空壓機(jī)組汽輪機(jī)軸位移高故障原因分析與處理

宋 威

（新疆維美化工有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000）

空壓機(jī)組汽輪機(jī)軸位移高故障原因分析與處理

宋 威

（新疆維美化工有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000）

針對(duì)汽輪機(jī)軸位移開車后持續(xù)增高問題，通過對(duì)機(jī)組檢查測量與分析判斷，發(fā)現(xiàn)推力軸承座偏斜導(dǎo)致推力軸承的偏磨是軸位移持續(xù)增長的主要原因，并采取了針對(duì)性措施進(jìn)行檢修調(diào)整，解決了軸位移持續(xù)增高的問題。

汽輪機(jī)；軸向力；推力軸承；軸位移

維美化工一期空分裝置是美克化工園上游裝置，為下游裝置提供氧氣和氮?dú)?，一期空壓機(jī)組汽輪機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份公司產(chǎn)NK30/32/30-3DA型單缸正常進(jìn)汽參數(shù)凝汽式汽輪機(jī)，其額定參數(shù)是：額定輸出功率5324kW，進(jìn)汽壓力3.9MPa（a），溫度420℃，進(jìn)汽量6.71kg·s-1，排汽壓力0.009MPa（a），額定轉(zhuǎn)速7510r·min-1。一期空分裝置自2008年開車運(yùn)行以來，軸位移運(yùn)行半年就從開車時(shí)的0.26mm漲至0.50mm左右，曾經(jīng)最高一次漲至0.72mm（報(bào)警值：±0.5mm，聯(lián)鎖值：±0.8mm）。軸位移增長到最大值后會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子的葉輪造成損傷，對(duì)轉(zhuǎn)子、內(nèi)缸噴嘴和梳齒汽封造成破壞，增加備件損耗，嚴(yán)重影響空壓機(jī)組的安穩(wěn)長運(yùn)行，造成整個(gè)美克化工園每年必須停車檢修，此問題困擾維美化工長達(dá)8年之久。

1 軸位移高故障原因分析

1.2 軸位移高故障原因分析

空壓機(jī)組正常生產(chǎn)運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子推力盤作用在推力軸承瓦塊上，依靠潤滑油油膜進(jìn)行潤滑、降溫。導(dǎo)致軸向推力增大的因素一般有：1）機(jī)組負(fù)荷增大導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)汽量增大，各級(jí)動(dòng)葉片前后壓差隨之增大，各級(jí)動(dòng)葉片軸向推力也隨之增大，使得轉(zhuǎn)子總軸向推力增大；2）機(jī)組運(yùn)行過程中，汽封磨損導(dǎo)致漏汽量增大，使得各級(jí)動(dòng)葉片壓差增大，導(dǎo)致總軸向推力增大；3）蒸汽品質(zhì)差導(dǎo)致通流部分結(jié)垢，使得各級(jí)動(dòng)葉片前后壓差增大，進(jìn)而導(dǎo)致總軸向推力增大；4）機(jī)組發(fā)生水沖擊事故時(shí)，會(huì)造成水堵塞汽流通道，各級(jí)動(dòng)葉片前后壓差增大，導(dǎo)致總軸向推力急劇增大。無論是哪一種原因?qū)е螺S向推力增大到破壞推力瓦塊表面形成的穩(wěn)定油膜，都會(huì)導(dǎo)致軸位移增長，造成推力瓦塊損壞甚至汽輪機(jī)動(dòng)靜部分相互碰撞摩擦等嚴(yán)重設(shè)備事故。

1.1 軸位移形成原因

軸流式汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，蒸汽沿軸向從高壓端膨脹做功流向低壓端，各級(jí)動(dòng)葉片上都有偏差，加之轉(zhuǎn)子不是等根徑而是沿氣流方向逐段增大，這就使得蒸汽在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生與蒸汽汽流方向相同的推力，這個(gè)力就是轉(zhuǎn)子的軸向推力。為了維持不同運(yùn)行工況下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位置的穩(wěn)定性，防止發(fā)生軸向竄動(dòng)，在采取平衡活塞汽封、葉輪上開平衡孔等措施以減小大部分軸向推力后，由推力軸承承擔(dān)剩余的軸向推力，轉(zhuǎn)子的推力盤壓在推力軸承瓦塊上，同時(shí)可以起到對(duì)轉(zhuǎn)子的軸向定位作用。

2 軸位移高故障處理措施

對(duì)該汽輪機(jī)深入徹底地檢查測量，對(duì)所存在的問題進(jìn)行分析，得出結(jié)論：推力軸承座偏斜導(dǎo)致推力軸承偏磨，是軸位移持續(xù)增長的主要原因。根據(jù)以上結(jié)論進(jìn)行分析判斷，并采取針對(duì)性措施逐一修復(fù)調(diào)整。

2.1 調(diào)整找正前軸承座

前軸承座包括推力軸承座、推力軸承、徑向軸承、油封以及連接件。前軸承座擱置在調(diào)整平板上，在前軸承座底面和前半支架安裝面之間左右兩側(cè)各有5組調(diào)整平板。檢修中發(fā)現(xiàn)，前軸承座本體偏斜，瓦窩間隙左右相差2mm，使用框式水平儀，利用調(diào)整螺栓使前軸承座與汽缸中心（高度方向）對(duì)中后配準(zhǔn)調(diào)整平板厚度，通過調(diào)整前半支架邊緣凸塊上的頂開螺栓，使前軸承座的軸向位置（左右瓦窩間隙）左中右數(shù)據(jù)偏差控制在0.01mm以內(nèi)，將前軸承座橫向軸心與轉(zhuǎn)子軸心重合，偏差不大于0.01mm。在前軸承座軸向位置和橫向軸心調(diào)整到位后，將調(diào)整螺栓擰松直至取出，用手鎖緊頂開螺栓頂住軸承座，然后鎖緊地腳螺栓及前半支架與前軸承座之間的連接螺栓，保證前軸承座不偏不斜，保持軸向位置和橫向軸心。

表1 瓦窩間隙調(diào)整數(shù)據(jù)記錄表

2.2 修整推力軸承座調(diào)整墊片

推力軸承座與前軸承座下部之間有調(diào)整墊片，通過調(diào)節(jié)調(diào)整墊片的厚度保證推力軸承座在高度方向的中心對(duì)中，推力軸承座側(cè)向中心對(duì)準(zhǔn)左右兩側(cè)的導(dǎo)向板來達(dá)到要求。同時(shí)推力軸承座通過兩根導(dǎo)向桿與汽缸相連，在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，保證推力軸承座隨著汽缸軸向熱膨脹同向滑動(dòng)時(shí)前軸承座中心不走動(dòng)。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)兩片調(diào)整墊片都有明顯的變形和毛刺，對(duì)調(diào)整墊片校正、打磨毛刺，保證推力軸承座在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)沿軸向滑動(dòng)時(shí)順暢無卡澀，避免因卡澀導(dǎo)致推力軸承座偏斜，確保不會(huì)因推力軸承座滑動(dòng)不暢導(dǎo)致推力瓦塊偏磨。

2.3 更換、研磨主推瓦塊，調(diào)整推力間隙

推力軸承1#、2#上主推瓦塊磨損0.15mm，其余6塊主推瓦沒有磨損，每塊瓦塊烏金面都有明顯擦痕，沒有裂紋、局部脫落和脫胎，主推瓦塊存在明顯偏磨現(xiàn)象。上次檢修發(fā)現(xiàn)主輔推瓦塊與推力盤接觸面積偏小，且呈片狀分布，由于上次檢修至本次檢修周期內(nèi)裝置負(fù)荷較低，主推瓦塊并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重磨損情況。

原主推瓦塊全部換新，將新主輔推瓦塊進(jìn)行研磨，保證推力瓦塊和推力盤的接觸面達(dá)到75%以上，并且推力瓦塊表面形成均勻分布的龜背紋，確保推力盤和推力瓦塊之間在運(yùn)行中形成穩(wěn)定、厚度適宜的潤滑油油膜。檢修前推力間隙為0.28mm，檢修調(diào)整為0.35mm，在標(biāo)準(zhǔn)值0.30～0.38mm之內(nèi)，確保汽輪機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

2.4 清除轉(zhuǎn)子結(jié)垢

將汽輪機(jī)解體后，發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜葉片、噴嘴等通流部分大面積積鹽結(jié)垢，判斷結(jié)垢是由于蒸汽品質(zhì)差引起。結(jié)垢導(dǎo)致汽輪機(jī)效率、功率降低和軸向推力增大，從而使推力軸承超負(fù)荷運(yùn)行，引起推力軸承磨損和軸位移增長。經(jīng)取樣化驗(yàn)，成分主要為Na鹽和少量硅酸，用濕蒸汽和高壓清洗機(jī)加微量檸檬酸，分別對(duì)轉(zhuǎn)子和汽缸通流部分進(jìn)行清洗，清除結(jié)垢，保障汽輪機(jī)運(yùn)行效率和功率。

2.5 修復(fù)調(diào)整高、中、低壓級(jí)噴嘴梳齒汽封

拆除時(shí)發(fā)現(xiàn)高、中、低壓級(jí)噴嘴梳齒汽封由于被長時(shí)間沖刷，明顯磨損損壞，已經(jīng)無法起到級(jí)間密封作用。汽封損壞導(dǎo)致漏氣量增大，使得各級(jí)動(dòng)葉片級(jí)間壓差減小，汽輪機(jī)做功減?。ㄏ嗤瑮l件下），因?yàn)橐ＷC功率輸出，控制系統(tǒng)將會(huì)持續(xù)開大調(diào)節(jié)汽閥，等于增加汽輪機(jī)入口的壓力。在背壓一定的情況下，汽輪機(jī)入口壓力增加，轉(zhuǎn)子軸向推力自然也會(huì)增大，導(dǎo)致軸位移增長。利用工具對(duì)中壓缸導(dǎo)葉持環(huán)所有汽封進(jìn)行更換與間隙調(diào)整，達(dá)到廠家要求數(shù)值（2.0～3.5mm）。

2.6 重新調(diào)整前貓爪的間隙

檢修前汽缸貓爪螺栓間隙測量值為左0.01mm，右0.03mm，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值0.10～0.14mm。汽輪機(jī)正常運(yùn)行膨脹會(huì)導(dǎo)致汽缸前軸承座中心升高，造成汽封下部間隙減小，甚至產(chǎn)生碰擦。檢修后前汽缸貓爪螺栓間隙調(diào)整為0.11～0.12mm。

3 處理效果

自2016年5月至今，空壓機(jī)組開車維持滿負(fù)荷近1年，汽輪機(jī)軸位移始終保持在0.26～0.27mm之間，軸位移偏高問題得到徹底解決，完全能夠滿足下游生產(chǎn)負(fù)荷要求，為整個(gè)美克化工園安穩(wěn)長運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)兩年一修目標(biāo)提供有力保障。

[1] 黃樹紅.汽輪機(jī)原理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 江玉林.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行及事故處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3] 甘肅省電力工業(yè)局，等.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1995.

[4] 山西省電力工業(yè)局.汽輪機(jī)設(shè)備檢修：中級(jí)工[M].北京：中國電力出版社，1997.

Cause Analysis and Treatment of High Displacement of Turbine Shaft of Air Compressor

SONG Wei
(Xinjiang Weimei Chemical Co. Ltd., Korla 841000, China)

TH 453

B

1671-9905(2017)08-0063-02

宋威(1987-)，男，新疆庫爾勒市人，學(xué)士，助理工程師，從事化工設(shè)備管理工作。電話：13319077297，E-mail:183076436@qq.com

2017-05-08