9FA燃機(jī)汽缸錯(cuò)位分析

董光明 張國平 潘小豐

摘 要：針對某9FA燃機(jī)A修后#4軸承振動異常問題，從振動特性展開分析，深入研究#4軸承所在的高、中壓缸A修過程的檢修工藝，最終確定原因?yàn)闄z修工藝上合缸的順序不合理，通過調(diào)整下缸高度，成功解決了此重大缺陷。并為類似機(jī)組的振動異常分析和檢修工藝提供參考。

關(guān)鍵詞：9FA燃機(jī)；高、中壓缸；振動；A修；檢修工藝

中圖分類號：TK411+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0114-04

Abstract： In view of the abnormal vibration of #4 bearing after A repair of a 9FA gas turbine， this paper analyzes the vibration characteristics of #4 bearing and studies the repair process of high and medium pressure cylinder A repair of #4 bearing. The final reason is that the sequence of overhauling process is unreasonable. By adjusting the height of the lower cylinder， the major defect was successfully resolved. It also provides a reference for the abnormal vibration analysis and maintenance technology of similar units.

Keywords： 9FA gas turbine； high and medium pressure cylinder； vibration； A repair； repair technology

引言

某電廠燃汽輪發(fā)電機(jī)組選用美國GE公司與哈爾濱電氣集團(tuán)聯(lián)合生產(chǎn)的PG9315FA型燃汽輪機(jī)、D10型三壓再熱系統(tǒng)的雙缸雙流式汽輪機(jī)、390H型氫冷發(fā)電機(jī)。本文針對某9FA燃機(jī)A修后#4軸承振動異常問題，從振動特性展開分析，深入研究#4軸承所在的高、中壓缸A修過程的檢修工藝，通過現(xiàn)場調(diào)查、數(shù)據(jù)分析、文獻(xiàn)研究等方法，梳理可能造成機(jī)組振動異常的原因，最終確定原因?yàn)闄z修工藝上合缸的順序不合理，通過調(diào)整下缸高度，成功解決了此重大缺陷。

1 燃?xì)廨啓C(jī)簡介

某電廠單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組燃汽輪機(jī)、蒸氣輪機(jī)和發(fā)電機(jī)剛性的串聯(lián)在一根長軸上（圖1），燃汽輪機(jī)進(jìn)氣端輸出功率，軸配置為GT-ST-GEN（燃機(jī)-汽機(jī)-發(fā)電機(jī)）轉(zhuǎn)速3000r/min。燃汽機(jī)組主軸分為四段：燃機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，均為整鍛實(shí)心轉(zhuǎn)子，每段轉(zhuǎn)子均由兩個(gè)徑向軸瓦支撐。

2 修后歷次啟動過程

2.1 第一次啟動

機(jī)組啟、停階段3000rpm臨界時(shí)振動（表1），其中#3相位發(fā)生較大變化、#4瓦振動大，該兩瓦屬于高中壓轉(zhuǎn)子兩端的軸承，兩瓦的振動在停機(jī)時(shí)明顯大于啟機(jī)，頻譜為一倍頻，屬于普通強(qiáng)迫振動中的動靜碰磨。

2.2 第四次啟動

機(jī)組啟、停階段3000rpm臨界時(shí)振動（表2），其中#3相位發(fā)生較大變化、#4瓦振動大，該兩瓦屬于高中壓轉(zhuǎn)子兩端的軸承，兩瓦的振動在停機(jī)降速時(shí)明顯大于啟機(jī)升速，頻譜為一倍頻，屬于普通強(qiáng)迫振動中的動靜碰磨，產(chǎn)生一定量彈性熱變形。

3 振動原因及處理措施建議

3.1 振動原因分析

綜上幾次啟動，剛定速時(shí)各瓦振動良好，則轉(zhuǎn)子原始平衡狀態(tài)良好。該機(jī)組振動問題表現(xiàn)在空轉(zhuǎn)下振動爬升，空轉(zhuǎn)下振動屬于不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動，造成空轉(zhuǎn)振動爬升是由不穩(wěn)定激振力造成的，根據(jù)歷次啟動振動特點(diǎn)，判斷不穩(wěn)定激振力是由機(jī)組動靜碰磨造成的。

動靜碰磨按摩擦方向分兩種，一種為軸向碰磨，另一種為徑向碰磨。定速運(yùn)行，#3、#4振動波動較大，振幅增大過程中相位連續(xù)增大，由于轉(zhuǎn)子撓性，振動高點(diǎn)滯后于不平衡處，振動高點(diǎn)處碰磨產(chǎn)生的附加彎曲與原始不平衡疊加，振動高點(diǎn)逆轉(zhuǎn)向移動，故造成振幅增大同時(shí)，相位也逆轉(zhuǎn)向，即相位增大。停機(jī)降速過程中#3、#4振幅皆較升速過程大得多，低速盤車后晃度恢復(fù)，轉(zhuǎn)子振動大是因?yàn)檗D(zhuǎn)子臨時(shí)熱彎曲造成的，造成熱彎曲的原因?yàn)閺较蚺瞿ァ?/p>

3.2 碰磨產(chǎn)生的原因分析

3.2.1 管道布置示意圖

高、中壓缸高壓主蒸汽一路（圖2），再熱蒸汽兩路（圖3）。注：X向指向固定端；Y向?yàn)槠麢C(jī)指向鍋爐端；Z向?yàn)樨Q直向上。閥門處均安裝的為恒力吊架。

3.2.2 狀態(tài)描述

汽缸變形狀態(tài)情況描述：#2機(jī)高中壓缸于大修開缸，開缸后進(jìn)行通流間隙的測量記錄。（當(dāng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)是高中壓缸連接的管道及閥門都未進(jìn)行工作）檢修過程中按汽缸檢修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各部位的間隙的調(diào)整，達(dá)到制造廠家設(shè)計(jì)時(shí)的值。（當(dāng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)是高中壓缸連接的管道未改變，但一個(gè)高壓主汽門和兩個(gè)中壓主汽門的閥門大蓋和閥芯及閥門控制的上下油動機(jī)都因檢修需要移除）最后到蓋缸時(shí)發(fā)現(xiàn)通流間隙的徑向間隙發(fā)生變化。

檢查原因分析發(fā)現(xiàn)蓋缸的過程工序是第一天通流間隙測量好后，數(shù)據(jù)合格封缸。第二天合上缸，在合上缸前進(jìn)行最后的間隙檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)通流間隙的徑向間隙發(fā)生變化，期間只有安裝一個(gè)高壓主汽門和兩個(gè)中壓主汽門的閥芯和閥門大蓋，造成了高中壓汽缸在高中壓汽缸中部進(jìn)氣管道聚集部位的嚴(yán)重變形（表3），詳見不同階段高壓部分級阻汽片右（南）間隙對比。

高壓主汽管道上一組高主閥，高溫再熱蒸汽管道上兩組中聯(lián)閥，3組閥門重量各約3t左右，拆裝閥門時(shí)對管道位移影響較大，列舉部分吊架狀態(tài)（圖4）。

管道發(fā)生較大位移將對汽缸接口處產(chǎn)生附加的端口推力/推力矩，通過上述汽缸變形情況描述可知，附加端口推力/推力矩可能會對汽缸變形產(chǎn)生一定的影響，因缺少詳細(xì)計(jì)算數(shù)據(jù)，在此無法對準(zhǔn)確推力/推力矩進(jìn)行計(jì)算，以下僅定性進(jìn)行推測描述，不做定量分析。

4 工況設(shè)定

在停機(jī)檢修期間假定如下五個(gè)工況（圖5）。狀態(tài)1與狀態(tài)2條件為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)狀態(tài)，管道/閥門重量與支吊架承載相匹配，管道對汽缸的端口推力/推力矩很小。

狀態(tài)3條件下，閥門已拆卸，管道/閥門重量減小，支吊架承載不變（恒力吊架載荷不隨位移變化），相當(dāng)于管道給汽缸一個(gè)X向的作用力（端口推力），推動下半側(cè)缸體X向變形，此時(shí)隔板和軸封體中心線跟隨缸體一起X向偏移。

狀態(tài)4準(zhǔn)備扣缸，為匹配主軸間隙，-X向移動隔板和軸封體，保證此時(shí)隔板和軸封體中心線和主軸中心線一致。

狀態(tài)5時(shí)，閥門重新安裝（管道/閥門系統(tǒng)重量增加），在汽缸接口產(chǎn)生一個(gè)-X向的作用力（端口推力），將拉動下半側(cè)缸體-X向變形（缸體回到正常狀態(tài)），此時(shí)隔板和軸封體中心線跟隨缸體一起-X向偏移，造成隔板和軸封體中心線-X向偏離主軸中心線。

5 結(jié)束語

上述情況產(chǎn)生的原因主要是由于拆裝主汽門/中聯(lián)門引起管道位移較大造成的，在該設(shè)計(jì)中主汽門/中聯(lián)門處均布置的是恒力吊架，未固定其豎直向位移。對于端口推力/推力矩，在設(shè)計(jì)中一般僅考慮正常工況下（停機(jī)冷態(tài)、運(yùn)行熱態(tài)）的端口推力計(jì)算，并確保端口推力/推力矩在合格范圍內(nèi)，并未考慮檢修中閥門拆卸狀態(tài)下的端口推力/推力矩分析。對于固定式主汽門/中聯(lián)門，檢修拆卸閥門對于管道位移沒有影響，也不會導(dǎo)致端口推力/推力矩改變，而對于本廠的自由式主汽門/中聯(lián)門，則會對導(dǎo)致端口推力/推力矩變化，進(jìn)而推動汽缸變形。

上述問題主要是高、中壓隔板阻汽片和汽軸封（北上1、2點(diǎn)鐘方向）擦碰，考慮到阻汽片隨著磨損厚度會增加1-2mm，造成碰磨到合適位置困難，機(jī)組啟動時(shí)振動無法消除。最后通過間隙分析，調(diào)整汽缸整體高度，讓汽缸抬高0.10mm。隨后開機(jī)試驗(yàn)，#3、#4振動下降，其余軸承振動上升，通過臨界至機(jī)組升速至3000rpm，振動逐漸回落至設(shè)計(jì)值平穩(wěn)運(yùn)行（表4）。

通過這次抬缸調(diào)整，消除了高、中壓隔板阻汽片和汽軸封擦碰造成的振動，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行，避免機(jī)組再次開缸檢修。

參考文獻(xiàn)：

[1]王延博.汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子及結(jié)構(gòu)振動[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]潘小豐，楊金星.9FA燃機(jī)停機(jī)后缸溫異常分析[J].浙江電力，2017.