李青（qīng）山1 楊春雪2
（1.天津大沽化工股份有限公司熱電分廠，天津 300455；2.天津大沽投資發展有限公司設計所，天津（jīn） 300000）
摘 要：天津大沽化熱電分廠（chǎng）3#汽輪機是由南京汽輪機廠生（shēng）產的背（bèi）壓式汽輪機，額定（dìng）負荷12MW，機組每次例行小修總（zǒng）是發現1#軸（zhóu）承烏金（jīn）碎裂，但機組在運行中帶負荷時軸振比較穩定（dìng），軸瓦（wǎ）振動與軸瓦溫度均正常。分廠與製造廠家曾提過很多次解決方案，但效果總是不明（míng）顯，以至機組長時間帶病運行。本（běn）次對機組（zǔ）的大修改造中發現了導致機組頻繁碎瓦的原（yuán）因所在，機組存在的安全隱患得以徹底消除。
關鍵詞：背壓機（jī）組；轉子；後汽封套筒（tǒng）；軸瓦
1 3#汽輪機（jī）組簡介
3#汽輪（lún）機組是南京汽輪機廠（chǎng）生產的12MW單缸（gāng）次高壓衝動（dòng）背壓式（shì）機組（zǔ），額定進（jìn）汽（qì）量145t/h，額定進汽壓力（lì）5.0Mpa（表），排汽壓力0.98Mpa（表）。轉子的（de）結構為一個（gè）雙列（liè）複速級，三個壓力級，葉輪與轉軸的連接（jiē）方式為套裝，支撐方式（shì）為橢圓瓦支撐。機組自投產後一直存（cún）在（zài）軸瓦振（zhèn）動大以及帶不滿負荷（Z高10500kw）、汽耗（hào）高（gāo）、調速係統擺動大、軸瓦振動大的缺陷（xiàn）。1997年轉子因振動問題複速級葉輪葉片及壓力級葉輪斷葉（yè）片返廠大修。2003年為了解（jiě）決軸瓦振動大問題，轉子返廠（chǎng）檢修廠家檢查發現（xiàn）轉子彎曲，懷疑是後汽封兩個套筒過長引起的，將後汽封的兩個長套筒中間切開變成四個短套筒，以消除套筒與轉子之間因同軸度導致轉子彎曲問題，但由於轉軸上沒有與四個套筒相（xiàng）對應的軸肩（jiān），套筒隻能采用采用螺釘徑向定位，此係為（wéi）次改造。改造後（hòu），軸瓦振動得到（dào）了（le）改善。但卻產生了新的問題，1#瓦（wǎ）碎瓦。為（wéi）了找到瓦振合格但軸瓦頻（pín）繁碎（suì）裂的原（yuán）因，當時請了天津電科院（yuàn）的技術人員對轉子振動進行監測，監測後發現轉子在運行（háng）存在振動跳動現象，尤其是在加（jiā）減負荷時尤其明顯。電科院技術人（rén）員對碎瓦給出的結（jié）論（lùn）是蒸汽轉（zhuǎn）子通流中有擾動，擾動力導致轉子出現不規律的振動突變從（cóng）而產生激振力，激振力作用（yòng）在軸瓦鎢金上（shàng），使得軸瓦鎢金疲勞碎裂。為了解決碎瓦問題，製造廠家也（yě）多次提出過很多方案，但效果（guǒ）一直不明顯。2005年為了（le）解決上述問題（tí），由哈爾濱汽輪機廠對其進行了第（dì）二次改造，更換了轉子葉輪及葉片、隔（gé）板及葉片，前汽封套筒，因預算問題保留了老轉軸以及後汽封套筒的結（jié）構形（xíng）式。改造後帶不滿負荷問（wèn）題（tí）得以消除，汽耗也有了明顯的（de）改善，但軸振大碎瓦問題依然存在，到2012年3月為止3#機一直處於帶病運行狀態（tài）。2012年12月21日，3#機1#瓦溫在油（yóu）溫保持不變的情況下（xià）波動，從54℃～59℃，濾油時發現油紙發黑，根據分廠安排停機（jī）檢修。檢修時發現1#瓦下瓦烏（wū）金碎，上瓦烏金碎，更換1#瓦上下瓦。2013年1月11日在小修換瓦後再次啟動，在轉（zhuǎn）速達到1033rpm時，1#瓦軸（zhóu）振X向達到200um，無法中速暖機，分廠（chǎng）決定停機討論方案。在討論中初（chū）步認定3#機的轉子可能存在永（yǒng）久性的彎曲或者套（tào）裝部件出（chū）現熱鬆動導致動靜摩擦，已經不具備開機（jī）運行條件，遂上報申請大修改造。
2 問題的發現
第三次改造得到公司的（de）批準後，轉子返廠檢修。製造（zào）廠將（jiāng）轉（zhuǎn）子在專用的機床上對（duì）轉（zhuǎn）子的各級葉輪徑向與軸係跳動進（jìn）了測量。
從數據中可以（yǐ）看（kàn）出，葉輪（lún）的斷麵跳動超過允許值，說明轉子（zǐ）的彎曲度超標，但超標是葉輪安裝（zhuāng）偏差還是轉軸彎曲（qǔ）引（yǐn）起的，需要通過將葉輪拆裝後判斷。因此製造（zào）廠對轉子的各部（bù）件進行熱拆，並對各級葉輪的內孔及轉軸的彎曲度進仔細的測量。在對光軸的測量時發（fā）現轉軸存在重大缺陷，轉軸的彎曲度超標（biāo），彎曲度Z大在第三級葉輪的軸肩處（chù）Z大0.13mm，兩端0.07mm，Z大值（zhí）方向一致。製造廠出廠的標（biāo）準是不超過Z大（dà）彎曲度不（bú）超過0.06。從理論上我們知道（dào），轉子彎（wān）曲度大與轉子存在重量不平衡對轉子的（de）影（yǐng）響是一樣的，會導致轉子（zǐ）振動振幅增大。轉子組裝後給動平衡帶來很大的難度甚至無法平衡。平衡後的殘餘不（bú）平衡量導致長期的軸振將（jiāng）對軸瓦的碎裂有著直接的影（yǐng）響，這也是（shì）導致（zhì）3#機碎瓦的主要原因之一。這（zhè）也同時解釋了次改造時後軸封的兩個長套筒被（bèi）切割成四個短（duǎn）套筒後誘發（fā）了碎瓦，套筒的切（qiē）割（gē）釋放了轉子的彎（wān）曲。切割後的（de）套筒無法利用軸肩軸向定位，徑向螺釘的連接強度達（dá）不到運行中對熱應力的要求。運行中發生熱鬆動加劇了軸振的強度。
3 問題的處（chù）理
3.1老軸出現軸（zhóu）彎曲後，廠家可以通過直軸工藝對轉軸直軸，但要求較高的熱處理工藝，質量不（bú）好保證，費（fèi）用比較高昂。介於後（hòu）軸封（fēng）套（tào）筒沒有軸肩，若更換轉軸後（hòu）可以重新加工出軸肩，以解決後軸封套筒次改造後（hòu）可能誘發的（de）缺陷。因此公司決（jué）定（dìng）將主軸更換。並且（qiě）利用重新加工軸的機會，將1#瓦的軸頸從160mm增加（jiā）到170mm。這樣做的目的是為了提高轉軸的（de）抗彎剛度。3#機組與同類型機組相比有一個特點，壓力級設計少一級，一（yī）般為4級。但轉（zhuǎn）軸比其他機組的轉軸細，同（tóng）類型的機組（zǔ）1#瓦（wǎ）處的軸頸一般設計為（wéi）180mm。將160mm與170mm分別帶入上式，兩式相（xiàng）比我們可以計算出改造後轉軸的抗（kàng）彎強度是改造前的1.3倍。與之相匹（pǐ）配的將1#軸瓦內徑改為170mm。
3.2在主軸上後（hòu）軸封套筒（tǒng）部位加工軸肩，後汽封套筒用軸肩定位。確保（bǎo）汽（qì）封套（tào）筒與轉軸之間是過盈配合，而不是（shì）原轉（zhuǎn）軸汽封套筒與轉軸之間的間隙或過渡配合隻能（néng）采用螺釘徑向定位的方式，防止套筒的熱位移。轉子經過熱處（chù）理車床磨床加工等一係列（liè）機械加工後，測（cè）量轉軸的徑向跳動在不超過0.03mm，完全合格（gé）。將各汽封套筒以及葉輪熱裝到新轉軸上，套裝後對轉子的各級（jí）葉輪及端麵機（jī）輪（lún）緣跳動測量，各項數據均合格。與改造前相比（bǐ），改（gǎi）造後的主軸（zhóu）以及各級葉輪的跳動都由了明顯的改善（shàn）。改造的其他部（bù）分如軸承座的相應改造以及汽缸汽封體的調整就不再一一敘述。
4 改造後啟動各項數據
3#機於2013年（nián）6月6日啟動，啟動過臨界（jiè）時3#瓦處的臨界瓦振Z大0.71mm，1#瓦瓦溫從47.3℃上升至63.4℃並穩定。帶負荷後，機組的（de）軸振均（jun1）後了（le）明顯（xiǎn）的改善，除了在臨界振動處超過200μm外，其餘時間軸振（zhèn）都沒（méi）有超過80μm，穩定帶負荷後2#瓦軸振保持在60μm。2013年7月25日3#機大修改造後為了對軸瓦運行情況做一個檢驗，並對改造效果做一個（gè）評估，停3#機檢修。8月13日（rì）機（jī）組冷卻後打開前軸承箱檢查1#瓦（wǎ），1#瓦運行正常。至此持續多年的（de）影響機組（zǔ）安全的重大隱患得（dé）以成功消除，改造取得了圓滿的成功。
5 結束語（yǔ）
汽輪機轉子發生永久性彎曲事故，是火力（lì）發電廠的重大惡性事故之一。它不僅增加機組的非計劃停運時間，而且還要（yào）耗用相當多的（de）檢修費用，是火力發電廠不願意發生的事。造成大軸彎曲的因素是多方麵的，但（dàn）從永久性彎曲（qǔ）特征上歸納，主要有兩類：一類是轉子（zǐ）振動使汽封或軸封動靜間隙消失而產（chǎn）生摩擦。另一（yī）類是汽缸進（jìn）冷水，使轉子局部受到急（jí）劇冷卻。本文所涉（shè）及到顯然屬於類，長期的轉子振動使轉子疲勞彎曲。但轉子的永久性彎曲在超標不嚴重時有（yǒu）具有隱蔽性。如本文中3#機轉子在檢修中用揚度測（cè）量儀（yí）測量時並沒有發現彎曲度超標，大修時難以發現此類故障，因此導致缺陷多年沒有得到解決。也隻有在（zài）將所有的其他可能導（dǎo）致轉子振動增大（dà）的因素全部排除後，Z後一招就是拆掉轉子的套裝部件測量轉軸的彎曲度才會得到Z終的驗（yàn）證。但這會給檢修打來很大的工作量以及昂（áng）貴的檢修費用，因此（cǐ）在運行加強運行管理顯得尤為（wéi）重要（yào）。
來源（yuán）：《科技創新與應用》2014年第11期
