引言

汽輪機的異常振動是常見事故之一,大量事故表明,汽輪發(fā)電機組的大部分事故,尤其是比較嚴重的設(shè)備損壞事故,都在一定程度上表現(xiàn)出某種異常或劇烈的振動,但值班員往往沒有給予足夠的重視,致使事故無限放大。當汽輪機組發(fā)生異常振動時,一定要全面分析個中原委,消弭事故于萌芽階段,因此對機組軸承振動的分析技改十分必要。

1機組概況

本廠采用哈爾濱汽輪機廠有限責(zé)任公司和東芝聯(lián)合設(shè)計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、八級回?zé)岢槠狡啓C。如圖1所示,汽輪機本體通流部分由四部分組成:1個單流高壓缸、1個雙流中壓缸和2個雙流低壓缸(A/B)。4個缸均為雙層缸(內(nèi)缸和外缸),水平中分面結(jié)構(gòu)。汽輪機主軸分為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)電機組共有10個支持軸承和一個推力軸承。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推力瓦塊,瓦塊表面是巴氏合金。汽輪機軸系由高壓轉(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)。

本機組有兩個雙流低壓缸,結(jié)構(gòu)相同。為減少溫度梯度設(shè)計成雙層缸,減少了整個缸的絕對膨脹量。每個低壓汽缸由外缸、1號內(nèi)缸和2號內(nèi)缸組成,低壓外缸和兩個低壓內(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。各部分之間通過垂直法蘭面由螺栓做永久性連接而形成一個整體,可以整體起吊。內(nèi)缸由4個支撐墊塊支撐固定,防止內(nèi)缸沿軸向和橫向移動。

2汽輪機低壓缸軸向振動大原因分析

2.1低壓缸剛性不足

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

#1機組檢修期間,對汽輪機本體進行解體檢查,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。

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

2.2真空變化

穩(wěn)定負荷下,通過調(diào)整#1機真空泵出力改變凝汽器真空,并記錄各種真空狀態(tài)下低壓缸軸向振動值。表1所示為750Mw負荷下巡檢就地實測低壓缸軸向振動最大值,測振儀選取檔位為振幅μm,測振點為低壓缸缸體凸尖處。

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

(1)真空過高時各軸向振動值上升,可能是過高的真空引起汽輪機低壓缸部分形變,進而造成汽缸的徑向變化,導(dǎo)致機組振動增大:

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

#1機組在真空過好或過差時都會對低壓缸振動造成惡劣影響,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還是有一定聯(lián)系的,因此選擇一個合適的真空與控制低壓缸的振動值息息相關(guān)。

3針對低壓缸振動大的解決措施

3.1采用適當增加輔助支撐的方法對低壓缸進行加固

經(jīng)過多次分析,在#1機組大修期間對該低壓外缸上半進行了適當改進,低壓外缸端部上半外表面增加若干加強筋,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部分。

經(jīng)過低壓缸改造,在機組啟動后記錄下各負荷段軸向振動數(shù)據(jù),并與改造前數(shù)據(jù)進行對比分析,如表2和表3所示。

可以看出,改造后低壓缸軸向振動明顯減小了。

3.2通過調(diào)整真空泵出力,選擇合適真空值,避過高振動區(qū)域

觀察改造后各負荷段軸向振動發(fā)現(xiàn),機組負荷在500Mw時,低壓缸B(汽端北)軸向振動值達到158um,超出既定目標值。通過調(diào)整凝汽器真空,嘗試將軸向振動降低到目標值以下。

機組負荷500Mw時,調(diào)整真空泵進口電動門開度進行節(jié)流,降低凝汽器A/B側(cè)真空到3.1/3.4kPa,觀察機組振動變化,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)軸向振動值降至150um以下,說明通過凝汽器真空調(diào)整,可以有效減小低壓缸軸向振動。

4結(jié)語

汽輪機是火電廠中極其重要的設(shè)備之一,對火電廠的正常運行有著十分重要的影響。機組正常運行時常會出現(xiàn)低壓缸軸向振動大的問題,為降低振動,除本體設(shè)計加強剛性外,還需對真空進行精細調(diào)節(jié),盡可能減小汽輪機本體振動,延長汽輪機壽命,提高機組的可靠性,減少對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響。