135MW汽輪發(fā)電機(jī)組4號瓦軸振動超標(biāo)原因分析

張維

摘要：為了確?；鹆Πl(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全，各企業(yè)對汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等重要設(shè)備的振動情況都進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測，并對軸振、瓦振等數(shù)值范圍進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，當(dāng)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍后機(jī)組將自動停運(yùn)。我司3號機(jī)組在開機(jī)過程中因4號瓦軸振數(shù)值超標(biāo)觸發(fā)保護(hù)動作，造成跳機(jī)事件。分析發(fā)現(xiàn)，其主要由發(fā)電機(jī)回水座接觸式密封滑塊過盈量過大和退讓孔加工精度不足引起，通過調(diào)整滑塊安裝間隙、優(yōu)化退讓孔加工工藝，成功消除振動超標(biāo)缺陷。

關(guān)鍵詞：振動；密封滑塊；過盈量；退讓孔

1.設(shè)備概況

我司3號機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的N135 13.14/535/535型超高壓、中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，并與QF8 135 2型雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)配套，于2001年投產(chǎn)運(yùn)營。汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子由1、2、3號橢圓瓦進(jìn)行三點支承。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由4、5號橢圓瓦支承，其轉(zhuǎn)子線圈均采用內(nèi)部通水冷卻，并有獨(dú)立的內(nèi)部水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由進(jìn)水座、回水座、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、管道等組成。該回水座十分靠近4號軸瓦，兩者距離約0.5m。2002年，3號機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座行了升級改造，將回水座水擋密封形式由齒型密封改為哈爾濱某公司的滑塊密封。該新型回水座主要由回水座殼體、低壓缸側(cè)水擋、發(fā)電機(jī)側(cè)水擋、密封滑塊等組成，其密封滑塊與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用接觸式密封方法，利用0～0.20mm的過盈緊力，成功消除回水座水擋漏水問題。新型滑塊密封水擋結(jié)構(gòu)如圖一所示。

2017年11月，3號機(jī)組按計劃開展A級檢修工作。根據(jù)相關(guān)要求，由原回水座改造公司采用包公包料形式，安排專業(yè)人員對3號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座進(jìn)行解體清理并更換新密封滑塊。2018年1月13日，3機(jī)組啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)至900r/min時，4號瓦軸振躍升至213urn，經(jīng)過運(yùn)行人員調(diào)整措施及長時間暖機(jī)后軸振數(shù)值降低到113um，機(jī)組繼續(xù)沖轉(zhuǎn)至3000r/min后定速，但4號瓦軸振數(shù)值逐漸增大至253um，軸振保護(hù)動作跳機(jī)，惰走過程中軸振最大達(dá)430um（見圖二）。

2.4號瓦軸振動超標(biāo)原因分析

2.1軸振超標(biāo)的主要潛在因素

汽輪發(fā)電機(jī)組引發(fā)軸振超標(biāo)的因素很多，但主要包括：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計因素影響，2）運(yùn)行調(diào)整因素影響，3）檢修安裝因素影響三個方面。

2.2潛在因素排查

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計因素影響

2017年11月A級檢修前，3號汽輪發(fā)電機(jī)組連續(xù)正常運(yùn)行16年，各項參數(shù)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，未發(fā)生過4號瓦軸振超標(biāo)現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)相同的4號機(jī)組也為發(fā)生過類似問題，因此排除因結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理引發(fā)4號瓦軸振超標(biāo)可能。

（2）運(yùn)行調(diào)整影響

3號機(jī)組啟動過程中，蒸汽溫度、壓力、真空度、汽缸溫差、缸脹、脹差、軸封蒸汽溫度等參數(shù)均無異常，疏水、暖機(jī)、沖轉(zhuǎn)等操作正確，可以排除運(yùn)行調(diào)整因素對4號瓦軸振超標(biāo)的影響。

（3）檢修安裝影響

檢修安裝影響主要分為轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡影響、聯(lián)軸器同心度影響、軸承自身特性影響、軸系中心影響、滑銷系統(tǒng)影響、動靜間隙影響，加工工藝影響等。

在剛完成的3號機(jī)組A級檢修中，檢修人員對汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及各附件都進(jìn)行了徹底的解體、檢查與修復(fù)工作。轉(zhuǎn)子上輪轂、葉片、拉筋、圍帶、平衡塊及其它零件未發(fā)現(xiàn)松脫、斷裂、磨損等異常情況，轉(zhuǎn)子彎曲、瓢偏等數(shù)值符合要求，可排查轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡影響；中低壓聯(lián)軸器同心度、低發(fā)聯(lián)軸器同心度修后數(shù)值均小于0.02mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且較修前0.03mm有所下降，可排除聯(lián)軸器同心度影響；軸瓦接觸、間隙、緊力、軸系中心、滑銷間隙等各項數(shù)據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可排除軸承自身特性、軸系中心、滑銷系統(tǒng)等相關(guān)因素影響。

3號機(jī)組啟動沖轉(zhuǎn)過程中，高中壓缸、低壓缸各部位均未發(fā)現(xiàn)碰磨現(xiàn)象，可排除汽輪機(jī)動靜間隙不當(dāng)影響。但在對發(fā)電機(jī)及各附件進(jìn)行現(xiàn)場檢查時，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座位置有明顯碰磨聲音。對比A級檢修前后汽輪發(fā)電機(jī)組各瓦振動數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，1～5號瓦的瓦振變化較小，1、5號瓦軸振數(shù)值同樣變化較小，2、3號瓦軸振數(shù)值小幅上升，4號瓦軸振數(shù)據(jù)大幅上升（見表一）。因此，初步懷疑是靠近4號瓦的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座水擋密封滑塊動靜間隙不合理，過盈量過大，造成4號瓦軸振超標(biāo)。

2.2準(zhǔn)確原因確認(rèn)：

為確定軸振超標(biāo)準(zhǔn)確原因，2018年1月14日，3號機(jī)組再次啟動，沖轉(zhuǎn)至900r/min時4號瓦軸振達(dá)182um。再次發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座低壓缸側(cè)有明顯碰磨聲，利用紅外測溫儀測量該處軸頸溫度達(dá)60。C左右，比發(fā)電機(jī)側(cè)溫度明顯偏高（發(fā)電機(jī)側(cè)軸頸溫度約30。C左右），且同類型的其他3臺機(jī)組該位置的軸頸溫度也在30。C左右，確認(rèn)3號機(jī)組回水座低壓缸側(cè)水擋密封滑塊與軸頸存在嚴(yán)重碰磨現(xiàn)象。

解體發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座，發(fā)現(xiàn)低壓缸側(cè)水擋密封滑塊存在磨損、高溫?zé)F(xiàn)象（見圖三）。測量密封滑塊在磨損0.9mm后仍有接近1mm過盈量（過盈量標(biāo)準(zhǔn)要求：0～0.20mm），過盈量超標(biāo)嚴(yán)重。因此，回水座水擋密封滑塊動靜間隙不合理，過盈量過大，與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生嚴(yán)重碰磨，是3號汽輪發(fā)電機(jī)組4號瓦軸振超標(biāo)的主要原因。

同時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座密封滑塊退讓孔一般是經(jīng)過現(xiàn)場定位后再利用電鉆、三棱刀等工具進(jìn)行手工制作。由于三棱刀手工鉸孔存在難度大、精度低等問題，此次低壓缸側(cè)水擋中部分密封滑塊退讓孔加工精度出現(xiàn)較大偏差（見圖四），滑塊存在卡澀現(xiàn)象。該部分密封滑塊卡澀后，無法靈活的根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置實時進(jìn)行伸縮、進(jìn)退，引發(fā)轉(zhuǎn)子受力不均，破壞平衡狀態(tài)，加劇發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動。因此，回水座密封滑塊退讓孔加工精度不足，也是3號機(jī)組4號瓦軸振超標(biāo)的主要原因。

3.處理方案

3.1密封滑塊安裝間隙調(diào)整

（1）發(fā)電機(jī)側(cè)密封滑塊安裝間隙

回水座發(fā)電機(jī)側(cè)水擋正對發(fā)電機(jī)，且距發(fā)電機(jī)端蓋不足200mm，如果出現(xiàn)發(fā)電機(jī)側(cè)水擋漏水現(xiàn)象，將直接飛濺至發(fā)電機(jī)殼體，大幅降低發(fā)電機(jī)絕緣數(shù)值，嚴(yán)重威脅機(jī)組運(yùn)行安全。因此，回水座發(fā)電機(jī)側(cè)水擋密封滑塊間隙取合格范圍中的較大值：0.15～0.20mm，即與發(fā)電機(jī)軸頸保持0.15～0.20mm的過盈緊力。

（2）低壓缸側(cè)密封滑塊安裝間隙

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回水座低壓缸側(cè)水擋背對發(fā)電機(jī)，且距離發(fā)電機(jī)相對較遠(yuǎn)，即使輕微漏水對發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全影響較小。因此，在咨詢回水座生產(chǎn)廠家專家意見后，將回水座低壓缸側(cè)水擋密封滑塊間隙調(diào)整為0.15～0.20mm，即與發(fā)電機(jī)軸頸不接觸，保持0.15～0.20mm的間隙。

3.2優(yōu)化退讓孔加工工藝

（1）發(fā)電機(jī)回水座水擋密封滑塊退讓孔現(xiàn)場定位后，應(yīng)選用4.0mm鉆頭鉆孔，再利用4.0mm銑刀進(jìn)行擴(kuò)孔，確保退讓孔加工精度，嚴(yán)禁使用鉆頭、三棱刀進(jìn)行擴(kuò)孔。

（2）水擋密封滑塊安裝后應(yīng)確保其伸縮、進(jìn)退動作靈活，各滑塊之間過度圓滑，滑塊圓心與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓心重合。

（3）回水座裝復(fù)完畢后，低壓缸側(cè)水擋密封滑塊與軸頸接觸面使用0.15mm塞尺應(yīng)能夠全周通過。同時，發(fā)電機(jī)側(cè)水擋滑塊與軸頸接觸面使用0.01mm塞尺應(yīng)不能塞入。

經(jīng)過上述處理，2018年1月17日，3號機(jī)組再次啟動，4號瓦軸振數(shù)值大幅下降至0.06mm以下，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等重要設(shè)備各項參數(shù)正常，機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電。

4結(jié)論

通過以上分析，3號機(jī)組4號瓦軸振超標(biāo)引發(fā)跳機(jī)事故的主要原因是發(fā)電機(jī)接觸式回水座密封滑塊過盈量過大和退讓孔加工精度不足。在確保機(jī)組安全的情況下，我司通過擴(kuò)大低壓缸側(cè)滑塊間隙、增加發(fā)電機(jī)側(cè)滑塊過盈緊力、采用銑刀擴(kuò)孔等方式調(diào)整密封滑塊間隙、優(yōu)化退讓孔加工工藝，成功達(dá)到消除4號瓦軸振超標(biāo)缺陷的目的。