李青山　楊春雪

摘 要：天津大沽化熱電分廠3#汽輪機(jī)是由南京汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的背壓式汽輪機(jī)，額定負(fù)荷12MW，機(jī)組每次例行小修總是發(fā)現(xiàn)1#軸承烏金碎裂，但機(jī)組在運(yùn)行中帶負(fù)荷時(shí)軸振比較穩(wěn)定，軸瓦振動(dòng)與軸瓦溫度均正常。分廠與制造廠家曾提過很多次解決方案，但效果總是不明顯，以至機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間帶病運(yùn)行。本次對(duì)機(jī)組的大修改造中發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致機(jī)組頻繁碎瓦的原因所在，機(jī)組存在的安全隱患得以徹底消除。

關(guān)鍵詞：背壓機(jī)組；轉(zhuǎn)子；后汽封套筒；軸瓦

1 3#汽輪機(jī)組簡(jiǎn)介

3#汽輪機(jī)組是南京汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的12MW單缸次高壓沖動(dòng)背壓式機(jī)組，額定進(jìn)汽量145t/h，額定進(jìn)汽壓力5.0Mpa（表），排汽壓力0.98Mpa（表）。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為一個(gè)雙列復(fù)速級(jí)，三個(gè)壓力級(jí)，葉輪與轉(zhuǎn)軸的連接方式為套裝，支撐方式為橢圓瓦支撐。機(jī)組自投產(chǎn)后一直存在軸瓦振動(dòng)大以及帶不滿負(fù)荷（最高10500kw）、汽耗高、調(diào)速系統(tǒng)擺動(dòng)大、軸瓦振動(dòng)大的缺陷。1997年轉(zhuǎn)子因振動(dòng)問題復(fù)速級(jí)葉輪葉片及壓力級(jí)葉輪斷葉片返廠大修。2003年為了解決軸瓦振動(dòng)大問題，轉(zhuǎn)子返廠檢修廠家檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子彎曲，懷疑是后汽封兩個(gè)套筒過長(zhǎng)引起的，將后汽封的兩個(gè)長(zhǎng)套筒中間切開變成四個(gè)短套筒，以消除套筒與轉(zhuǎn)子之間因同軸度導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲問題，但由于轉(zhuǎn)軸上沒有與四個(gè)套筒相對(duì)應(yīng)的軸肩，套筒只能采用采用螺釘徑向定位，此系為第一次改造。改造后，軸瓦振動(dòng)得到了改善。但卻產(chǎn)生了新的問題， 1#瓦碎瓦。為了找到瓦振合格但軸瓦頻繁碎裂的原因，當(dāng)時(shí)請(qǐng)了天津電科院的技術(shù)人員對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行存在振動(dòng)跳動(dòng)現(xiàn)象，尤其是在加減負(fù)荷時(shí)尤其明顯。電科院技術(shù)人員對(duì)碎瓦給出的結(jié)論是蒸汽轉(zhuǎn)子通流中有擾動(dòng)，擾動(dòng)力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不規(guī)律的振動(dòng)突變從而產(chǎn)生激振力，激振力作用在軸瓦鎢金上，使得軸瓦鎢金疲勞碎裂。為了解決碎瓦問題，制造廠家也多次提出過很多方案，但效果一直不明顯。2005年為了解決上述問題，由哈爾濱汽輪機(jī)廠對(duì)其進(jìn)行了第二次改造，更換了轉(zhuǎn)子葉輪及葉片、隔板及葉片，前汽封套筒，因預(yù)算問題保留了老轉(zhuǎn)軸以及后汽封套筒的結(jié)構(gòu)形式。改造后帶不滿負(fù)荷問題得以消除，汽耗也有了明顯的改善，但軸振大碎瓦問題依然存在，到2012年3月為止3#機(jī)一直處于帶病運(yùn)行狀態(tài)。2012年12月21日，3#機(jī)1#瓦溫在油溫保持不變的情況下波動(dòng)，從54℃～59℃，濾油時(shí)發(fā)現(xiàn)油紙發(fā)黑，根據(jù)分廠安排停機(jī)檢修。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)1#瓦下瓦烏金碎，上瓦烏金碎，更換1#瓦上下瓦。2013年1月11日在小修換瓦后再次啟動(dòng)，在轉(zhuǎn)速達(dá)到1033rpm時(shí)，1#瓦軸振X向達(dá)到200um，無(wú)法中速暖機(jī)，分廠決定停機(jī)討論方案。在討論中初步認(rèn)定3#機(jī)的轉(zhuǎn)子可能存在永久性的彎曲或者套裝部件出現(xiàn)熱松動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)靜摩擦，已經(jīng)不具備開機(jī)運(yùn)行條件，遂上報(bào)申請(qǐng)大修改造。

2 問題的發(fā)現(xiàn)

第三次改造得到公司的批準(zhǔn)后，轉(zhuǎn)子返廠檢修。制造廠將轉(zhuǎn)子在專用的機(jī)床上對(duì)轉(zhuǎn)子的各級(jí)葉輪徑向與軸系跳動(dòng)進(jìn)了測(cè)量。

從數(shù)據(jù)中可以看出，葉輪的斷面跳動(dòng)超過允許值，說明轉(zhuǎn)子的彎曲度超標(biāo)，但超標(biāo)是葉輪安裝偏差還是轉(zhuǎn)軸彎曲引起的，需要通過將葉輪拆裝后判斷。因此制造廠對(duì)轉(zhuǎn)子的各部件進(jìn)行熱拆，并對(duì)各級(jí)葉輪的內(nèi)孔及轉(zhuǎn)軸的彎曲度進(jìn)仔細(xì)的測(cè)量。在對(duì)光軸的測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸存在重大缺陷，轉(zhuǎn)軸的彎曲度超標(biāo)，彎曲度最大在第三級(jí)葉輪的軸肩處最大0.13mm，兩端0.07mm，最大值方向一致。制造廠出廠的標(biāo)準(zhǔn)是不超過最大彎曲度不超過0.06。從理論上我們知道，轉(zhuǎn)子彎曲度大與轉(zhuǎn)子存在重量不平衡對(duì)轉(zhuǎn)子的影響是一樣的，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)振幅增大。轉(zhuǎn)子組裝后給動(dòng)平衡帶來很大的難度甚至無(wú)法平衡。平衡后的殘余不平衡量導(dǎo)致長(zhǎng)期的軸振將對(duì)軸瓦的碎裂有著直接的影響，這也是導(dǎo)致3#機(jī)碎瓦的主要原因之一。這也同時(shí)解釋了第一次改造時(shí)后軸封的兩個(gè)長(zhǎng)套筒被切割成四個(gè)短套筒后誘發(fā)了碎瓦，套筒的切割釋放了轉(zhuǎn)子的彎曲。切割后的套筒無(wú)法利用軸肩軸向定位，徑向螺釘?shù)倪B接強(qiáng)度達(dá)不到運(yùn)行中對(duì)熱應(yīng)力的要求。運(yùn)行中發(fā)生熱松動(dòng)加劇了軸振的強(qiáng)度。

3 問題的處理

3.1 老軸出現(xiàn)軸彎曲后，廠家可以通過直軸工藝對(duì)轉(zhuǎn)軸直軸，但要求較高的熱處理工藝，質(zhì)量不好保證，費(fèi)用比較高昂。介于后軸封套筒沒有軸肩，若更換轉(zhuǎn)軸后可以重新加工出軸肩，以解決后軸封套筒第一次改造后可能誘發(fā)的缺陷。因此公司決定將主軸更換。并且利用重新加工軸的機(jī)會(huì)，將1#瓦的軸頸從160mm增加到170mm。這樣做的目的是為了提高轉(zhuǎn)軸的抗彎剛度。3#機(jī)組與同類型機(jī)組相比有一個(gè)特點(diǎn)，壓力級(jí)設(shè)計(jì)少一級(jí)，一般為4級(jí)。但轉(zhuǎn)軸比其他機(jī)組的轉(zhuǎn)軸細(xì)，同類型的機(jī)組1#瓦處的軸頸一般設(shè)計(jì)為180mm。將160mm與170mm分別帶入上式，兩式相比我們可以計(jì)算出改造后轉(zhuǎn)軸的抗彎強(qiáng)度是改造前的1.3倍。與之相匹配的將1#軸瓦內(nèi)徑改為170mm。

3.2 在主軸上后軸封套筒部位加工軸肩，后汽封套筒用軸肩定位。確保汽封套筒與轉(zhuǎn)軸之間是過盈配合，而不是原轉(zhuǎn)軸汽封套筒與轉(zhuǎn)軸之間的間隙或過渡配合只能采用螺釘徑向定位的方式，防止套筒的熱位移。轉(zhuǎn)子經(jīng)過熱處理車床磨床加工等一系列機(jī)械加工后，測(cè)量轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)在不超過0.03mm，完全合格。將各汽封套筒以及葉輪熱裝到新轉(zhuǎn)軸上，套裝后對(duì)轉(zhuǎn)子的各級(jí)葉輪及端面機(jī)輪緣跳動(dòng)測(cè)量，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均合格。與改造前相比，改造后的主軸以及各級(jí)葉輪的跳動(dòng)都由了明顯的改善。改造的其他部分如軸承座的相應(yīng)改造以及汽缸汽封體的調(diào)整就不再一一敘述。

4 改造后啟動(dòng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)

3#機(jī)于2013年6月6日啟動(dòng)，啟動(dòng)過臨界時(shí)3#瓦處的臨界瓦振最大0.71mm，1#瓦瓦溫從47.3℃上升至63.4℃并穩(wěn)定。帶負(fù)荷后，機(jī)組的軸振均后了明顯的改善，除了在臨界振動(dòng)處超過200μm外，其余時(shí)間軸振都沒有超過80μm，穩(wěn)定帶負(fù)荷后2#瓦軸振保持在60μm。2013年7月25日3#機(jī)大修改造后為了對(duì)軸瓦運(yùn)行情況做一個(gè)檢驗(yàn)，并對(duì)改造效果做一個(gè)評(píng)估，停3#機(jī)檢修。8月13日機(jī)組冷卻后打開前軸承箱檢查1#瓦，1#瓦運(yùn)行正常。至此持續(xù)多年的影響機(jī)組安全的重大隱患得以成功消除，改造取得了圓滿的成功。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲事故，是火力發(fā)電廠的重大惡性事故之一。它不僅增加機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，而且還要耗用相當(dāng)多的檢修費(fèi)用，是火力發(fā)電廠絕對(duì)不愿意發(fā)生的事。造成大軸彎曲的因素是多方面的，但從永久性彎曲特征上歸納，主要有兩類：一類是轉(zhuǎn)子振動(dòng)使汽封或軸封動(dòng)靜間隙消失而產(chǎn)生摩擦。另一類是汽缸進(jìn)冷水，使轉(zhuǎn)子局部受到急劇冷卻。本文所涉及到顯然屬于第一類，長(zhǎng)期的轉(zhuǎn)子振動(dòng)使轉(zhuǎn)子疲勞彎曲。但轉(zhuǎn)子的永久性彎曲在超標(biāo)不嚴(yán)重時(shí)有具有隱蔽性。如本文中3#機(jī)轉(zhuǎn)子在檢修中用揚(yáng)度測(cè)量?jī)x測(cè)量時(shí)并沒有發(fā)現(xiàn)彎曲度超標(biāo)，大修時(shí)難以發(fā)現(xiàn)此類故障，因此導(dǎo)致缺陷多年沒有得到解決。也只有在將所有的其他可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)增大的因素全部排除后，最后一招就是拆掉轉(zhuǎn)子的套裝部件測(cè)量轉(zhuǎn)軸的彎曲度才會(huì)得到最終的驗(yàn)證。但這會(huì)給檢修打來很大的工作量以及昂貴的檢修費(fèi)用，因此在運(yùn)行加強(qiáng)運(yùn)行管理顯得尤為重要。