干熄焦汽輪機(jī)膨脹不暢的原因分析與處理

文小波

（湖南煤化新能源有限公司，湖南婁底 417009）

1 概述

湖南煤化干熄焦汽輪機(jī)型號為N25-8.83/1.1，發(fā)電機(jī)型號為QF-W25-2，額定負(fù)荷25 MW，2012年投運(yùn)，實(shí)際平均負(fù)荷20 MW左右。汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用剛性對輪連接，共四道軸承，其中1、2號軸承支承汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，3、4 號軸承支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，2、3號軸承坐落在排汽缸上，軸系結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)示意圖

該機(jī)組在投產(chǎn)后2 年時(shí)間發(fā)生過主油泵碰磨、停機(jī)抱軸、汽封碰磨、振動大等多起事故，很長一段時(shí)間這些事故的原因都未能得到查明。特別是振動問題一直困擾著機(jī)組運(yùn)行，汽輪機(jī)后軸承振動達(dá)55～70 μm，振動不穩(wěn)定，發(fā)生過1 次振動超過75 μm 跳機(jī)。為分析振動原因，采用啟停機(jī)操作和帶負(fù)荷運(yùn)行中多次進(jìn)行測試分析，逐步查明了振動大的根本原因。

2 機(jī)組振動大原因分析

2.1 振動特點(diǎn)

在開機(jī)過程中用VM9503 雙通道振動分析儀對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集。

①不同工況下各瓦振動主要是基頻成份，因此從振動性質(zhì)來說屬于普通強(qiáng)迫振動；

②在空載和帶負(fù)荷過程中，2#軸承振動逐步增大。據(jù)運(yùn)行記錄該機(jī)在冷態(tài)開機(jī)達(dá)3000 r/min 時(shí)，1#、2#軸承振動均很小，分別為7 μm 和22 μm；在空載穩(wěn)定一段時(shí)間（約20 min），1#、2#軸承振動均有上升趨勢，1#軸承振動從20∠179上升至25∠180，2#軸承振動從32∠352 上升至42∠352；并網(wǎng)后在加負(fù)荷過程中2#軸承振動一直呈爬升趨勢，約1 h 從42∠352升至52∠345，1#軸承振動有降低趨勢，從25∠174 逐步降至21∠165；1 h 后趨于穩(wěn)定，負(fù)荷降低到零時(shí)也無明顯變化。

③振動變化過程中，1#、2#軸承振動相位均有一定波動，波動范圍在15°左右。

④停機(jī)過程中，過臨界轉(zhuǎn)速的振動值比開機(jī)過程明顯大。

⑤帶負(fù)荷運(yùn)行中振動不穩(wěn)定，2#⊥振動與負(fù)荷變化有關(guān)，在某一工況下，負(fù)荷增大，振動降低，負(fù)荷減少，振動升高，振動變化滯后于負(fù)荷變化。

⑥隨著時(shí)間增加，不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動增加。振動與機(jī)組的受熱狀態(tài)有關(guān)。

2.2 振動原因分析

機(jī)組振動在并網(wǎng)前持續(xù)爬升，顯示與機(jī)組熱狀態(tài)有關(guān)，初步分析兩方面原因：①轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲；②汽缸膨脹不暢和變形的影響。如果汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱彎曲，有功負(fù)荷減小后，振動應(yīng)該減小，但減負(fù)荷過程中振動并未出現(xiàn)明顯變化，甚至在某些減負(fù)荷的情況下振幅反而有上升的情況，因此振動異常的原因只可能是汽缸不暢和變形引起的。為證實(shí)汽缸確實(shí)存在膨脹不暢和變形的情況，在一次冷態(tài)開機(jī)帶負(fù)荷過程中在前軸承箱打百分表，用以監(jiān)視前軸承箱兩側(cè)軸向膨脹差和左右膨脹差，見表1。

表1 前軸承箱軸向和左右膨脹數(shù)據(jù)

從表1 可以看出，機(jī)組軸向和左右均存在膨脹差，軸向膨脹差0.9 mm，左右膨脹差0.8 mm，一般理論上只要膨脹差超過0.3 mm就可以認(rèn)為汽缸膨脹偏斜。同時(shí)觀察到后座架一側(cè)橫銷前后膨脹一凸一凹，另一側(cè)則相反，明顯感覺汽缸承受過大的側(cè)向力。因此基本可認(rèn)定機(jī)組存在膨脹不暢，其振動機(jī)理是膨脹不暢導(dǎo)致后軸承座與臺板出現(xiàn)間隙，使支撐剛度降低，導(dǎo)致機(jī)組振動增大，同時(shí)膨脹不暢會改變動靜部件之間徑向、軸向間隙，最嚴(yán)重的后果是導(dǎo)致動靜部分摩擦。上述機(jī)理分析也可一定程度解釋主油泵碰磨、停機(jī)抱軸、汽封碰磨等事故的原因。

3 處理措施

3.1 處理膨脹不暢的措施

(1)連續(xù)運(yùn)行。許多膨脹問題是由于滑銷系統(tǒng)存在臨時(shí)性卡澀引起的，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，這種卡澀可以自動疏通；

(2)平衡。存在膨脹問題時(shí)，雖然膨脹導(dǎo)致支撐剛度降低，但是如果不存在激振力，即使軸承座剛度很低，也不會產(chǎn)生振動，因此通過平衡可以使振動得到改善。

(3)轉(zhuǎn)入檢修。如果通過連續(xù)運(yùn)行和平衡都不能徹底解決問題，則需考慮轉(zhuǎn)入大修徹底消缺。

3.2 現(xiàn)場動平衡調(diào)查

考慮到發(fā)電機(jī)前軸承（3#軸承）與2#軸承均座落在排氣缸上，振動相位接近，決定對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場軸系動平衡，在降低3#軸承振動的同時(shí)使2#軸承振動降低。

(1)振動測量

在半熱態(tài)開機(jī)過程用VM9503 雙通道測振儀測得有關(guān)轉(zhuǎn)速的振動見表2，在3000 r/min測量2#⊥為37∠355。

表2 半熱態(tài)開機(jī)振動 （單位：振動μm∠°；轉(zhuǎn)速r/min）

(2)動平衡過程

根據(jù)所測得的相位及圖2 所示的速度、光電傳感器相對位置，估算出試加重位置，3#側(cè)平衡槽內(nèi)加重位置為貼光靶處順轉(zhuǎn)向100°，4#側(cè)與3#側(cè)相差180°，試加重大小為每側(cè)176 g（2塊），加上試重后測得振動見表3 所示，同時(shí)在3000 r/min 時(shí)測得2#⊥為24∠346。

圖2 光電傳感器相對位置示意圖

表3 試加重量后振動測量結(jié)果 （單位：振動μm∠°；轉(zhuǎn)速r/min）

由于是反對稱加重,所以對通過臨界轉(zhuǎn)速影響不大。

試加重量后測得的振動與起始振動相比較進(jìn)行動平衡計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4（以3#⊥為準(zhǔn)）。

表4 動平衡計(jì)算結(jié)果 （振動μm∠°；轉(zhuǎn)速r/min）

以2#⊥為準(zhǔn)，進(jìn)行計(jì)算得G=481∠30。

加重后測得的振動見表5，在3000 r/min時(shí)候測得2#⊥為11∠266。1#⊥為7 μm，考慮到振動均較小，至此動平衡工作結(jié)束。

（3）帶負(fù)荷后振動測量

帶負(fù)荷21835 kWh，測得1#⊥為14∠181，2#⊥為33∠343，3#⊥為15∠33，4#⊥為15∠331，帶負(fù)荷的過程中2#⊥振動不斷加大，與平衡前規(guī)律相似，由于空載時(shí)振動已減少，振動增大后，基頻振動未超過35 μm，平衡后3#⊥振動已降至20 μm 以下，4#⊥振動雖有一定的增加，但也在20 μm以下。

表5 調(diào)正重量后的振動 （單位：振動μm∠°；轉(zhuǎn)速r/min）

3.3 下缸調(diào)整

利用某次干熄焦?fàn)t停產(chǎn)檢修，停機(jī)對機(jī)組徹底消缺。機(jī)組解體后對數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)以下缺陷：

（1）前汽封洼窩中心左右數(shù)值相差1.42 mm。

(2)發(fā)電機(jī)前軸承擋油環(huán)洼窩偏差0.35 mm。

(3)在起吊下汽缸后，發(fā)現(xiàn)前貓爪定位銷全部折斷，經(jīng)過分析認(rèn)為，汽輪機(jī)在膨脹或收縮過程中，由于汽缸偏斜，前箱受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，將定位銷拉斷。

(4)高壓缸內(nèi)汽封磨損嚴(yán)重。

(5)汽輪機(jī)后汽缸導(dǎo)板沒有進(jìn)行二次灌漿，螺絲松動。

(6)后座架左側(cè)臺板接觸面積約20%，右側(cè)僅10%。通過塞尺測量，間隙最大處達(dá)0.3 mm。

從上述數(shù)據(jù)可以明顯看出機(jī)組確實(shí)存在跑偏，同時(shí)存在碰磨。通過分析認(rèn)為機(jī)組汽缸偏移、振動大是由于汽輪機(jī)下汽缸在安裝過程中存在重大缺陷而導(dǎo)致的。要徹底解決問題，須將汽輪機(jī)下汽缸全部吊起，重新調(diào)整定位。

具體步驟：

（1）先將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子向外部分抽出以不影響汽缸起吊，在聯(lián)軸器側(cè)使用堅(jiān)實(shí)的枕木支撐，另一側(cè)仍由發(fā)電機(jī)后軸承支撐。

（2）使用兩側(cè)前貓爪頂絲將前汽缸頂起，使其脫離前貓爪橫向定位鍵，然后行車大勾懸掛2 臺10 t 手拉葫蘆，用手拉葫蘆將后汽缸吊起，使后汽缸脫離左右兩側(cè)橫向鍵。對前汽缸使用鋼絲繩，后汽缸繼續(xù)使用手拉葫蘆，將整個(gè)汽缸調(diào)整水平，緩慢吊起。

(3)吊至一定高度后，拆除前汽缸垂直鍵和后汽缸導(dǎo)板。清理后臺板接觸面上及前貓爪橫向鍵上的銹蝕和氧化皮，使其在鍵槽內(nèi)活動自如不卡澀。

(4)將松動的后汽缸導(dǎo)板拆下，用汽油清洗干凈，將基礎(chǔ)附近的雜物清理干凈，用電錘將基礎(chǔ)表面浸透油污的水泥全部打掉。

(5)在后汽缸臺板上部接觸面，涂抹一層紅丹粉，然后對準(zhǔn)原安裝位置緩慢落下，使用撬棍或者千斤頂?shù)跗鹣缕住２榭雌啓C(jī)后臺板下部接觸面的紅色印記，根據(jù)印記用角向磨光機(jī)普通砂輪片進(jìn)行打磨處理。在磨掉印記后，再向外擴(kuò)展約1 cm范圍，直至整個(gè)臺板面接觸約70%且分布均勻，再采用砂布材質(zhì)的百葉輪進(jìn)行中磨，直至整個(gè)臺板面接觸約80%且分布均勻，最后采用油石加汽輪機(jī)油進(jìn)行細(xì)磨。

(6)在接觸面均勻地涂抹一層二硫化鉬粉末，用布條用力涂擦，清除剩余粉末，起到潤滑和防銹的作用。

(7)回裝后汽缸導(dǎo)板，要求留有一定活動量，在汽缸最終定位后再進(jìn)行緊固，提前做好二次灌漿的模板。

(8)在臺板研磨完畢以后，將下汽缸初步定位，然后將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子穿回，汽輪機(jī)下汽缸使用假軸進(jìn)行聯(lián)軸器找中心，同時(shí)一并考慮汽封洼窩中心調(diào)整、前汽缸垂直鍵定位、后汽缸導(dǎo)板定位和后汽缸橫向鍵定位等。

（9）將下隔板、下汽封裝入下汽缸，吊入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，進(jìn)行軸封間隙的調(diào)整、通流部分間隙的測量調(diào)整、聯(lián)軸器中心的調(diào)整。

（10）在回裝過程中，要注意汽缸水平、轉(zhuǎn)子揚(yáng)度、汽封洼窩、聯(lián)軸器中心的變化和負(fù)荷分配等問題。

3.4 大修結(jié)果

大修后運(yùn)行振動數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，解決了機(jī)組膨脹不暢的問題。大修后主要振動和瓦溫?cái)?shù)據(jù)見表6，前軸承箱軸向和左右膨脹數(shù)據(jù)見表7。

表6 振動、瓦溫?cái)?shù)據(jù)

表7 前軸承箱軸向和左右膨脹數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

汽輪發(fā)電機(jī)組的膨脹不暢的問題對機(jī)組運(yùn)行有較大的危害，處理不當(dāng)極易引起彎軸等惡性事故。通過檢查調(diào)整滑銷系統(tǒng)、對機(jī)組做動平衡和下缸調(diào)整能有效解決此問題。