汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝過程中減少機(jī)組振動(dòng)因素分析

李慶豐

（廣東火電工程總公司，廣東 廣州 510730）

由于汽輪發(fā)電機(jī)組一般存在體積大、重量重、部件多等特點(diǎn)，而機(jī)組運(yùn)行時(shí)候會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)超過允許的范圍時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組其他零部件松動(dòng)、斷裂、損壞設(shè)備等情況，造成機(jī)組使用壽命縮短。當(dāng)機(jī)組長(zhǎng)期在振動(dòng)超標(biāo)的狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，直接影響著汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，甚至造成停機(jī)及整臺(tái)機(jī)組毀壞事故。本文結(jié)合汽輪發(fā)電機(jī)組安裝過程，從以下一些方面來(lái)討論減少影響機(jī)組振動(dòng)的因素：

1 地腳螺栓和錨固板的安裝

(1)由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，振動(dòng)大，對(duì)安裝基礎(chǔ)要求高，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的安裝精度要求也十分嚴(yán)格。

(2)汽輪發(fā)電機(jī)的安裝、定位、緊固是由地腳螺栓和錨固板與基礎(chǔ)連接，根據(jù)相關(guān)圖紙及參考資料設(shè)計(jì)一套合理的可調(diào)式地腳螺栓及錨固板金屬框架式支撐固定結(jié)構(gòu)，不但能精確地定位地腳螺栓及錨固板，確保后續(xù)汽輪發(fā)電機(jī)組的順利安裝，而且加強(qiáng)了地腳螺栓及錨固板區(qū)域的基礎(chǔ)支撐剛度，從某方面可減少因基礎(chǔ)問題產(chǎn)生的機(jī)組振動(dòng)。如基礎(chǔ)支撐為預(yù)埋臺(tái)板，方法同仿。

2 基礎(chǔ)處理和臺(tái)板安裝

(1)嚴(yán)格地按照?qǐng)D紙及規(guī)范的要求進(jìn)行基礎(chǔ)的檢查驗(yàn)收及處理，基礎(chǔ)處理方面在此主要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)表面油污的處理及二次灌漿區(qū)域基礎(chǔ)的鏨毛。

(2)上述兩項(xiàng)未按要求處理將直接影響到今后基礎(chǔ)二次灌漿料與基礎(chǔ)的親和力，由此將直接降低了區(qū)域基礎(chǔ)支撐剛度。另外，應(yīng)在臺(tái)板未就位之前將基礎(chǔ)鏨毛好以避免臺(tái)板就位后局部區(qū)域無(wú)法有效處理。

(3)臺(tái)板安裝前應(yīng)先改善墊鐵的布置，墊鐵布置原則按制造廠提供的圖紙要求布置，補(bǔ)充或增加墊鐵的布置參考規(guī)范。如墊鐵布置不太合理，地腳螺栓緊固時(shí)，臺(tái)板剛性較差容易變形，產(chǎn)生間隙。另外，如果墊鐵接觸不實(shí)也易降低區(qū)域的抗振能力。

(4)在臺(tái)板安裝方面，在此側(cè)重討論一下臺(tái)板鏟刮。規(guī)范要求臺(tái)板與汽缸、與軸承座接合面應(yīng)光潔無(wú)毛刺，并接觸嚴(yán)密，接觸面四周用0.05mm塞尺檢查應(yīng)塞不入。一般來(lái)說(shuō)施工前制造廠家及許多單位都認(rèn)為不需要鏟刮臺(tái)板，因?yàn)榕_(tái)板與汽缸、與軸承座接合面均經(jīng)過精密銑床加工，且出廠前制造廠已經(jīng)對(duì)臺(tái)板進(jìn)行了研刮，故應(yīng)該符合安裝要求；再加上所有汽輪機(jī)部件重量均落在臺(tái)板上,只要臺(tái)板下部墊鐵布置得當(dāng),墊鐵荷重分配合理,原有的間隙會(huì)因臺(tái)板微小變形而消除。而實(shí)際上由于運(yùn)輸及存放的原因,臺(tái)板接合面接合并不嚴(yán)密,特別是臺(tái)板與軸承座接合面,較大的間隙在汽缸就位安裝時(shí)是不能消除，故需采取傳統(tǒng)的臺(tái)板研磨方法處理。盡管增加了工作量，但能有效保證臺(tái)板的安裝質(zhì)量，減少了因臺(tái)板安裝質(zhì)量問題產(chǎn)生的振動(dòng)因素。

3 基礎(chǔ)沉降影響

若基礎(chǔ)存在不均勻沉降將直接影響到汽輪機(jī)的過程安裝及最終安裝質(zhì)量，運(yùn)行時(shí)各軸承受力不均，空負(fù)荷狀態(tài)即出現(xiàn)振動(dòng)，運(yùn)行工況改變振動(dòng)也變化，振幅不穩(wěn)定。因此汽輪機(jī)基礎(chǔ)除了要有足夠的剛性還要定期進(jìn)行沉降觀測(cè)。

3.1 規(guī)范要求沉降觀測(cè)至少應(yīng)配合下列工序

（1）基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)期滿后（原始數(shù)據(jù)）;（2）汽輪機(jī)全部汽缸就位和發(fā)電機(jī)定子就位前后；（3）汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)二次澆灌混凝土前;（4）整套試運(yùn)行后等。為了確保安裝質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)過程控制，除了遵守制造廠相關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)考慮增加其他沉降檢測(cè)工序控制點(diǎn)，如增加關(guān)于凝汽器灌水試驗(yàn)、汽輪發(fā)電機(jī)靠背輪找中心、扣缸前、對(duì)輪連接前、汽機(jī)抽真空、機(jī)組啟動(dòng)前等沉降檢測(cè)工序等，通過對(duì)觀測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)的積累和分析，確定基座的相對(duì)沉降量，為機(jī)組安裝提供依據(jù)。

3.2 當(dāng)遇基礎(chǔ)不均勻沉降，致使隔日的測(cè)量記錄有明顯變化時(shí)，不得進(jìn)行設(shè)備的相關(guān)安裝工作，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并研究處理

3.3 另外，從其它工程的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，載荷變化和氣溫變化對(duì)基座的不均勻沉降影響最大

在施工前期制定施工綜合進(jìn)度時(shí)，應(yīng)使汽輪發(fā)電機(jī)基座盡早澆筑完畢；編制專業(yè)施工組織設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)一條線的安裝工序作統(tǒng)籌安排，盡早對(duì)凝汽器進(jìn)行灌水試驗(yàn)，將聯(lián)軸器聯(lián)接時(shí)間后移，從而減少?gòu)牡桶l(fā)聯(lián)軸器聯(lián)接到機(jī)組投運(yùn)的時(shí)間間隔；制定設(shè)備交付計(jì)劃時(shí)，盡早將設(shè)備荷載作用在汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)之上等。

4 軸承座、軸承安裝

(1)軸承座底平面與基礎(chǔ)臺(tái)板接觸不良、地腳螺栓未按要求緊固或緊力不均勻等將降低軸承座的聯(lián)接剛度，從而降低了軸承座的抗振能力。軸承安裝過程中，由于軸瓦緊力、墊塊接觸、頂隙和連接剛度等方面問題都可能影響軸承的抗振能力。故在安裝過程中應(yīng)高度重視，嚴(yán)格按要求控制安裝質(zhì)量。

(2)重視軸承的標(biāo)高問題，如果轉(zhuǎn)子兩端的軸承標(biāo)高不在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，則兩端軸承的負(fù)荷分配就不合理，將造成軸瓦內(nèi)的油膜形成不好或根本不能建立油膜。由此極易誘發(fā)機(jī)組的自激振動(dòng)或產(chǎn)生碾瓦現(xiàn)象，從而引發(fā)機(jī)組振動(dòng)。因此，安裝期間，應(yīng)根據(jù)制造廠家的建議，再結(jié)合各廠的實(shí)際情況對(duì)機(jī)組的軸承標(biāo)高進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)整。另外，根據(jù)不同組設(shè)計(jì)特點(diǎn)，考慮各軸承標(biāo)高情況，預(yù)先在具體墊鐵配制過程中留有相應(yīng)的預(yù)抬量，便于調(diào)整，以滿足不同軸承負(fù)荷的要求。

(3)推力軸承是轉(zhuǎn)子相對(duì)于汽缸的膨脹死點(diǎn)，轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量如不符合要求，竄動(dòng)量過小不能保證推力瓦塊形成正常的油膜厚度，而在運(yùn)行中油溫會(huì)升高或出現(xiàn)摩擦痕跡，如竄動(dòng)量過大，在汽輪機(jī)負(fù)荷突然改變時(shí)，可能會(huì)使推力瓦塊受到?jīng)_擊，或造成動(dòng)靜碰磨情況的發(fā)生，從而引起機(jī)組振動(dòng)。因此，應(yīng)嚴(yán)格地按照?qǐng)D紙及規(guī)范的要求在安裝前對(duì)推力瓦進(jìn)行檢查處理，在安裝過程中進(jìn)行推力瓦間隙和接觸程度的檢測(cè)并作好記錄。

5 轉(zhuǎn)子葉片問題

當(dāng)汽輪機(jī)發(fā)生斷葉片時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布明顯發(fā)生改變，因此機(jī)組的振動(dòng)會(huì)發(fā)生明顯的變化，振動(dòng)的變化既包括振動(dòng)大小的變化也包括振動(dòng)相位的變化。為了避免斷葉片的現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格地按照?qǐng)D紙及規(guī)定的要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)到貨的轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行檢查處理，各級(jí)葉片逐一進(jìn)行外觀檢查，轉(zhuǎn)子葉片及復(fù)環(huán)應(yīng)無(wú)松動(dòng)和損傷，鑲嵌應(yīng)平整，無(wú)凸出部分。另外，現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)對(duì)葉片進(jìn)行靜頻率試驗(yàn)等，有效確保轉(zhuǎn)子葉片的質(zhì)量。

6 機(jī)組中心影響

嚴(yán)格的講，機(jī)組中心應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支撐轉(zhuǎn)子各軸承的標(biāo)高、軸系連接的同心度和平直度。關(guān)于軸承標(biāo)高對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響，前面已經(jīng)講到?，F(xiàn)重點(diǎn)介紹其他兩個(gè)方面。

(1)如果轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度偏差過大，則可能會(huì)引起汽流激振、電磁激振和動(dòng)靜碰磨。若碰磨發(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，則會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。

(2)當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓節(jié)圓不同心、端面瓢偏、連接螺絲緊力明顯不對(duì)稱時(shí)，不論圓周和端面如何正確，當(dāng)把連接螺栓擰緊后，都會(huì)使連接軸系不同心和不平直，還會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生預(yù)載荷。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，軸系同心度和平直度會(huì)直接產(chǎn)生振動(dòng)的激振力，引起機(jī)組的振動(dòng)。

(3)針對(duì)機(jī)組中心問題，安裝期間，應(yīng)按照?qǐng)D紙要求，在制造廠家的指導(dǎo)下，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)綜合考慮半缸和全缸情況、凝汽器接缸、灌水試驗(yàn)、抽真空，及運(yùn)行工況等方面的影響進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整處理，以減少因機(jī)組中心問題對(duì)機(jī)組振動(dòng)造成的影響。通常來(lái)說(shuō)以低壓轉(zhuǎn)子作為汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組軸系的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子，其前后軸徑的揚(yáng)度按照其設(shè)計(jì)要求控制調(diào)整，整條軸系的找正都是以基準(zhǔn)的低壓轉(zhuǎn)子為基礎(chǔ)進(jìn)行，相關(guān)靜止部套、缸體等再分別相對(duì)于轉(zhuǎn)子進(jìn)行調(diào)整。聯(lián)軸器找中心應(yīng)根據(jù)聯(lián)軸器中心偏差的測(cè)量結(jié)果來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

7 滑銷系統(tǒng)影響

不論是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，而又不能讓其自由膨脹，滑銷系統(tǒng)就是用于引導(dǎo)整個(gè)機(jī)組按預(yù)定方向自由膨脹，保證汽輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)、靜部分中心位置及各處間隙在膨脹過程中均能滿足要求，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。當(dāng)由于某種原因使滑銷系統(tǒng)卡澀時(shí)，機(jī)組的膨脹就會(huì)受到限制，當(dāng)機(jī)組的膨脹受到限制時(shí)就會(huì)引起機(jī)組較大的振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)以至于不能開機(jī)或引起動(dòng)靜碰磨，從而造成更大的破壞。因此，應(yīng)嚴(yán)格地按照?qǐng)D紙及規(guī)范的要求進(jìn)行滑銷系統(tǒng)的檢查、安裝。

8 動(dòng)靜間隙

8.1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸和軸封之間以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙

（1)當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時(shí)，汽輪機(jī)效率會(huì)下降；(2)當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與軸封之間的間隙過大時(shí)可能引起蒸汽外泄或空氣內(nèi)漏，從而影響機(jī)組的效率和真空；(3）當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時(shí)，同樣影響發(fā)電機(jī)的效率。（4)但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動(dòng)靜碰磨，進(jìn)一步會(huì)使機(jī)組的振動(dòng)變化，以至于機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)。因此，現(xiàn)場(chǎng)按制造廠要求合理調(diào)整它們之間的間隙是非常重要的。

9 活動(dòng)部件

在安裝期間應(yīng)特別注意，保證沒有其它活動(dòng)部件留存在汽缸內(nèi)部，如果有活動(dòng)部件進(jìn)入汽輪機(jī)，運(yùn)行時(shí)活動(dòng)部件可在氣流的沖擊下撞傷甚至損壞汽輪機(jī)葉片，引起機(jī)組振動(dòng)。如果活動(dòng)部件留存在發(fā)電機(jī)內(nèi)，則可能引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路，造成嚴(yán)重事故。

10 浮動(dòng)油擋安裝影響

為了增加密封效果，很多機(jī)組加裝了浮動(dòng)油擋。如果浮動(dòng)油擋設(shè)計(jì)、制造、安裝不當(dāng)，都可能引起振動(dòng)。如浮動(dòng)油擋徑向安裝間隙過小造成與轉(zhuǎn)軸之間發(fā)生了干摩擦，浮動(dòng)油擋與轉(zhuǎn)子凸肩之間的軸向間距預(yù)留的不夠，導(dǎo)致機(jī)組受熱膨脹后浮動(dòng)油擋與轉(zhuǎn)子凸肩發(fā)生軸向碰磨，以及浮動(dòng)油擋軸向定位部件安裝不當(dāng)造成軸向偏斜等等。

因此，在安裝時(shí)，應(yīng)將徑向間隙適當(dāng)放大，保持合理的徑向和軸向間隙；考慮機(jī)組受熱膨脹，轉(zhuǎn)子的不同位置膨脹量不同，應(yīng)在安裝前檢查油擋安裝位置，如浮動(dòng)油擋與轉(zhuǎn)子凸肩之間的軸向間距預(yù)留的不夠，應(yīng)及時(shí)采取處理措施；浮動(dòng)油擋安裝應(yīng)固定牢固，必要時(shí)可考慮增加固定方式，避免因軸向定位部件安裝不當(dāng)造成軸向偏斜等。另外，對(duì)浮動(dòng)油擋可采用了外接潤(rùn)滑油的方法，消除浮動(dòng)環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的干摩擦等，減小浮動(dòng)油擋碰磨對(duì)軸系振動(dòng)的影響。

11 機(jī)組真空影響

機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個(gè)因素的變化必然引起另一個(gè)因素的改變。對(duì)于軸承座落在排汽缸上的機(jī)組來(lái)說(shuō)，真空變化時(shí)大氣壓力對(duì)排汽缸的功能力就要變化，使和排汽缸連成一體的后軸承座發(fā)生上下位移；真空變化時(shí)，排汽溫度變化，使排汽缸熱膨脹值變化，也會(huì)引起后軸承座上下位移，這些都能影響機(jī)組中心在垂直方向的變化，若處理不當(dāng)時(shí)就可能引起振動(dòng)。因此，應(yīng)重視涉及真空方面的安裝工作，做好系統(tǒng)真空查漏工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，有效保證安裝質(zhì)量。同時(shí)安裝過程中應(yīng)根據(jù)制造廠家的建議及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)提前考慮機(jī)組抽真空及運(yùn)行情況下的影響因素，在軸承座安裝過程中，提前考慮軸承標(biāo)高的預(yù)留量，對(duì)軸承的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。

12 發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)中心不對(duì)稱發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)中心不對(duì)稱有兩種：

12.1 軸向磁場(chǎng)中心不對(duì)稱

12.2 圓周方向磁場(chǎng)中心不對(duì)稱引起空氣間隙不對(duì)稱，前者易發(fā)生周期性的軸向振動(dòng)，后者會(huì)引起靜子的振動(dòng)

考慮到減少振動(dòng)問題，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的安裝調(diào)整工作。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方面原則上發(fā)電機(jī)的空氣間隙和磁力中心無(wú)特殊原因應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，但由于結(jié)構(gòu)原因無(wú)法進(jìn)行空氣間隙現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，如端蓋軸承式發(fā)電機(jī)的空氣間隙安裝過程中對(duì)出廠裝配位置未變動(dòng)者可不再測(cè)量；由于結(jié)構(gòu)原因無(wú)法按常規(guī)方法進(jìn)行磁力中心直接測(cè)量時(shí)，在穿轉(zhuǎn)子前可采用分別做好定子、轉(zhuǎn)子軸向相對(duì)位置的外引值的方法，來(lái)確定磁力中心。對(duì)于軸向磁場(chǎng)中心和空氣間隙問題，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際在制造廠家的指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)整，以確保設(shè)備的軸向磁場(chǎng)中心和空氣間隙符合要求。另外，在安裝過程中定期對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子進(jìn)行絕緣測(cè)試等相關(guān)工作，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)安裝在安裝行業(yè)中技術(shù)含量高，要求具有懂得汽輪機(jī)工作原理和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工人進(jìn)行施工。在整個(gè)安裝過程中，質(zhì)量檢驗(yàn)必須及時(shí)到位，而且要與施工工序環(huán)環(huán)相扣，這也是提高機(jī)組安裝質(zhì)量的有效措施。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[2]華東電業(yè)管理局.汽輪機(jī)運(yùn)行技術(shù)問答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998