李永利，官江波，謝金土，潘瑞奎

(神華國華太倉發(fā)電有限公司，江蘇 太倉 215433)

0 引言

某廠7號汽輪機(jī)為國產(chǎn)第1批超臨界機(jī)組，型號為N600-24．2/566/566，為超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)采用整鍛無中心孔轉(zhuǎn)子，高中壓缸合缸，整個軸系設(shè)置9個軸承進(jìn)行支撐，其中1號和9號軸瓦運(yùn)行期間，先后出現(xiàn)振動超標(biāo)的現(xiàn)象。支持銷定位。位于瓦塊中心的調(diào)整墊塊與支持銷的球面接觸，作為可傾瓦的擺動支點(diǎn)。因此，軸承可以隨轉(zhuǎn)子擺動并自對中心。

1 設(shè)備簡介

1.1 汽輪機(jī)

該型汽輪機(jī)高中壓積木塊采用日本三菱公司成熟的設(shè)計(jì)；低壓積木塊以成熟的600 MW機(jī)組積木塊為母型，與日本三菱公司一起進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使之適應(yīng)日本三菱公司的1 029 mm末級葉片。其主要參數(shù)如表1所示。

1.2 軸承

整個軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子、低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)組成，共設(shè)置9個支持軸承。其中1—6及9號軸承(勵磁機(jī)軸承)為4瓦可傾瓦，7，8號軸承(發(fā)電機(jī)軸承)為上部圓筒、下部可傾瓦?？蓛A瓦軸承的4個支撐鍵具有自位功能，軸承由孔徑鏜到一定公差內(nèi)的4塊澆有軸承合金鋼制瓦組成，具有徑向調(diào)整和潤滑功能。組成軸承殼體的2部分，與軸承座的水平中分面齊平，并用定位銷定位。各瓦塊均支撐于軸承殼體內(nèi)，且用

表1 汽輪機(jī)主要參數(shù)

1．2．1 1 號軸承

1號軸承為汽輪機(jī)高中壓缸前端軸承，安裝于前軸承箱內(nèi)。軸瓦型式為4瓦可傾，上、下部各2塊，均為45°角支撐，軸徑尺寸Φ405×355 mm。

1．2．2 9 號軸承

9號軸承為勵磁機(jī)支撐軸承，軸承由鋼制軸承殼體和4塊澆有軸承合金的鋼制瓦塊組成，軸徑尺寸Φ228．8×102 mm。軸承殼體用4塊均布球面墊鐵(均與垂直方向成45°角度)固定支承于軸承座內(nèi)孔，每塊球面墊鐵與軸承殼體之間均有1對L形絕緣墊片(材質(zhì)為環(huán)氧層壓玻璃布)，且用4個螺栓擰緊在軸承殼體上，如圖1所示。

圖1 9號軸瓦結(jié)構(gòu)示意

2 軸承故障及處理情況

2.1 1號軸承情況

2013年機(jī)組大修首次啟動后，升速至高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，1瓦軸振最大為221 μm；轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，振動降至約100 μm；機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷過程中，振動基本穩(wěn)定在130—150 μm，判斷主要是高中壓轉(zhuǎn)子存在較大的質(zhì)量不平衡所致。

停機(jī)對高中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡處理：在1瓦側(cè)加重552 g，角度144°；在2瓦側(cè)加重500 g，角度48°。配重后啟動機(jī)組，升速至高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，1瓦最大軸振181 μm；轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，振動在73 μm左右；機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷過程中，振動基本穩(wěn)定在80 μm左右。經(jīng)過動平衡處理后，單閥配汽方式下，1瓦軸振合格。由單閥切順序閥后，負(fù)荷在550 MW以上時(shí)，1X方向軸振在90—100 μm；負(fù)荷低于480 MW時(shí)，1X方向軸振在110—120 μm，但在負(fù)荷突變的情況下，該軸振出現(xiàn)超限報(bào)警(標(biāo)準(zhǔn)125 μm)現(xiàn)象。再次對高中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡處理，1瓦側(cè)加重260 g，角度285°；2瓦側(cè)加重260 g，角度105°。機(jī)組啟動后負(fù)荷600 MW，單閥運(yùn)行時(shí)，1X方向振動77 μm，1Y方向振動70 μm。投順序閥后，負(fù)荷500 MW，1X方向振動最大達(dá)到140 μm。利用調(diào)停檢修機(jī)會對1瓦頂部間隙進(jìn)行調(diào)整，使頂部間隙由修前0．82 mm減小到0．53 mm。啟動后1瓦1X方向軸振為23 μm，1Y方向軸振為25 μm。負(fù)荷550 MW投順序閥狀態(tài)下1瓦1X方向軸振為58 μm，1Y方向軸振為64 μm，振動達(dá)優(yōu)秀值。

2.2 9號軸承情況

9號軸承為勵磁機(jī)軸承，位于整個軸系的末端。歷次檢修經(jīng)過1年左右的時(shí)間后，軸瓦振動均逐漸增大，其中9X方向的振動爬升較為明顯，直至超過報(bào)警值。為徹底解決這一“頑疾”，技術(shù)人員多次與廠家及科研單位溝通，最終確定檢修方案，檢修數(shù)據(jù)如下：發(fā)勵對輪下張口修后0．15 mm(標(biāo)準(zhǔn)為 0．125±0．02 mm)，頂部間隙修前 0．53 mm/0．51 mm，修后 0．25 mm/0．30 mm(標(biāo)準(zhǔn)為 0．71—0．81 mm)，平行度修后 0．10 mm(標(biāo)準(zhǔn)為不大于0．127 mm)垂直度修后 0．07 mm(標(biāo)準(zhǔn)為不大于0．075 mm)。將軸承4個瓦塊背部自位墊塊和調(diào)整墊塊更換。啟動后，機(jī)組負(fù)荷550 MW時(shí)9X方向振動為49 μm，9Y方向振動為46 μm，振動達(dá)優(yōu)秀值，且運(yùn)行1年后無明顯增大出現(xiàn)。

3 故障原因分析

3.1 1號軸承分析

(1) 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。從所測振動頻譜圖中可知，工頻振動雖然穩(wěn)定，但是基數(shù)很大，約為92 μm左右。這也是1瓦在單閥狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)軸振達(dá)到99 μm，順閥方式下氣流激振只是在此基礎(chǔ)上增加了20—30 μm，最終導(dǎo)致振動超限報(bào)警的主要原因。所以，從振動現(xiàn)象和歷次處理經(jīng)過可分析出，導(dǎo)致1號軸承振動超標(biāo)的主要原因?yàn)檗D(zhuǎn)子存在質(zhì)量不平衡。

(2) 汽流激振。采用1—2—3—4順序閥方式進(jìn)汽時(shí)，主要是轉(zhuǎn)子下部進(jìn)汽，高中壓缸軸承負(fù)荷較輕，容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。由于4號高調(diào)門沒有開度，導(dǎo)致左側(cè)進(jìn)汽流量大于右側(cè)，由于汽流作用，轉(zhuǎn)子向右側(cè)發(fā)生徑向位移。由于2號軸承的負(fù)荷較重，且中壓端轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子相連，所以對2號軸承影響不大。1號軸承負(fù)荷較輕且前端相對自由，故位移主要體現(xiàn)在1號軸承。在梳齒汽封中，設(shè)密封裝置前后壓力分別為P1及P3，則密封腔內(nèi)的壓力P2取決于P1，P3及汽封齒隙δ1，δ2。當(dāng)δ1＞δ2時(shí)，密封腔中流入的氣量大于流出的氣量，由于氣體的積聚而使腔中壓力P2升高，形成一個作用于轉(zhuǎn)子的力。這個力永遠(yuǎn)垂直于轉(zhuǎn)子軸心的偏移方向，推動轉(zhuǎn)子發(fā)生半速渦動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運(yùn)動失穩(wěn)，發(fā)生異常振動。梳齒汽封壓力示意如圖2所示。

圖2 梳齒汽封壓力示意

3.2 9號軸承分析

(1) 主要原因。勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子在軸瓦中的穩(wěn)定性變差，是導(dǎo)致軸振迅速增大的主要原因。軸瓦運(yùn)行一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)子對下瓦的磨損，使勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子的下沉量(預(yù)載量)逐漸減小，轉(zhuǎn)子與下瓦甚至出現(xiàn)脫空現(xiàn)象(軸振逐漸增大，軸瓦回油溫度逐漸降低，從軸振與瓦溫的運(yùn)行參數(shù)曲線可判斷)，轉(zhuǎn)子在軸瓦中的穩(wěn)定性降低。由于下瓦的磨損，使軸瓦頂部間隙增大，瓦塊對軸頸的約束降低，振動上升。由于9瓦負(fù)載較小，當(dāng)軸瓦對軸頸的約束減弱時(shí)，軸振增大。

(2) 次要原因。軸瓦下部墊鐵的4個緊固螺栓由于緊力不均勻或者原始緊力不足，在機(jī)組運(yùn)行較長時(shí)間后，螺栓緊力逐漸消失，引起墊鐵松動及移位(墊鐵與軸承殼體之間沒有定位銷子)。絕緣墊片及軸瓦墊塊被磨損減薄，軸承支撐剛度下降，軸承振動逐漸增大。

4 處理方案及治理經(jīng)驗(yàn)

4.1 1號軸承的處理

對于順序閥運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的汽流激振，可采取動平衡和減小軸瓦頂部間隙、提高軸瓦頂部油膜剛度的方法來加以控制?！峨娏ㄔO(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》規(guī)定可傾瓦頂部間隙應(yīng)為軸頸直徑(大于 300 mm)的 1．2 ‰—2．0 ‰，1號軸頸直徑為354．89 mm，故取其直徑的 1．3 ‰—1．5 ‰，軸瓦頂部間隙應(yīng)為0．46—0．53 mm，而設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑臉?biāo)準(zhǔn)為0．71—0．81 mm，為此，技術(shù)人員與廠家進(jìn)行溝通，確定可以適當(dāng)減小頂部間隙。其處理效果已在7號機(jī)1號瓦振動治理中得到驗(yàn)證。

4.2 9號軸承的處理

保證發(fā)勵對輪下張口值在標(biāo)準(zhǔn)上限，縮小軸瓦頂部間隙，更換軸瓦背部自位墊塊和調(diào)整墊塊。其他按軸瓦正常檢修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(1) 發(fā)勵對輪下張口值標(biāo)準(zhǔn)為0．125 mm±0．02 mm，但根據(jù)多次檢修結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)勵對輪下張口值必須調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)上限值，集電環(huán)轉(zhuǎn)子端部的預(yù)載量才足以保證軸頸在軸瓦中的穩(wěn)定性。因此，將下張口標(biāo)準(zhǔn)修正為0．15 mm+0．02 mm。

(2) 9號軸瓦頂部間隙設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為0．46—0．56 mm，根據(jù)軸瓦頂部間隙應(yīng)為軸頸直徑(小于300 mm)的 1．0 ‰—1．5 ‰，9號軸頸直徑為250 mm，取其直徑的1．0 ‰—1．3 ‰，軸瓦頂部間隙應(yīng)為 0．25—0．32 mm。

(3) 隨著軸瓦在運(yùn)行中振動，其背部自位墊塊弧面逐步被磨平，使其自位效果變差甚至失去自位功能，軸瓦受力變化時(shí)無法自動調(diào)整，導(dǎo)致軸瓦振動和溫度上升。

5 結(jié)束語

(1) 由于超臨界高中壓合缸汽輪機(jī)1號軸瓦負(fù)載較輕，容易發(fā)生汽流激振故障，導(dǎo)致1瓦處轉(zhuǎn)子振動超標(biāo)。

(2) 因存在不平衡量和汽流激振因素導(dǎo)致的1瓦振動超標(biāo)，采用轉(zhuǎn)子動平衡配重和軸瓦頂部間隙調(diào)整相結(jié)合的消除方法，效果較為明顯。

(3) 廠家設(shè)計(jì)的軸瓦檢修標(biāo)準(zhǔn)對軸瓦調(diào)整具有指導(dǎo)作用，但具體情況應(yīng)具體分析；可在與廠家進(jìn)行充分溝通的情況下，合理減小軸瓦頂部間隙，以增大軸瓦對轉(zhuǎn)子的約束力。

(4) 勵磁機(jī)軸瓦(9瓦)預(yù)載量通過發(fā)勵對輪下張口予以保證，盡量避免采用增減瓦塊背部調(diào)整墊片的方法來實(shí)現(xiàn)。

(5) 瓦塊背部自位墊塊、絕緣墊片是易損件，建議每次檢修根據(jù)磨損程度及時(shí)予以更換。

1 中華人民共和國國家能源局．DL/T 5011—1992電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(汽輪機(jī)機(jī)組篇)[S]．北京：中國電力出版社，2009．

2 黃樹紅．汽輪機(jī)原理[M]．北京：中國電力出版社，2008．