引言

汽輪機(jī)的異常振動(dòng)是常見事故之一,大量事故表明,汽輪發(fā)電機(jī)組的大部分事故,尤其是比較嚴(yán)重的設(shè)備損壞事故,都在一定程度上表現(xiàn)出某種異?；騽×业恼駝?dòng),但值班員往往沒(méi)有給予足夠的重視,致使事故無(wú)限放大。當(dāng)汽輪機(jī)組發(fā)生異常振動(dòng)時(shí),一定要全面分析個(gè)中原委,消弭事故于萌芽階段,因此對(duì)機(jī)組軸承振動(dòng)的分析技改十分必要。

1機(jī)組概況

本廠采用哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司和東芝聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的超超臨界參數(shù)、一次中間再熱、凝汽式、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠狡啓C(jī)。如圖1所示,汽輪機(jī)本體通流部分由四部分組成:1個(gè)單流高壓缸、1個(gè)雙流中壓缸和2個(gè)雙流低壓缸(A/B)。4個(gè)缸均為雙層缸(內(nèi)缸和外缸),水平中分面結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)主軸分為4段,以剛性聯(lián)軸器一一相連,形成整體的通流轉(zhuǎn)子。

汽輪發(fā)電機(jī)組共有10個(gè)支持軸承和一個(gè)推力軸承。其中#1~#4軸承均為雙向可傾式自位軸承,其他除推力軸承外均為橢圓軸承。推力軸承為金絲巴里型,由上下兩半組成,工作面和非工作面各有八個(gè)推力瓦塊,瓦塊表面是巴氏合金。汽輪機(jī)軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子A、低壓轉(zhuǎn)子B及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成,各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性靠背輪連接,轉(zhuǎn)子均采用雙軸承支撐結(jié)構(gòu)。

本機(jī)組有兩個(gè)雙流低壓缸,結(jié)構(gòu)相同。為減少溫度梯度設(shè)計(jì)成雙層缸,減少了整個(gè)缸的絕對(duì)膨脹量。每個(gè)低壓汽缸由外缸、1號(hào)內(nèi)缸和2號(hào)內(nèi)缸組成,低壓外缸和兩個(gè)低壓內(nèi)缸全部由鋼板焊接而成。低壓外缸的上、下半各由三部分組成:低壓調(diào)端部分、低壓電端部分和中部。各部分之間通過(guò)垂直法蘭面由螺栓做永久性連接而形成一個(gè)整體,可以整體起吊。內(nèi)缸由4個(gè)支撐墊塊支撐固定,防止內(nèi)缸沿軸向和橫向移動(dòng)。

2汽輪機(jī)低壓缸軸向振動(dòng)大原因分析

2.1低壓缸剛性不足

哈汽公司與東芝公司分別對(duì)低壓外缸的變形量進(jìn)行了有限元分析,根據(jù)有限元分析結(jié)果可知,低壓外缸在高真空狀態(tài)下會(huì)發(fā)生整體變形,此變形量發(fā)生在汽缸中部。

#1機(jī)組檢修期間,對(duì)汽輪機(jī)本體進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)汽缸中分面法蘭及撐腳處均在中間部位向缸內(nèi)變形0.24~0.279mm,內(nèi)缸支撐平臺(tái)向下變形引起內(nèi)缸下降0.297mm左右,低壓外缸整體變形量比較大。

通過(guò)分析,低壓外缸變形量大的部位與理論研究的薄弱點(diǎn)相一致,分別為低壓外缸重量的主要支撐點(diǎn)、低壓外缸真空吸力的主要受力點(diǎn)、低壓外缸軸承載荷的承受點(diǎn)。這些位置由于承受的載荷較其他位置大得多,設(shè)計(jì)上若無(wú)特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),變形量將遠(yuǎn)大于其他位置,從而影響低壓外缸的剛度。

2.2真空變化

穩(wěn)定負(fù)荷下,通過(guò)調(diào)整#1機(jī)真空泵出力改變凝汽器真空,并記錄各種真空狀態(tài)下低壓缸軸向振動(dòng)值。表1所示為750Mw負(fù)荷下巡檢就地實(shí)測(cè)低壓缸軸向振動(dòng)最大值,測(cè)振儀選取檔位為振幅μm,測(cè)振點(diǎn)為低壓缸缸體凸尖處。

如圖2所示,低壓缸軸向振動(dòng)值隨真空變化而變化,并可發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:

(1)真空過(guò)高時(shí)各軸向振動(dòng)值上升,可能是過(guò)高的真空引起汽輪機(jī)低壓缸部分形變,進(jìn)而造成汽缸的徑向變化,導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)增大:

(2)真空變差后各軸向振動(dòng)值上升,應(yīng)為汽輪機(jī)真空度降低,使凝汽器中凝結(jié)水溫上升,可能造成汽輪機(jī)低壓缸軸承部分膨脹,將大軸抬起,汽輪機(jī)大軸失去對(duì)中性,造成機(jī)組振動(dòng)。

#1機(jī)組在真空過(guò)好或過(guò)差時(shí)都會(huì)對(duì)低壓缸振動(dòng)造成惡劣影響,雖然究其原因與低壓缸剛性差、形變量大有關(guān),但真空變化與低壓缸振動(dòng)還是有一定聯(lián)系的,因此選擇一個(gè)合適的真空與控制低壓缸的振動(dòng)值息息相關(guān)。

3針對(duì)低壓缸振動(dòng)大的解決措施

3.1采用適當(dāng)增加輔助支撐的方法對(duì)低壓缸進(jìn)行加固

經(jīng)過(guò)多次分析,在#1機(jī)組大修期間對(duì)該低壓外缸上半進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn),低壓外缸端部上半外表面增加若干加強(qiáng)筋,呈扇形分布,低壓外缸端部上半內(nèi)壁增加撐管和撐板,低壓外缸端部下半增加兩個(gè)撐管。最終加固方案三維模型如圖3所示,圖中黑色部分即為加強(qiáng)部分。

經(jīng)過(guò)低壓缸改造,在機(jī)組啟動(dòng)后記錄下各負(fù)荷段軸向振動(dòng)數(shù)據(jù),并與改造前數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,如表2和表3所示。

可以看出,改造后低壓缸軸向振動(dòng)明顯減小了。

3.2通過(guò)調(diào)整真空泵出力,選擇合適真空值,避過(guò)高振動(dòng)區(qū)域

觀察改造后各負(fù)荷段軸向振動(dòng)發(fā)現(xiàn),機(jī)組負(fù)荷在500Mw時(shí),低壓缸B(汽端北)軸向振動(dòng)值達(dá)到158um,超出既定目標(biāo)值。通過(guò)調(diào)整凝汽器真空,嘗試將軸向振動(dòng)降低到目標(biāo)值以下。

機(jī)組負(fù)荷500Mw時(shí),調(diào)整真空泵進(jìn)口電動(dòng)門開度進(jìn)行節(jié)流,降低凝汽器A/B側(cè)真空到3.1/3.4kPa,觀察機(jī)組振動(dòng)變化,記錄數(shù)據(jù)。

如表4和圖4所示,調(diào)整后發(fā)現(xiàn)低壓缸B(汽端北)軸向振動(dòng)值降至150um以下,說(shuō)明通過(guò)凝汽器真空調(diào)整,可以有效減小低壓缸軸向振動(dòng)。

4結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)是火電廠中極其重要的設(shè)備之一,對(duì)火電廠的正常運(yùn)行有著十分重要的影響。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)常會(huì)出現(xiàn)低壓缸軸向振動(dòng)大的問(wèn)題,為降低振動(dòng),除本體設(shè)計(jì)加強(qiáng)剛性外,還需對(duì)真空進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié),盡可能減小汽輪機(jī)本體振動(dòng),延長(zhǎng)汽輪機(jī)壽命,提高機(jī)組的可靠性,減少對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響。