何劍峰，錢振鑫

（神華神東電力重慶萬州港電有限責任公司，重慶 404027）

0 引言

某電廠一期2臺1050 MW超超臨界機組采用1050 MW超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機，型號N1050-28/600/620。高壓內缸為圓筒缸設計，全周進汽；機組采用9級回熱抽汽，增設3#高加前置蒸汽冷卻器及低溫省煤器；汽輪機通流級數48級，其中高壓缸12級，中壓缸2×8級，低壓缸2×2×5級；機組軸系由汽輪機高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子A、低壓轉子B和發(fā)電機轉子所組成，各轉子均為整鍛轉子，無中心孔，各轉子間以剛性聯軸器連接；汽輪機軸系中1#～4#軸承為可傾瓦式軸承，采用6瓦塊結構，對稱布置；5#～8#軸承為橢圓形軸承。

在整套啟動至168 h前，1#機組負荷>850 MW時1#和2#軸承振動出現發(fā)散且超出報警值現象，經過帶負荷磨合，逐漸加負荷至額定負荷。在整個168 h試運行期間，機組整體振動趨于平穩(wěn)，但仍發(fā)生過4次振動發(fā)散性增大現象。168 h試運行結束后，首次啟動帶負荷階段，負荷>850 MW時機組1#和2#軸承振動明顯增加，振動頻繁超過報警值。

1 檢查過程

在1#機高壓缸1#和2#軸承發(fā)生軸振報警后，技術人員對汽輪機本體及各參數全面檢查發(fā)現，高壓缸脹差偏大，高、中壓缸總膨脹比設計值偏小2 mm且左右總膨脹有偏差。168 h試運結束后，停機期間檢查發(fā)現，高壓缸兩端軸封間隙偏離安裝值，高壓缸體出現水平偏斜，高壓缸右后側貓爪脫空，在翻瓦檢查過程中發(fā)現1#和2#軸瓦有輾瓦現象。

2 原因分析

2.1 貓爪抬起及汽缸偏斜原因分析

2.1.1 管系方面

管系設計計算與生產廠家進行了配合確認，現場管系與設計存在偏差：來自管系安裝期間的額外應力，彈簧支吊架、限位支架或剛吊未正確承載，管系未正確膨脹；主汽閥Y向限位拉桿安裝時間隙預留不足，轉動不暢，主汽閥位置設計膨脹值為118 mm，2#機600 MW（主汽溫度590℃）時實測為85 mm，類似工況1#機實測為48 mm。這樣將阻礙缸體膨脹形成。冷段2#Y向限位支架未能正確承載，這樣將會增加熱態(tài)作用于高壓缸的Y向推力和X向力矩，導致熱態(tài)高壓缸水平移動和貓爪抬起。冷段2#Y向限位支架不能正確承載時，冷段6#剛吊管夾的安裝高度偏差會對高壓缸形成X向力矩，導致貓爪抬起。2#機現場在導汽管和抽汽管道（冷段未最終對口）連接到高壓缸時進行了貓爪負荷分配測試，結果為左側重右側輕。說明導汽管作用于汽缸接口力矩較大，導致高壓缸貓爪負荷不均。

圖1 主再熱管道支吊架布置

2.1.2 缸體方面

高壓缸實際承受外力能力偏差基本來自于汽輪機的設計、制造、安裝過程，實際承受外力能力影響因素分析如下：限制缸體徑向水平位移的立鍵母鍵位于缸體，公鍵位于軸承箱，母鍵膨脹量大于公鍵，熱態(tài)膨脹后間隙增大，不能限制缸體徑向水平位移?，F場用20 t倒鏈垂直向上拉冷段立管7#彈吊，其水平力較小，但高壓缸發(fā)生水平移動，說明高壓缸被推動所需外力較小。當高壓缸貓爪負荷減少時會導致其摩擦力減小，缸體容易被外力推動，貓爪負荷分布不均也容易導致缸體被外力抬起或推動。

5月15日，1#機組高排管道水平段切口后，力矩大部分得以釋放，高壓缸右側兩錨爪抬起回位。1#機組高排管切口后。5月24日22：00，在啟機暖缸過程中，檢測發(fā)現高壓缸左前錨爪上抬0.42 mm，左后錨爪上抬0.79 mm。5月25日并網，100 MW負荷切缸后，抬起貓爪回座，最高帶負荷至980 MW，過程中檢查高壓缸貓爪未發(fā)現抬起現象。8月4日22：40，1#機組100%甩負荷試驗，高排母管溫度在16 min內從346℃降至299℃，溫差47℃，0.5 h后左前錨爪抬起最大值達0.7 mm，左后錨爪抬起最大值達0.9 mm。此后關閉高旁閥，開啟高排管道疏水，高排母管溫度逐漸回升，錨爪抬起間隙逐漸變小，100%甩負荷試驗5.5 h后高壓缸抬起兩錨爪回位。

綜上判斷，汽缸存在貓爪脫空現象，說明汽缸受到很大外力。如果高排限位處有較小位移，則將高排管受力傳遞于汽缸。對高排管割口后限位點橫向位移5 mm，機組甩負荷試驗。機組停機后，高排管內外壁溫差大引起機組貓爪脫空，導汽管布置方向為軸向，而高排管布置方向為橫向，因此，引起貓爪脫空力由高排管道應力產生的可能性較大。

2.2 軸承振動大原因分析

1#機軸承振動有5個特點：①振動發(fā)散瞬時值超過150 μm均發(fā)生在高負荷下（950 MW）；②高負荷工況下機組振動的低頻分量最大近30 μm；③機組軸振頻譜分析顯示，造成高壓缸1#和2#軸承振動波動的主要頻率成分是28.75 Hz，軸心渦動軌跡與轉子旋轉方向一致；④降低1#機大機潤滑油溫至35℃，1#，2#軸承振動波動幅度明顯變小并穩(wěn)定；⑤采用非正常運行方式，降低主汽溫度至560℃，高壓缸脹差由5.7 mm下降至4.4 mm，再熱汽溫維持600℃可帶滿負荷，但振動仍有瞬時超過150 μm現象。

檢修測量1#機汽缸上半立鍵間隙、端汽封間隙，顯示高壓缸軸線左右偏斜。之前停機出現高壓缸右側貓爪脫空，說明汽缸所受管道力偏大，導致汽輪機動靜徑向間隙圓周不均。汽流激振力加劇軸振波動瞬時出現動靜碰磨，造成振動幅值突增。

3 處理措施

3.1 第一階段整改措施

（1）168 h試運過程中，發(fā)現1#機組高壓缸右側貓爪上抬，電側導汽管右側阻尼器活動受限。對阻礙活動的結構部件進行局部割除，啟動后冷、熱態(tài)工況檢查，液壓阻尼器靈活。

（2）168 h試運停機消缺期間檢查發(fā)現，高壓缸兩端軸封間隙偏離安裝值、缸體偏斜。對磨損部位汽封齒剔除毛刺后恢復汽缸原位。

（3）高旁閥入口管道與鋼梁硬接觸。經設計院重新計算后，進行局部調整。

（4）對1#機冷段高排管道水平段實施切口，釋放應力后重新焊接歸位，并重新調整高排管道支吊架。

（5）高排管道Y向限位間隙值過大。重新更換兩側球面盤，消除兩側間隙，并作加固處理。

經過以上整改，1#機組再次啟動時，1#和2#軸承的振動明顯好轉，>950 MW時才發(fā)生振動波動增大現象。通過頻譜分析，分頻振動是本次啟動高負荷振動增大主要原因。振動>80 μm后，動靜徑向摩擦特征明顯。磨合間隙能減弱汽流激振力，也能減弱摩擦引起不穩(wěn)定振動的誘發(fā)因子，所以磨合能改善振動狀態(tài)。在廠家的指導下，在可控范圍內進行汽輪機高負荷碰磨試驗，使轉子在汽缸中的位置在圓周方向的動靜間隙盡量均勻，以達到消除蒸汽激振達，到降低軸承振動的目的。1#機組在1020 MW高負荷下1#和2#軸承振動大幅波動的情況下，磨碰約30 min后，軸承振動突然由150 μm下降至90 μm以下并穩(wěn)定。經過本次磨碰，1#機在（500～1050）MW間多次以10 MW/min速率加減負荷，未出現軸承振動突增發(fā)散現象。

3.2 第二階段整改措施

為防止2#機組出現上述類似問題，在安裝階段就嚴格執(zhí)行安裝工藝、加強質量管控，同時，每次與缸體連接的管道焊接后（除吹管后高排管道最后一道焊口連接后未做最后一次負荷分配外），均一一進行負荷分配，試驗外接管道連接對缸體的作用，并將對1#機組采取的措施應用于2#機組的安裝環(huán)節(jié)。整改如下：

（1）為防止1#與2#軸承出現碾瓦現象，排除軸瓦對機組振動的影響，對2#機組1#和2#軸承加裝頂軸油系統(tǒng)。同時將1#軸瓦抬高0.1 mm，增大軸瓦載荷。

（2）將2#機左側高壓導汽管恒力支架更換為恒力吊架，減小因熱膨脹帶來的支架與導汽管掛耳的相對摩擦，從而增加左側高壓導汽管熱膨脹的自由度，減小其對缸體的作用力。

（3）更換2#機主汽閥閥體Y向限位拉桿銷子，實現拉桿的壓應力與拉應力的自由轉換，避免閥體膨脹對缸體可能產生的作用力。

（4）拆除2#機高壓缸上缸立銷保溫，減緩子母鍵受熱膨脹的程度。

經過整改后，2#機在啟動過程中雖然仍發(fā)生了輕微的貓爪脫空及高壓上缸整體向右側輕微偏斜現象。但經過高負荷磨合，目前機組在（550～1050）MW范圍，可以按升、降12 MW/min的負荷率，任意變負荷穩(wěn)定運行。

3.3 第三階段整改措施

為徹底消除隱患，決定對2臺機組冷段高排管道進行柔化改造。首先對1#機柔化改造，對高壓缸貓爪進行負荷分配試驗，將高壓上導汽管托架改為吊架。調整高—中對輪中心，將轉子相對于缸體的中心位置恢復為出廠值（圖2）。

圖2 冷段柔性管

經過柔性化改造后，1#機高排冷段在沖轉、超速試驗、升降負荷過程未發(fā)生汽缸貓爪脫空現象，整個啟動過程及變負荷過程，高壓上缸前后立銷測量間隙正常，未發(fā)生汽缸偏斜現象，汽缸膨脹正常，機組負荷850 MW以下振動輕微，基本消除了汽缸偏斜問題，但發(fā)現4個新問題。

（1）查詢近30 d連續(xù)運行趨勢，機組負荷>850 MW，1Y，2Y振動明顯增大，且隨負荷增加有上漲趨勢，負荷＜850 MW，振動明顯回落至75 μm以下。振動隨負荷變化有重復性，磨合時間越長，高負荷下振動幅值在減小。

（2）振動檢測故障診斷分析儀仍然采集到2Y振動有25 Hz低頻振動，幅值52 μm。

（3）1#機大機潤滑油溫采取非正常運行方式降溫，至35℃時機組高負荷振動發(fā)散明顯減小。

（4）負荷>750 MW，啟動頂軸油泵增加擾動后，2Y振動有突增現象。

通過對以上現象分析，1#機負荷>850 MW時高壓軸振波動大原因為2#軸承穩(wěn)定性不良，同時存在蒸汽激振與摩擦誘發(fā)不穩(wěn)定振動，需要在運行中對高壓間隙進行磨合。制定了專項磨碰試驗措施，在高負荷下可控進行磨合。經過高負荷磨合，目前1#機能順利帶滿負荷運行，滿足電網投入AGC要求。將1#機高排管柔化改造經驗應用在2#機，機組振動異常消除。

4 結束語

對2臺機組冷段高排管道進行柔化改造后，經過滿負荷磨合，機組可以帶滿負荷穩(wěn)定運行。

[1]駱名文.大型透平機械葉輪偏心引起的葉頂間隙氣流激振的分析[D].武漢：華中科技大學，2007.