加速度、轉速、不平衡量、溫度進行測量，而且能用電腦進行頻譜分析查找變化及分析初步原因。明確了規定測試的周期，安排專業設備人員進行檢測，按規定周期測試并將測試結果填寫記錄。比照運行振動規律發現有增大趨勢及時匯報，采取必要措施。

4 結束語

通過上述對機組振動及脹差異常故障的分析，特別是對3#瓦軸瓦襯瓦墊片厚度的調整，并結合其他特征的分析及處理，得出的結論是完全正確的。經過嚴格安裝冷態啟動曲線的操作及脹差的分析，說明嚴肅操作的重要性。順利并網說明分析及處理是準確和得當的。

孫冬杰（1985—），男，2009年畢業于青島理工大學機械工程學院機械設計制造及其自動化專業，機械助理工程師，現從事機械設備的設計、制造、維護及管理工作。