3号汽轮机振动超标原因分析和解决办法

2023-01-26

天津石化热电部3号汽轮机原为武汉汽轮机厂CB25—90/41/133型单缸冲动抽汽背压式汽轮机, 因节能需要于22001133年33月本体部分更换为杭州汽轮机厂BB1177-88..8833//44..22 (HHGGSS7711//4400) 型单缸反动式背压汽轮机。该机自22001133年33月底改造后试运以来, 振动及##22瓦温度一直超标, 虽公司多次组织专家诊断、检修处理、甚至发电机转子在线做动平衡, 效果仍然不佳, 目前该机仍带病运行。本文认真梳理3号汽轮机检修数据并结合振动状态监测结果, 分析出振动超标的原因并提出解决办法。

1 检修数据分析

两根转子通过刚性联轴器连接后, 由于#2、3瓦处轴颈相距较近, 考虑机械加工误差, #3瓦扬度值应在0.10-0.15mm/m, 而实测值为0.25 mm/m, 可推断出对轮端面出现了瓢偏。电机转子较长而且较重, 材质为优质碳钢, 汽轮机转子较短且轻, 材质为优质合金钢, 在相同外力作用下, 显然发电机转子先受损。对轮直径为610 mm, 发电机对轮端面到#3瓦轴颈中心距离为650 mm, 可估算出瓢偏值在10丝左右。

是什么力使发电机转子在联轴器处的轴头发生弯曲、对轮端面瓢偏值超标呢?

在检修中, 取出下瓦检查时, 为了赶工期或为了省事, 在不解开联轴器螺栓的情况下, 常在所修的轴瓦处将轴颈用天车吊起一定高度, 然后将瓦取出。以检修#4瓦为例, 在#4瓦附近将大轴通过钢丝绳用天车吊起时, 由于两个转子为一刚性轴, 则大轴将会以#1瓦为支点逐渐抬高, 由相似三角形性质可求出#4瓦轴颈分别抬高50、40、30丝时, #2、3瓦轴颈的抬高值。计算过程如下:

设#1-#4瓦轴颈抬起值分别为h1、h2、h3、h4, 则h1=0,

h2÷h3=2916÷ (2916+1425) =0.67,

h2÷h4=2916÷ (2916+1425+5760) =0.29,

当h4=50, 40, 30丝时, 可求出h3、h4, 见表1, 单位均为丝 (0.01mm) 。

#1、2、3瓦顶部间隙在0.35-0.60 mm, 以上抬起值理论上可能。由于整根转子自身重力作用会产生一定的静弯曲, 实际数值应偏小。但用天车起吊转子, 抬起值不好控制, 极容易出现抬起值较大的情况。

从上表可以看出当#4瓦轴颈抬起某值时, 会使#2、3瓦失去支撑作用, 整根大轴的重量将由#4轴颈处的钢丝绳和#1瓦承受, 为方便计算, 可将大轴简化为一简支梁, 上部分别受各自转子重量的均布荷载, 发电机转子重心在#3、4瓦重心间距的中点, 汽轮机转子的重心在#1、2瓦中心间距的中点。

整根转子最薄弱点在发电机转子对轮根部, 该处轴颈直径为270mm, 距#1瓦中心4058mm, 该截面与#1瓦间转子受自重均布荷载作用。取该横截面形心O为矩心, 发电机转子联轴器 (含轴头、螺栓、螺母) 质量为492Kg, 由静力平衡方程

该横截面上的弯曲应力为

查阅厂家资料, 转子材质为优质碳钢, 其基本许用应力值为140 MPa, 计算出该截面的弯曲应力小于基本许用应力值, 为什么还会出现变形呢?

以下原因仍可能使该轴颈变形:

(1) #3机发电机转子曾于2004年返武汉汽轮发电机厂检修轴颈, 原厂家发现联轴器端面瓢偏值严重超标、达22丝, 自联轴器根部, 轴头出现弯折。经电厂专业人员确认后厂家加工端面使瓢偏值正常。该截面出现过变形, 强度降低。

(2) 各瓦及轴承座油档间隙较小, 顶部间隙为20丝左右。当#4瓦处轴颈抬起过高时, 会使转子在#3瓦轴承座油档处受阻力, 加大计算截面处的应力, 使其超出许用应力而受损。

(3) 轴颈加工时留下伤痕或材料自身存在缺陷, 均会使截面强度降低。

联轴器瓢偏值超标后, 以其为基准找两转子中心, 虽对轮中心对正很好, 两转子中心仍会偏差较大。

2#3机运行状况

2014年4月29日, #3机检修后启动, 代负荷后#4瓦水平振动升高、最大达6丝、垂直振动也达4丝, #1瓦轴振在50μm以下, #2瓦温度88℃。

5月8日, 发电机转子在线做动平衡。做完动平衡后, #4瓦水平振动下至3丝, #1瓦轴振上升到98μm, 而且低负荷时可达102μm, #2瓦温度也上升至93℃左右。8月9日, #1高调门伺服阀故障, 不得不关停该阀、开大其余阀门, 机组#1瓦轴振下降至53μm, #2瓦温度也下降至88℃左右, 目前该机以此状态运行。

振动频谱以1倍频为主, 为中心不正特征。

机组长期以此状态运行, 会加大转子疲劳受损, 缩短其使用寿命。

3 振动原因分析

从检修数据和振动特征综合分析, 判断该机组振动异常的原因是转子中心不正, 而联轴器找中心时外圆和张口均在2丝以内, 造成转子中心不正的主要原因是联轴器端面产生瓢偏。

4 解决办法

(1) #3机应安排一次检修, 检查各瓦正常后, 测量发电机转子联轴器端面瓢偏值, 如其超标, 应判定为联轴器轴头又发生弯曲。可尝试加工专用测量工具, 联轴器找正时, 端面找正以#3瓦轴颈为基准找汽轮机联轴器端面, 外圆找正以汽轮机联轴器为基准找发电机#3瓦处轴颈外圆, 找好中心后, 在对轮张口处加合适的不锈钢垫片后上紧对轮螺栓。由于测量精度受专用工具刚度影响较大, 能否成功难以断定。最彻底的解决办法是转子返厂进行精密测量后加工联轴器端面, 使瓢偏值正常, 再做动平衡。按以上处理后, 联轴器螺栓孔需重绞, 并重配螺栓。

(2) 应修订检修规程, 加入以下规定:对于刚性或半挠性汽轮发电机转子, 联轴器螺栓未解开时, 严禁抬起转子联轴器远端的轴颈。