300 MW机组汽轮机轴瓦振动诊断及处理

武进猛

(大唐清苑热电有限公司，河北 保定 071100)

1 轴系结构及特点

某厂2号汽轮机是由上海汽轮机有限责任公司制造的300 MW亚临界参数、一次中间再热、高中压合缸单轴、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机，型号为C300/226-16.7/0.43/537/537，发电机为QFSN-300型水-氢-氢冷却方式，采用静态励磁。汽轮发电机组轴系由高中压转子(HIP)、低压转子(LP)、发电机转子(G)及集电环转子(E)组成，各转子之间均采用刚性联接。轴系由7个轴承支撑，汽轮机2个转子为双支承方式，发电机与集电环采用三支承，高中压转子两瓦(1号、2号)为可倾瓦、落地式，低压转子两瓦(3号、4号)坐落在排汽缸上，发电机两瓦(5号、6号)为端盖式椭圆瓦。集电环励磁机瓦(7号)采用落地式可倾瓦[1-2]。

高中压转子与低压转子之间采用刚性联轴器连接。2个联轴器间装有垫片，安装时可调整转子的轴向位置。低压转子与发电机转子之间也采用刚性联轴器连接。在低压转子电机端装有盘车用大齿轮，该齿轮也作为联轴器垫片，调整汽轮机转子与发电机转子的轴向位置。

2 1号瓦振动分析

2号机组自2011年12月投产以来，在启停机过程中，1号轴瓦轴振在启停过临界时逐渐增大。2013年，高中压转子过临界时1号轴瓦轴振值最大239.5 μm，2014年出现高中压转子过临界时1号轴瓦轴振最大增至338 μm。在额定工况下1号轴瓦最大轴振1X为76 μm、1Y为85 μm。

从2号机组在2013年2月至2016年5月的启动数据看，冷态启动(调节级金属温度小于204 ℃)9次、温态启动(调节级金属温度204～350 ℃)7次、热态启动(调节级金属温度350～450 ℃)6次，1号轴瓦过临界时均呈现增长趋势，其中温态启动时，1号轴瓦轴振最大增至311 μm。2号机组冷态、温态、热态启动过临界振动数据如表1—表3所示。

表1 2号机组冷态启动过临界振动数据

表2 2号机组温态启动过临界振动数据

表3 2号机组热态启动过临界振动数据

2号机组在22次停机过临界时，1号轴瓦过临界轴振同样呈现增长趋势，轴瓦轴振最大增至338 μm。如表4所示。

2号机组各转子设计临界转速如表5所示，单转子临界转速与连接成轴系后临界转速会有所差别。由于单转子连成轴系后，转子自由端增加了约束，每根转子的刚度都会有所增加，轴系中相应转子的临界转速也会有不同程度增加。因此，在机组进行启停过程中应注意机组各转子实测临界转速与设计值的区别。

表4 2号机组停机过临界振动数据

表52号机组汽轮机各转子临界转速设计值

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3 振动特征分析及处理

3.1 机组振动特征分析

3.1.1 振动监测

2号机组在启停过程中，1号轴瓦轴振在过临界时均超标。通过对2号机组启停过程振动监测发现，2号机组高中压转子存在一定的一阶失衡，导致机组在通过一阶临界转速时高中压转子轴振动超标[3]。

3.1.2 检修数据

查找2号机组转子的出厂报告、汽轮机厂的轴系标高标准以及2台机组大修的扬度检修记录，如表6、表7所示。经过计算2号机组轴系标高、设计标高以及轴系扬度[4]，均在合格范围内。

表6 2号机组历次大修标高 mm

表7 2号机组历次大修扬度 mm

查找2号机组联轴器的检修记录数据均在合格范围内，如表8所示。

表82号机组历次大修联轴器中心记录数据

mm

3.1.3 振动特征分析[5]

a. 在启动过程中由于转子和汽缸受热膨胀速度不一样，可能存在轻微动静磨擦，使转子存在轻微质量不平量。

b. 机组轴系的热稳定性差，在启动过程中热态下的转子不平衡量一直存在，随着转子膨胀均匀后，转子不平衡量逐渐减小。

c. 机组转子于2014年5月和2016年9月大修，大修期间未发现转子存在弯曲，但并未排除转子局部弯曲，有可能弯曲量不大，所以在机组启停机时表现比较突出，导致振动增大，过临界后又趋于平稳。

d. 机组转子本身存在残余应力，在过临界时表现比较明显。

3.2 2号机组处置过程

机组停机前1周联系上汽厂家进行数据监测，根据所得数据，安排检修和返厂动平衡，在机组解体检修中需要完成以下工作[6-7]。

a. 检查滑销系统中持环、内缸与外缸定位键、猫爪与轴承座的支撑键配合间隙、前轴承座与台板间隙及导向键、螺栓和前轴承座的装配间隙等，按照标准调整间隙。

b. 检查轴系及转子的扬度，随着机组运行时间延长，标高可能有一定变化，因此需按照标准调整标高。2号机组大修标高和扬度如表9、表10所示，历次大修联轴器中心记录数据如表11所示。

表9 2号机组大修标高 mm

表10 2号机组大修扬度 mm

表11 2号机组历次大修联轴器中心记录数据 mm

c. 检查轴瓦乌金面有无裂纹、脱胎、局部剥落等现象，轴瓦垫铁与轴承座有无间隙，轴承两侧及顶部间隙是否合格，按照标准调整间隙。

d. 检查转子是否有弯曲，动叶是否有松动、磨损现象，如有问题提出解决方案，并进行直轴、动叶修复。

e. 检查汽轮机通流间隙，间隙变大或变小都可能影响机组启停振动，本次检修对高中压缸进行汽封改造，调整合理的通流间隙。

f. 检查汽轮机外缸、内缸、隔板有无变形，如有问题及时处理。

从转子出厂报告中发现，出厂时电端加装的平衡块比较多，进行现场动平衡工作困难较大，因此必须安排转子返厂动平衡，清除原有转子平衡块，并对所有配重孔进行清理，在转子动平衡合格后，按照标准调整轴系。

通过分析机组历次启动过程数据，发现冷态、温态在冲转过程中汽轮机胀差会减小2～2.5 mm，热态汽轮机胀差会减小3～3.5 mm，因此在机组启动过程中按照启动暖机曲线进行暖机，在冷态、温态启动过程中胀差值要在2.5 mm以上，避免出现负胀差，造成汽轮机动静碰磨，影响机组振动。2号机组胀差记录数据如表12所示。

表12 2号机组胀差记录数据

为保证机组启动过程中的振动问题能及时处理，提前进行现场动平衡准备工作。

a. 准备各种型号平衡块，根据平衡量选取合适型号。

b. 准备一小桶煤油或便于螺栓拆卸的渗透剂。

c. 准备加重专用工具，必须进行确认、检查及清洁。

d. 准备方便加重人员上下的脚手架及架子。

e. 准备强光手电、防烫服、防颗粒口罩、连体服。

f. 根据现场实际测量数据，分析计算加重位置，并按顺序进行配重工作。

3.3 处理结果

经过解体检修和高中压转子返厂动平衡，2号机组于2016年11月15日一次启动成功。在启动过程中，1瓦轴振在过临界时1X为48.8 μm，1Y为61.5 μm，达到合格标准。2号机组启动记录数据如表13所示。

表13 2号机组启动记录数据(2016-11-15)

4 结束语

2号机组1号瓦经过停机后高中压缸解体检修和高中压转子返厂动平衡工作，在机组冷态、温态、热态启动数据有逐渐增大的趋势，但均未超过报警值127 μm，并且在停机过程中也均未超过报警值，为此类机组异常振动诊断及处理提供参考。