汽轮机轴瓦振动原因分析及施工方案

高文萍 董新志

辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司 辽宁调兵山 112700

【摘要】辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司2X300MW燃煤汽轮发电机组，哈汽公司出产的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机，汽轮机型号NZK300—16.7/537/537型。本文对2号汽轮机1号轴瓦异常、转子质量不平衡原因进行分析及施工方案进行介绍。

　　【关键词】质量不平衡；振动；方案；转子配重

1.前言

调兵山煤矸石电厂2X300MW燃煤汽轮发电机组，哈汽公司出产的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、反动式、直接空冷凝汽式汽轮机，汽轮机型号NZK300—16.7/537/537型。配套锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1065/ 17.5-M804 CFB型亚临界、单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式锅炉。配套发电机为哈尔滨电机厂制造的QFSN-300-2型卧式水氢氢冷却、隐极、全静态可控硅自并励励磁同步发电机。本汽轮机轴承采用两支承方式，每段转子有2只轴承支撑。汽轮机共有4个支持轴承，发电机共有2个支持轴承，汽轮机轴承采用前缘带进油槽可倾瓦径向轴承，此型式轴承结构具有良好的稳定性。

　2.事件经过

2018年6月15日2号机组小修前振动1瓦轴振水平在X1:60~75μm /Y1：55~65μm之间。6月15日小修后（本次小修进行了中排抽汽三通阀以后管路更换改造），启动并网后1瓦轴振水平与停机前振动水平相同，06月17日在加负荷过程中1瓦轴振逐渐增大至X1/Y1:97.6μm /81.1μm突然跳跃变化后瞬间回落，最大161μm/103μm回落至X1/Y1:104.4μm /83.6μm，切换至单阀运行后轴振一直较高X1/Y1在109~115μm/77~85μm水平，且X1/Y1振值较以前偏大，之后切回顺序发后运行至2019年4月24日停机前期间轴振值X1在85~130μm区间，Y1在55~82μm区间呈缓慢逐渐升高趋势。

2019年10月12日， 2号机由哈工大进行阀序优化，由原来的阀序（2、3-6-1-4-5）调整为2、3-4-5-6-1，且将1号调门强制关闭，经过阀序调整后，2号机1瓦X、Y向振动稳定到130μm、75μm。机组长期保持顺序阀状态运行。

阀序优化前2号机接带乙醇供汽运行，优化过程中将乙醇供汽退出，优化结束后10月14日重新投入乙醇供汽，1瓦轴振在X1：100~140μm，Y1：60~80μm水平。10月29日2号机接带热网加热器供汽，11月1日，按照发电部2019-2020年供暖期运行方式，将乙醇供汽切至1号机，2号机仍接带热网和后期投运的背压小机供汽。1瓦轴振长期在X1：100~135μm，Y1：60~80μm水平运行。

2020年1月23日，2号机1瓦顶轴油管路漏油，1月24日顶轴油管路断裂，1瓦Y向振动由65μm上涨至90μm。2020年1月28日1瓦大轴振动突增，X1达到182μm，Y1达到163μm，切至单阀运行后，轴振稳定至X1：159um、Y1：127um，之后维持单阀运行。经过参数对比、分析，机组在低负荷、单个调门开度小于30%时1瓦振动上涨，采取机组保持150MW以上运行，通过调整进汽压力，保证汽轮机单个调门开度大于30%，轴振维持在X1在121~150的um之间，Y1在99~120之间的水平。

2020年3月6日，因2号炉渣线问题，机组减负荷至112MW，主汽压力减至8.2MPa，尽可能保证调门开度大于30%，但1瓦振动仍缓慢上涨，X、Y向振动最大至162μm、122μm。

2020年3月8日，因1号炉一次风机变频器缺陷，为保证乙醇厂供汽不受影响而中断，将1号机乙醇供汽切换至2号机。低压供汽切换至2号机后，由于中排压力较之前升高，1瓦振动开始上涨，X、Y向振动最大至171μm、141μm。紧急将乙醇低压供汽切回至1号机。低压供汽切回后，1瓦X、Y向振动稳定至140μm、110μm，2号机停机前为单阀运行，带乙醇高压供汽、1瓦轴振维持在X1：130~151μm，Y1：107~124μm水平运行。

2020年4月09日11时03分2号机组由单阀运行切换至顺序阀运行，15时53分1瓦振动值1x降至112μm，1Y降至97μm。17时13分2号机组由顺序阀运行切换至单阀滑停参数，1瓦振动值1x升至157μm，1Y升至120μm。

2020年4月09日16时 2号机开始滑参数停机，20时2号机解列停机，20时35分 2号机组转速下降至1523rpm，大轴振动X1上涨至225um，Y1上涨至181um，立即开启真空破坏门，机组破坏真空，20时40分 大轴振动X1下降至92um，Y1下降至79um，关闭真空破坏门，维持背压25Kpa，21时30分 2号机转速到零。汽轮发电机组轴承振动的大小直接关系到机组能否安全运行，异常振动已成为机组稳定运行的重要隐患。

　　3.原因分析

为分析2号汽轮机1号轴承振动，邀请东北电科院汽机研究所、哈汽厂振动研究所等有关专家及本单位专业技术人员召开专题分析会，通过分析一致认为：①高中压转子存在一阶质量不平衡。②1号轴承对转子约束能力较差。

机组停机前，为测定转子质量不平衡，特邀请当地电力试验研究院对振动进行测量，对振动波动图分析发现振动幅值在一倍频区域，由此也验证了转子质量不平衡是造成2号机1号轴承异常振动的主要原因。

汽轮发电机组转子的质量不平衡产生的原因有三个：①原始不平衡。②转动过程中的部件飞脱、松动。③转子的热弯曲。根据其他电厂分析经验，转动过程中的部件飞脱、松动是主要原因。现对这些不同形式的不平衡振动特征分别介绍。

3.1原始质量不平衡

原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平衡。它们通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。这种不平衡的特点除了振幅和相位的常规特征外，它的最显著持征是“稳定”，这个稳定是指在一定的转速下振动特征稳定，振幅和相位受机组参数影响不大。

3.2 转动部件飞脱和松动

汽轮发电机组振动发生转动部件飞脱可能有叶片，松动的部件可能有护环、转子线圈、联轴器等。

飞脱时产生的一倍频振动是突发性的，在数秒钟内以一瓦振或轴振为主，振幅迅速增大到一个固定值。相邻轴承振动也会增大，但变化的量值不及前者大。这种故障一般发生在机组带有某一负荷的情况。

　　3.3 转子热弯曲

转子热弯曲引起的质量不平衡的主要特征是一倍频振动随时间的变化。随机组参数的提高和高参数下运行时间的延续，一倍频振幅逐渐增大，相位也随之缓慢变化，一定时间后这种变化趋缓，最终基本不变。

转子的热弯曲一般来自原材质热应力。这种热弯曲状态是固有的、可重复的，因而可以用平衡的方法处理。只要没有使转子发生永久塑性变形，这类热弯曲都是可以恢复的，引起热弯曲的根源消除后，一倍频振动大的现象也会随之自行消失。

#2机组运行期间DCS数据显示转子偏心均≤0.02mm，根据机组检修记录，大修后转子弯曲为0.02mm，小于厂家设计标准≤0.03mm。对#2机检查时也未发现各转动部件有松动现象，就地用听针对各轴承检查各轴振运行声音正常，轴封处亦无摩擦声。

综合以上分析，高中压转子转动部件飞脱和松动是造成2号汽轮机1号轴承振动的主要原因。

　 4.解决方案

根据机组停机前，东北电科院对振动测量数据，同时结合我公司2号汽轮机高中压转子当前配重情况，专家对数据进行分析，并制定出配重方案及检修方案。

5.轴瓦检修分解工艺

5.1准备抬轴翻瓦用工具。（钢丝绳φ30×6米1根、φ10×4米1根、手拉葫芦2吨×2台、1吨×1台、百分表及表架两套、白面5Kg、抹布10Kg、塑料布20米）

5.2 准备好临时用螺栓M12。

5.3 拆除轴承箱上的测瓦温和轴瓦振动的热工接线。

5.4 检查轴承箱外油挡间隙并记录签字，分解油挡结合面定位销和螺栓。

5.5分解轴承箱上半，吊下放指定地点，安排专人清理轴承箱上半结合面。

5.6轴承箱上部吊下后用铁板将回油口封堵，防止杂物掉落回油管道内，将前轴承箱用塑料布封闭严密，搭设检修平台，铺设胶皮板。

5.7测量检查1号轴承紧力，紧力的测量步骤和方法：注：（所有涉及用抹布擦拭的部件必须再用和好的白面进行反复擦拭，确保部件干净无杂质）

5.7.1将1瓦供油软管拆除，牢固绑扎在轴承箱内，出油口向下防止投运润滑油时油流飞溅造成润滑油外泄，绑扎完毕后将轴承瓦枕、轴承箱结合面污渍清理干净，用重型扳手检查瓦枕紧固螺栓是否松动，轴承顶部调整垫块清扫干净，记录瓦枕调整垫片数量，左右分清，分别记录。

5.7.2松开瓦枕螺栓，检查瓦枕结合面有无异物，在1号轴承瓦枕的结合面间加0.20mm的白钢垫片。

5.7.3就位轴承瓦枕上半定位销。

5.7.4在1号轴承顶部两侧调整垫块上加Φ0.30mm铅丝，固定好。

5.7.5用天车就位1号轴承上半轴承瓦枕，注意不要碰掉铅丝。紧固瓦枕结合面螺栓，用0.20mm塞尺塞结合面所加的0.20mm垫片与结合面之间应不入。

5.7.6分解结合面螺栓和定位销。

5.7.7用天车吊出上半轴承瓦枕，注意保护好铅丝。

5.7.8 取下被压铅丝，测量并记录。计算结果若C值为正值，为紧力。C值为负值，为间隙。

5.7.9 如果轴承紧力C值不符合要求，则需要调整轴承上部的调整垫片。调整后，要按照上述步骤重复测量，调整合格后，将调整垫块安装好。调整时记录左、右垫片数量并做好记录。

5.7.10 1号轴承：紧力0.01mm～0.05mm。

5.7.11紧力合格后，复测轴瓦顶部间隙，步骤如下：

（1）吊出上半轴承瓦枕后将1号轴承上半的瓦块用临时螺栓固定好，将轴承上半就位于轴承下半上，用塞尺检查轴承体水平结合面应无间隙。松开临时螺栓，将瓦块落至轴颈上，确认各个垫块及调整垫块已到瓦块底部。待上半轴承就位于下半轴承上以后，将百分表座固定在轴承体上，将百分表杆从轴承体上的孔插入，对准在瓦块的外垫块的外表面上，松开临时螺栓，将瓦块放至轴颈上，记录百分表指示。再将瓦块提起，记录百分表指示。二次百分表示数之差即为轴承的顶部间隙，注意事项：在调整球形垫块及调整垫片必须记录球形垫块平面方向及左、右位置，调整垫片张数、厚度及左、右位置，增加或减少垫片数量、厚度及左、右位置。

（2）将轴瓦上部弹簧取出再进行一次顶部间隙测量，方法同上。两次测量数值应一致，如有误差应仔细检查球形垫块及调整垫片有无卡涩等，直至测量数值一致。注意事项：在调整球形垫块及调整垫片必须记录球形垫块平面方向及左、右位置，调整垫片张数、厚度及左、右位置，增加或减少垫片数量、厚度及及左、右位置。

（3）上述方法测量数值一致后用压铅丝方法测量来进行复测用百分表测量法的准确性，确保两种测量方法数值一致。注意事项：在调整球形垫块及调整垫片必须记录球形垫块平面方向及左、右位置，调整垫片张数、厚度及左、右位置，增加或减少垫片数量、厚度及及左、右位置。（压铅丝方法测量见17.1a）。

5.7.12顶部间隙合格后用临时螺栓将1号轴承的上半两块瓦块提起，防止吊起上半轴承时，瓦块掉落，损坏瓦块钨金面。

5.7.13吊下1号轴承上半放指定地点存放好。

5.7.14 测量轴承浮动挡油环间隙并记录。

5.7.15分解浮动挡油环结合面销钉，取下浮动挡油环，取下前确认结合面销钉是否紧固。

5.7.16检查浮动挡油环是否有识别标记，如没有，应做好识别标记，放指定地点存放好。

5.7.17用天车大钩抬轴，抬轴时应用百分表测量大轴抬起高度，1号轴承翻瓦所需转子抬高量0.55mm，并派专人看护不得刮碰百分表，确保百分表数值准确，用倒链翻下半轴承180º至轴的上部。注意保护热工接线和顶轴油管接头。如有卡涩现象，可用铜棒轻轻敲震瓦壳，或用千斤顶调整转子的位置。

5.7.18下瓦翻出后，对于1号轴承，应用临时螺栓将下瓦块提起，与下半轴承壳体固定在一起。

5.7.19吊下1号轴承下半，翻转180º，结合面朝下放在胶皮板上。

5.7.20 将供、回油口加堵。

轴承紧力测量图如图1所示。

图1 轴承紧力测量图

5.8 将1号轴承临时螺栓慢慢松开，将瓦块放下。

5.9 检查轴承合金表面的工作痕迹所占的位置是否符合要求，该处表面的研刮花纹是否被磨亮。

5.10轴承合金表面有无划损、腐蚀现象。

5.11着色检查轴承合金有无裂纹，局部脱胎现象。严重的脱胎用眼观察均可发现。当用力压轴承合金边缘时，从轴承合金与瓦体结合面内挤出油或气泡，也可以确定存在脱胎现象。

5.12检查与瓦块背面的球面销块有无挤压坏或变形，如有，进行更换。

5.13测量瓦块背面调整垫块和顶部调整垫块、内垫片的厚度，做好记录并签字，注意事项：在调整球形垫块及调整垫片必须记录球形垫块平面方向及左、右位置，调整垫片张数、厚度及左、右位置，增加或减少垫片数量、厚度及及左、右位置。

5.14检查瓦块背面弹簧是否有弹性以及有无变形和损坏。

5.15 检查轴承箱挡油环，对于齿部有磨损和倾斜的进行处理。

5.16检查清扫定位销及螺栓。

5.17测量检查轴承顶部间隙及调整方法

测量方法：

a 、用压铅丝方法测量

用胶布将瓦顶部间隙大约0.5mm左右的铅丝沿瓦块轴向中部粘在瓦块钨金面上（上瓦两瓦块）；将上瓦壳连同两瓦块一同就位；拆除上瓦拉瓦块专用螺栓；检查下瓦是否正确就位；回装上瓦枕，并紧固瓦枕螺栓；按回装相反步骤解体上瓦，将上瓦吊出；测量上瓦两瓦铅丝厚度，此值即为一瓦两瓦块的顶部间隙。

b、调整方法（如图2所示）

图2 调整方法

如果顶部间隙不符合标准，可通过调整瓦块背面的内、外垫片的厚度来调整顶部间隙，并做好加、减垫片记录。

5.18 组装和调整

5.18.1用临时螺栓（M12）将下半瓦块固定好。

5.18.2用天车将下半轴承吊起，用压缩空气吹扫干净。落至转子上，拆下1号轴承上的临时螺栓，将瓦块落至轴颈上。注意临时螺栓孔用M12的内六角螺塞封好，以免轴承泄油量增大，影响轴承正常供油。

5.18.3利用天车大钩抬轴1号轴承：0.55mm。

5.18.4利用天车小钩挂上手位葫芦将轴承下半翻至轴承的下部工作位置。在翻瓦过程中，如果有卡涩，可用铜棒敲震。如果轴的位置偏歪，应使用千斤顶调整轴位置。不可用大锤用力打瓦壳。翻瓦过程中，注意不得损坏热工接线及顶轴油管。

5.18.5天车回大钩，将大轴落至下轴瓦上。

5.18.6测量转子洼涡中心，并记录。误差少于0.05mm。

5.18.7用临时螺栓（M12）将1号轴承上半瓦块固定好。

5.18.8用天车吊起上半轴承，用压缩空气吹扫干净。

5.18.9就位上半轴承于下半轴承于结合面上。松开1轴承上半临时螺栓，注意临时螺栓孔用M12螺塞封好，以免泄油量增大，不足以保证轴承正常供油。

5.18.10安装轴承油封环，调整间隙，并记录。

5.18.11联系热工连接热工接线。

5.19 封闭轴承箱

5.19.1轴承室下半油挡复位，调整间隙，并记录。

5.19.2用天车吊起上半轴承瓦枕。

5.19.3测量调整轴承紧力，并记录。

5.19.4将上半轴承瓦枕回装至轴承上。

5.19.5将轴承瓦枕结合面定位销，紧固螺栓。

5.19.6取出轴承供、回油管封头，恢复。

5.19.7回装热工检测元件。

5.19.8轴承箱上半就位。

5.19.9轴承箱结合面涂料抹587密封胶，紧固结合面螺栓。

在2号机抢修期间，对2号汽轮机1号轴承进行解体检查，可倾瓦外观良好，钨金无磨损，瓦枕垫铁接触较好，调整瓦顶间隙左侧0.55mm，右侧0.59mm，符合厂家设计标准0.51～0.61mm要求，瓦枕紧力0.05mm，为厂家设计上限。　　

依据配置方案对2号汽轮机高中压转子进行配重，高压侧加装平衡块孔、（14、15、16、17、20、为原有平衡块，29 （29为此次加装位置加重为286克）。检修后2号机启动时无异常振动，现1号轴承振动X：69.32μm、Y：56.18μm，机组并网后运行正常。

6、结束语

转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障，它约占了故障总数的80%。随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高，这类故障的发生正在逐渐减少。即便如此，质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障，及时配合电科院在现场进行振动测量，并通过数据制定出有效的配重方案，在机组检修期间进行配重是解决机组振动的关键所在。

作者简介： 高文萍（1978.09-），男，工程师。2010年毕业于沈阳大学机械制造及自动化专业，现在辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司工作，担任副总工程师。

董新志（1972.10—），男，工程师。2008年毕业于沈阳工程学院热能动力工程专业，现在辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司设备部工作，担任汽机点检长。