摘? 要：依據(jù)動(dòng)靜碰摩軸振大故障現(xiàn)象，判定要因是低壓外缸剛度不夠，在大氣壓作用下汽缸發(fā)生垂直方向下沉的變形造成動(dòng)靜碰摩進(jìn)而導(dǎo)致軸振大跳機(jī)故障。根據(jù)低壓缸有限元分析結(jié)果，通過(guò)輔助支撐增強(qiáng)汽缸局部剛度減小局部變形量，并優(yōu)化低壓外缸上半加固方案，解決缸體垂直方向下沉的變形問(wèn)題，避免因此導(dǎo)致的動(dòng)靜碰摩，成功解決1000MW機(jī)組高真空時(shí)軸振大跳機(jī)故障。針對(duì)動(dòng)靜碰摩原因分析，從溫度場(chǎng)和受力兩個(gè)方面著手分析的思路清晰，判定低壓內(nèi)缸變形非要因、以及精準(zhǔn)判定要因是低壓外缸垂直方向下沉變形的分析過(guò)程及結(jié)論值得借鑒。進(jìn)一步優(yōu)化低壓外缸上半加固方案的過(guò)程，說(shuō)明解決低壓缸整體垂直方向下沉的變形問(wèn)題是避免動(dòng)靜碰摩的關(guān)鍵，值得重視。

關(guān)鍵詞：機(jī)組;真空;有限元分析;低壓缸;低壓外缸;垂直;下沉;變形;軸振;跳機(jī)

引言

河南省某電廠，裝機(jī)容量2×1000MW機(jī)組，汽輪機(jī)型號(hào)CCLN1000-25.0/600/600，為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司與日本東芝公司合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造的一次中間再熱、單軸、四缸、四排汽超超臨界沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。汽機(jī)低壓內(nèi)、外缸均為碳鋼板焊接而成，兩個(gè)低壓缸利用外缸下半的撐腳坐落在四周布置的臺(tái)板上。低壓轉(zhuǎn)子的四個(gè)支持軸承分別位于低壓缸兩端的軸承座內(nèi)，這四個(gè)軸承座與低壓外缸下半焊接成一體并與低壓外缸一起坐落在底部臺(tái)板上。

兩臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，多次出現(xiàn)運(yùn)行中機(jī)組軸振大跳機(jī)故障。分析認(rèn)定為高真空工況下，低壓缸變形導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩引起軸振大跳機(jī)故障。經(jīng)過(guò)哈汽廠家低壓缸有限元分析，并優(yōu)化措施加固低壓缸，減小低壓缸垂直方向的變形，成功解決高真空工況下機(jī)組動(dòng)靜碰摩引起軸振大跳機(jī)的故障。

1 軸振大跳機(jī)故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 軸振大故障現(xiàn)象

總結(jié)該廠兩臺(tái)機(jī)組軸振大故障現(xiàn)象如下：

1）軸振頻率成分以基頻振動(dòng)為主。

2）啟動(dòng)前盤(pán)車(chē)狀態(tài)下，機(jī)組抽真空過(guò)程往往會(huì)伴隨盤(pán)車(chē)電流逐步增大的現(xiàn)象。

3）在機(jī)組啟停過(guò)程中發(fā)生軸振大現(xiàn)象后在低轉(zhuǎn)速時(shí)偶爾有金屬摩擦聲音。

4）啟動(dòng)階段機(jī)組定速運(yùn)行一段時(shí)間后易出現(xiàn)低壓轉(zhuǎn)子支撐瓦軸振大、振動(dòng)攀升現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷高真空運(yùn)行時(shí)也易出現(xiàn)軸振大、振動(dòng)攀升現(xiàn)象。

5）機(jī)組變負(fù)荷過(guò)程易發(fā)生軸振大故障，軸振大故障與機(jī)組真空高低有較明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系，故障時(shí)越接近極限真空軸振越大，當(dāng)機(jī)組真空短時(shí)間變化較多時(shí)也易發(fā)生軸振大故障。

3 軸振大原因分析

該廠基建投產(chǎn)以來(lái)長(zhǎng)期存在兩臺(tái)機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題，以基頻為主的振動(dòng)特征，加之偶爾能聽(tīng)到的金屬摩擦聲音，可以判定軸振大為動(dòng)靜碰摩所致。

通過(guò)溫度場(chǎng)和受力兩個(gè)方面去分析，可以排除是低壓內(nèi)缸變形導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩的可能性。溫度場(chǎng)方面，低壓缸進(jìn)汽溫度一般在300℃左右，低壓缸排汽溫度一般在35℃左右。在進(jìn)汽部位對(duì)應(yīng)的高溫段，低壓內(nèi)缸內(nèi)壁溫度等于進(jìn)汽溫度約300℃，但是該處低壓內(nèi)缸外壁溫度約等于低壓排汽溫度35℃左右，所以，低壓內(nèi)缸因內(nèi)外壁溫差大而普遍存在變形大問(wèn)題，甚至導(dǎo)致中分面張口漏汽缺陷。但是低壓內(nèi)缸雖然因此存在變形，并非造成動(dòng)靜碰摩的要因，否則，所有汽輪機(jī)組都會(huì)存在如此振動(dòng)問(wèn)題。低壓內(nèi)缸因內(nèi)外壁溫差大導(dǎo)致的變形量，與機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)、真空變動(dòng)關(guān)系不大，而機(jī)組軸振與真空高低有較明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可以排除是低壓內(nèi)缸變形所致的可能。受力方面，因?yàn)榈蛪簝?nèi)缸是圓筒形構(gòu)造，缸壁圓周受到的作用力是均勻?qū)ΨQ的，除了中分面法蘭處剛度略大之外，其余缸壁厚度一致，剛度一致，所以真空高低變化帶來(lái)的作用力變化引起缸壁變形的變化量可以忽略不計(jì)，所以，從受力變化方面分析也可以排除低壓內(nèi)缸變形導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩的可能性。

結(jié)合軸振與機(jī)組真空高低有較明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系的情況，我們依然通過(guò)溫度場(chǎng)和受力兩個(gè)方面去分析，最終判定引起動(dòng)靜碰摩的要因是低壓外缸因剛度不夠，其內(nèi)部真空狀態(tài)，在汽缸頂部大氣壓作用下發(fā)生垂直方向下沉的變形造成動(dòng)靜碰摩進(jìn)而導(dǎo)致軸振大跳機(jī)故障。

溫度場(chǎng)方面，低壓外缸內(nèi)壁溫度是低壓排汽溫度約35℃左右，低壓外缸外壁溫度基本是當(dāng)?shù)卮髿鈮合缕麢C(jī)房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度約28℃左右，一般溫差都在10℃左右，所以不會(huì)因低壓外缸內(nèi)外壁溫差大導(dǎo)致變形大，所以溫度場(chǎng)分析不會(huì)導(dǎo)致變形引起動(dòng)靜碰摩。但是，低壓后軸封供汽溫度一般約135℃左右，存在低壓后軸封體乃至該處低壓缸殼體局部溫差大變形的可能性，存在因此溫差大引起變形大帶來(lái)動(dòng)靜碰摩的可能。受力方面，低壓外缸表面積非常大，在大氣壓作用下，當(dāng)其自身剛度不夠時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生變形，低壓轉(zhuǎn)子軸承箱與低壓外缸一體布置，低壓外缸的變形進(jìn)而可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置位移，最終也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩。結(jié)合機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)、真空變動(dòng)易發(fā)生軸振大情況，最終判定引起動(dòng)靜碰摩的要因是低壓外缸因剛度不夠，其內(nèi)部真空狀態(tài)，在汽缸頂部大氣壓作用下發(fā)生垂直方向下沉的變形造成動(dòng)靜碰摩進(jìn)而導(dǎo)致軸振大跳機(jī)故障。

低壓外缸上半是近似的半圓弧筒體，下半與凝汽器的四方形殼體相連，在真空作用下，水平中分面法蘭強(qiáng)度大變形量小，大氣壓向下的作用力主要是帶來(lái)低壓外缸垂直方向產(chǎn)生下沉的變形量，這是導(dǎo)致碰摩的要因。

同理可以判定，啟動(dòng)前盤(pán)車(chē)狀態(tài)下，機(jī)組抽真空過(guò)程往往會(huì)伴隨盤(pán)車(chē)電流逐步增大的現(xiàn)象，以及機(jī)組低負(fù)荷高真空運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)軸振大、振動(dòng)攀升現(xiàn)象均是低壓外缸下沉變形導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩所致。

針對(duì)兩臺(tái)機(jī)組高真空運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)軸振大故障跳機(jī)故障，哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司應(yīng)用有限元分析方法，對(duì)1000MW汽輪機(jī)低壓外缸剛度和變形量進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)抽真空實(shí)際測(cè)量低壓缸變形等數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗(yàn)證分析結(jié)論正確性。依據(jù)有限元分析方法，出具加固方案，以期提升低壓外缸剛度消除變形解決動(dòng)靜碰摩導(dǎo)致的軸振大跳機(jī)故障。

4 提升低壓外缸剛度加固措施及效果

對(duì)于具有柔性特征的低壓缸，根據(jù)對(duì)低壓外缸分析，進(jìn)行增加輔助支撐，實(shí)現(xiàn)汽缸局部剛度增強(qiáng)，減小局部變形量，對(duì)于整體下沉的垂直變形改善不足，哈爾濱汽輪機(jī)廠經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次驗(yàn)證改進(jìn)，完善低壓外缸上半加固方案，最終方案為低壓外缸端部上半外表面增加了若干加強(qiáng)筋，呈扇形分布，低壓外缸端部上半內(nèi)壁增加撐板，低壓外缸端部下半增加兩個(gè)撐管，排汽導(dǎo)流錐板下半增加三個(gè)支撐管，下半端壁采用縱橫各兩道槽鋼進(jìn)行加強(qiáng)。最終加固方案三維模型如圖1所示，圖中紅色部分即為加強(qiáng)部分。低壓缸外部加固后實(shí)際效果見(jiàn)圖2所示，低壓外缸下半內(nèi)部加固效果見(jiàn)圖3、圖4，低壓外缸端部上半內(nèi)壁增加撐板見(jiàn)圖5，低壓排汽導(dǎo)流環(huán)通過(guò)增加拉筋改變固有頻率詳見(jiàn)圖6。

改善整體下沉垂直變形的低壓缸加固措施實(shí)施后，兩臺(tái)機(jī)組在高真空及真空變化較快時(shí)，未再發(fā)生軸振大跳機(jī)故障，至此問(wèn)題成果解決，最大軸振75μm，優(yōu)秀，詳見(jiàn)圖7。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合該機(jī)組因動(dòng)靜碰摩導(dǎo)致軸振大故障現(xiàn)象，最終判定要因是低壓外缸因剛度不夠，其內(nèi)部真空狀態(tài)，在汽缸頂部大氣壓作用下發(fā)生垂直方向下沉的變形造成動(dòng)靜碰摩進(jìn)而導(dǎo)致軸振大跳機(jī)故障。根據(jù)低壓外缸有限元分析結(jié)果，通過(guò)增加輔助支撐增強(qiáng)汽缸局部剛度減小局部變形量，并優(yōu)化低壓外缸上半加固方案，較好解決低壓缸整體垂直方向下沉的變形問(wèn)題，避免因此導(dǎo)致的動(dòng)靜碰摩，最終成功解決1000MW機(jī)組高真空時(shí)軸振大跳機(jī)故障。

針對(duì)動(dòng)靜碰摩原因分析，從溫度場(chǎng)和受力兩個(gè)方面著手去分析的思路清晰，判定低壓內(nèi)缸變形非要因、以及精準(zhǔn)判定要因是低壓外缸因剛度不夠在大氣壓作用下發(fā)生垂直方向下沉變形的分析過(guò)程及結(jié)論值得借鑒。

在局部輔助支撐加固后進(jìn)一步優(yōu)化低壓外缸上半加固方案的過(guò)程，說(shuō)明解決低壓缸整體垂直方向下沉的變形問(wèn)題是避免動(dòng)靜碰摩的關(guān)鍵，值得重視。

參考文獻(xiàn)

[1]? 尹金亮，陳長(zhǎng)利，白炎武，王曉峰，劉正強(qiáng)，王洪鵬，田新啟，某超超臨界1000MW機(jī)組低壓模塊結(jié)構(gòu)分析與變形測(cè)試試驗(yàn)研究，2013年超超臨界機(jī)組技術(shù)交流2013 年會(huì)，中國(guó)天津，2013.11;

[2]? 張黎明，一種消除低壓缸脹差、變形的溫度控制系統(tǒng)，2019年中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)，北京，2019.11;

作者簡(jiǎn)介：趙凌偉（1972-），男（漢族），河南省開(kāi)封市**縣人，本科，熱能動(dòng)力工程專業(yè)高級(jí)工程師，1992年參加工作，國(guó)電投南陽(yáng)熱電有限責(zé)任公司，總經(jīng)理，多年從事電力行業(yè)相關(guān)管理工作。