1概述
余熱電站的一些汽輪機組各軸瓦振動值的增大以致超標(biāo)，會嚴(yán)重影響安全運行。其結(jié)果會加劇機組工作性能的降低或使機組根本無法工作。機組的軸瓦或轉(zhuǎn)子葉片等部件，因受附加的動載荷而加劇磨損、疲勞，甚至破裂，從而影響機組的運行壽命，或造成事故。
汽輪機組在投入運行的幾個月后，各軸瓦的振動值隨著運行時間的延續(xù)而逐漸增大。早期階段比較3～4個月前后的振動測量值才能看出變化，之后振動變化速度逐漸加快，但不論在早期、中期、晚期，在1～2天內(nèi)振幅和相位基本是穩(wěn)定的。部分運行參數(shù)，如汽缸的絕對膨脹，軸瓦溫度，轉(zhuǎn)子軸向位移等測點，顯示的數(shù)值變化通常不明顯。較為嚴(yán)重的機組，在振動值開始增大，其后的一兩個月內(nèi)，逐漸增大至接近在線振動測點的聯(lián)鎖保護設(shè)定值，只得停機檢查處理。
振動值發(fā)生上述變化時，首先應(yīng)根據(jù)收集的運行參數(shù)變化，初步分析和判斷出現(xiàn)異常振動的原因。
其次，應(yīng)結(jié)合運行參數(shù)的變化，在停機檢修時，注意檢查后汽缸等部位與廠房固定位置的相對參照點，測量并與原始安裝數(shù)據(jù)比對。例如檢查后汽缸托架與后導(dǎo)板接觸面是否出現(xiàn)間隙等，判斷汽缸是否出現(xiàn)位移。如果機組振動缺陷較嚴(yán)重，決定揭汽缸檢修，還應(yīng)檢查汽缸內(nèi)部通流部分部件的摩擦，轉(zhuǎn)子彎曲變化和聯(lián)軸器中心變化等。
此外，還應(yīng)結(jié)合這些軸瓦振動的型式進行分析判斷。
2測量和檢查
2.1檢查汽缸或凝汽器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的變化
(1)后汽缸與后導(dǎo)板結(jié)合面檢查在后汽缸與后導(dǎo)板的的結(jié)合面之間，用塞尺檢查汽缸兩側(cè)的后導(dǎo)板是否存在局部間隙。此項檢查應(yīng)分別在機組運行和停運時進行，以便于分析比較。例如，對出現(xiàn)問題的某臺機組測量，顯示后汽缸右側(cè)導(dǎo)板上的振動值大于對稱轉(zhuǎn)子布置的左側(cè)導(dǎo)板。運行時用塞尺檢查后汽缸托架與導(dǎo)板的結(jié)合面，發(fā)現(xiàn)后汽缸右側(cè)托架與導(dǎo)板結(jié)合面之間出現(xiàn)大面積間隙，最大間隙約為0.35mm，停機后檢查最大間隙達到0.70mm以上，不接觸面積占總接觸面積的50%以上。對左側(cè)托架與導(dǎo)板的檢查，發(fā)現(xiàn)也同樣存在局部間隙，機組運行時約為0.08mm，停機后約為0.40mm，不接觸面積占總接觸面積的25%以上。
上述存在的間隙說明，后汽缸與固定基礎(chǔ)位置的后導(dǎo)板之間出現(xiàn)了相對位移。顯然，后汽缸托架與導(dǎo)板結(jié)合面間隙越大，相對位移就增大，振動值也隨之增大。
(2)機組安裝原始結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的對照檢查機組安裝時應(yīng)設(shè)有固定位置與汽缸某處標(biāo)高的相對參照測點，發(fā)現(xiàn)軸瓦振動值開始增大時，可根據(jù)這些參照測點，定期測量并將各時期的記錄比較，確認(rèn)后汽缸等相對基礎(chǔ)的位移變化，得到準(zhǔn)確的結(jié)論。
機組停機檢修時，根據(jù)當(dāng)前測量與原始安裝的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行比對。主要測量內(nèi)容包括，非落地式結(jié)構(gòu)的2號軸瓦處轉(zhuǎn)子軸頸的揚度，聯(lián)軸器中心出現(xiàn)變化等。
例如，對出現(xiàn)問題的某機組的檢查發(fā)現(xiàn)，凝汽器四角的底座上，左側(cè)和右側(cè)的各四個彈簧高度變化較大，左側(cè)比右側(cè)的所有彈簧高度值大約降低15mm。顯然是凝汽器左側(cè)的彈簧受循環(huán)水管道下沉等外力的影響，彈簧受到壓縮，造成彈簧高度值變化。這也說明凝汽器設(shè)備的本身出現(xiàn)了位移。
(3)前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結(jié)合面檢查機組運行時，前汽缸單側(cè)貓爪橫銷下的墊塊，開始出現(xiàn)緩慢向外移出的現(xiàn)象，用手錘輕輕敲入墊塊復(fù)位后，第二天或數(shù)小時內(nèi)又再次向外移出。伴隨這種現(xiàn)象出現(xiàn)的就是機組振動值逐漸增大?；蛘呦喾?，某些對振動值增大出現(xiàn)較敏感的，如2號和3號瓦為非落地式軸承的機組，是隨著振動值的逐漸增大，然后出現(xiàn)單側(cè)貓爪橫銷下的墊塊緩慢向外移出現(xiàn)象。這時應(yīng)注意檢查前汽缸貓爪橫銷與墊塊結(jié)合面的間隙。例如，對出現(xiàn)問題的某機組，停機后用塞尺檢查，右側(cè)貓爪橫銷與墊塊之間的結(jié)合面存在0.15mm間隙。上述檢查到此間隙的存在，則應(yīng)該是前汽缸與前軸承箱的支撐之間出現(xiàn)了相對位移。
2.2檢查汽水管道等位置與固定結(jié)構(gòu)的變化
(1)循環(huán)水管道檢查
循環(huán)水管道的檢查內(nèi)容，即檢查管道是否發(fā)生下沉。汽輪機組的四根循環(huán)水的進出水管道全部布置在凝汽器的一側(cè)。在與凝汽器連接的每根垂直管道上，設(shè)計采用一件帶有伸縮短節(jié)的蝶閥，即伸縮蝶閥。
由伸縮蝶閥的結(jié)構(gòu)因素決定，當(dāng)循環(huán)水管道出現(xiàn)下沉?xí)r，首先反映的是，伸縮短節(jié)上兩平行法蘭的相對尺寸變化和漏水。這些反映可以作為判斷循環(huán)水管道下沉的直接依據(jù)。例如，某余熱機組在投運約6個月時即發(fā)生伸縮蝶閥漏水現(xiàn)象，割開伸縮蝶閥附近的四根垂直管道后，管道下沉高度約為150mm。循環(huán)水管道沿垂直方向下沉情況見圖1。
由圖1可以看出，循環(huán)水管道的下沉，直接對管道連接凝汽器即后汽缸的一端施加下沉方向的外力。此余熱機組的循環(huán)水管道布置在機組軸線的左側(cè)，導(dǎo)致凝汽器左端支撐彈簧高度相應(yīng)的壓縮變形減小。
循環(huán)水管道的下沉方式有所不同，例如，出現(xiàn)問題的某機組，凝汽器的循環(huán)水管道，在四件蝶閥伸縮短節(jié)的兩平行法蘭處，出現(xiàn)左側(cè)向上的傾斜位移，只是兩平行法蘭因整圈連接螺栓的限位作用，才阻擋了位移的繼續(xù)發(fā)展。四件伸縮短節(jié)兩平行法蘭的傾斜位移方向是一致的。測量檢查伸縮短節(jié)兩平行法蘭的左右側(cè)，即兩平行法蘭對稱180°兩點的距離差值，h2-h1≥10mm～20mm。循環(huán)水管道蝶閥伸縮短節(jié)法蘭的傾斜變形，見圖2。
由圖2可以看出，循環(huán)水管道出現(xiàn)的是以某點為支撐，傾斜管道軸線的下沉。此傾斜變形，使得伸縮短節(jié)兩平行法蘭處安裝時的預(yù)壓縮余量尺寸完全被消耗后，還使凝汽器即排汽缸受到向上部方向的外力。
此余熱機組的循環(huán)水管道布置在機組軸線的右側(cè)，蝶閥伸縮短節(jié)兩平行法蘭處左側(cè)向上的傾斜變形，導(dǎo)致后汽缸右側(cè)托架受到向上的外力。
(2)主蒸汽管道檢查
除負(fù)荷低于6MW的機組采用一根主蒸汽管道外，余熱汽輪機組的主蒸汽管道，一般是在電動隔離閥后，連接三通分兩路向上的熱壓彎頭，經(jīng)對稱軸線布置在機組兩側(cè)的垂直管道，連接兩速關(guān)閥，然后匯入前汽缸的調(diào)節(jié)汽室。
通過主蒸汽管道的彈簧支架或滑動支架的變形直接觀察，特別是在出現(xiàn)問題的機組停機時，如彈簧支架，滑動支架的滑動面脫離管道，或在管道的彈簧支架處發(fā)現(xiàn)彈簧傾斜，變形等異?，F(xiàn)象，說明主蒸汽管道的異常位移，應(yīng)判斷管道位移對前汽缸的影響。
例如，某余熱機組振動值增大速度較快，檢查主蒸汽管道位移異常，在前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結(jié)合面檢查，兩側(cè)貓爪橫銷都存在間隙。揭汽缸檢修時，解開與速關(guān)閥連接的主蒸汽法蘭，發(fā)現(xiàn)左側(cè)連接法蘭端面錯口較嚴(yán)重，用拉管道進口法蘭的方式取出連接螺栓，測量錯口值為30mm以上。
3振動值增大的原因分析及處理
3.1原因分析
(1)循環(huán)水管道下沉，造成凝汽器即后汽缸的位移
如上所述，循環(huán)水垂直管道設(shè)置有伸縮蝶閥。蝶閥的伸縮短節(jié)可有限地部分軸向壓縮，消除壓縮方向的部分應(yīng)力。因此，伸縮短節(jié)的主要作用，一是可有限地部分消除運行機組凝汽器設(shè)備本體對循環(huán)水管道向下的應(yīng)力;二是便于安裝和檢修時更換蝶閥和連接的墊片。而伸縮蝶閥對拉伸方向的應(yīng)力是沒有補償作用的。即伸縮短節(jié)不能消除如循環(huán)水管道自身下沉等異常現(xiàn)象的應(yīng)力。
當(dāng)伸縮蝶閥發(fā)生漏水現(xiàn)象時，一般可確認(rèn)為循環(huán)水管道的下沉。而在此前，凝汽器已經(jīng)受到外力荷載。下沉位移值是逐漸增大的，這時已經(jīng)形成設(shè)備的永久變形。投運約6個月的某余熱機組(見圖1)，左側(cè)布置的循環(huán)水管道下沉拉動凝汽器左側(cè)向下位移，凝汽器左側(cè)比右側(cè)的所有彈簧高度值大約降低15mm，后汽缸左側(cè)受到向下的荷載，導(dǎo)致右側(cè)托架與導(dǎo)板結(jié)合面產(chǎn)生間隙。隨著振動值逐漸增大，檢查后汽缸托架與導(dǎo)板結(jié)合面的間隙也在逐漸增大，充分說明后汽缸位移的影響。
同理，對循環(huán)水管道蝶閥伸縮短節(jié)傾斜的某臺機組(見圖2)，也可以很清晰地解釋其后汽缸右側(cè)托架受到向上的外力，與導(dǎo)板結(jié)合面出現(xiàn)間隙的現(xiàn)象。
循環(huán)水管道下沉，造成后汽缸位移的同時，還會直接導(dǎo)致前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結(jié)合面出現(xiàn)間隙，多數(shù)機組后汽缸托架與導(dǎo)板結(jié)合面出現(xiàn)間隙和前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結(jié)合面出現(xiàn)間隙的現(xiàn)象是同時發(fā)生的。
(2)主蒸汽管道異常，影響前汽缸膨脹，造成位移
主蒸汽管道在某個熱膨脹方向受阻等原因，使熱應(yīng)力增大。超過材質(zhì)的屈服應(yīng)力后，管道即開始變形，熱應(yīng)力同時會對前汽缸膨脹造成影響，當(dāng)管道熱應(yīng)力足夠大時，汽缸即開始變形。隨著這種變形成為永久的變形時，就會與設(shè)備固定部件的相對位置發(fā)生改變，前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結(jié)合面出現(xiàn)間隙。主蒸汽管道異常應(yīng)力造成的永久變形，使設(shè)備結(jié)合面出現(xiàn)間隙，直接導(dǎo)致動靜部件間隙的相對運動，振動值即逐漸增大。
(3)根據(jù)振動與時間的關(guān)系曲線判斷機組振動特性
從振動監(jiān)測系統(tǒng)DCS中，將振動與時間的關(guān)系曲線(振動趨勢曲線圖)打印輸出，利用趨勢曲線診斷振動故障。雖然從DCS中調(diào)出的振動趨勢曲線是通頻振幅的變化趨勢，但也能診斷出轉(zhuǎn)子碰磨、軸瓦自激振動等過程。從運行經(jīng)驗得知，在運行中機組發(fā)生振動增大的原因只有兩類振動。第一類是包括軸瓦自激振動的低頻振動;第二類是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了不平衡，轉(zhuǎn)動部件飛脫、轉(zhuǎn)軸碰磨等。根據(jù)振動理論，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在該部件上的激振力成正比，與它的動剛度成反比，可用式(1)表示，即
若忽略阻尼，即μ=∞，即使靜剛度很大，動剛度Kd也為0。由式(1)可知，在很小激振力的作用下，軸承將會產(chǎn)生很大的振動，即共振。以下探討的是，由于支撐動剛度降低，在激振力一定時，振幅值的增大問題。
軸承座動剛度的檢測除了與靜剛度和共振放大因素有關(guān)外，還與動態(tài)下其連接剛度有關(guān)。現(xiàn)場經(jīng)驗表明，采用檢測連接部件之間的差別振動，即兩個相鄰的連接部件振幅的差值，是檢查連接剛度的有效方法。
根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，對同一軸承座，同一軸向位置，測點標(biāo)高在100mm以內(nèi)的兩個連接件，在連接緊固的情況下，垂直方向振動差值應(yīng)<2μm，滑動面之間正常的振動差值應(yīng)<5μm。
實際測試證明，后汽缸的位移，導(dǎo)致汽缸托架與導(dǎo)板結(jié)合面產(chǎn)生間隙，即產(chǎn)生支撐動剛度降低，造成上述振動差值的增大。
(4)軸瓦結(jié)構(gòu)型式的不同，對問題機組的損害程度也不同
水泥余熱電站的汽輪機組，一般采用低參數(shù)單缸直聯(lián)式汽輪機帶動發(fā)電機，四個軸瓦結(jié)構(gòu)。2號和3號軸瓦的結(jié)構(gòu)型式，又分為落地式軸瓦和非落地式軸瓦。通過數(shù)次分別對問題機組的檢查和處理發(fā)現(xiàn)，兩種不同結(jié)構(gòu)型式的軸瓦，振動值的增大雖然接近，但對機組損害程度是不相同的。
通過數(shù)次的機組檢修消缺，發(fā)現(xiàn)汽缸內(nèi)部通流部分發(fā)生動靜摩擦并造成汽封等部件損壞的，一般都出現(xiàn)在2號和3號軸瓦(落地式結(jié)構(gòu))的機組。
分析認(rèn)為，由于2號和3號軸瓦為落地式結(jié)構(gòu)，位于獨立的軸承座內(nèi)，即汽輪機轉(zhuǎn)子前后端支點全部支承在基礎(chǔ)上，處于固定位置，即轉(zhuǎn)子不跟隨汽缸的位移而位移，所以當(dāng)機組出現(xiàn)因汽缸位移等原因?qū)е抡駝又翟龃髸r，汽缸的位移會與固定位置的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)相對位置的改變，即在汽缸內(nèi)部的動靜部件處，局部間隙增大，或局部縮小至部件的部分接觸，即發(fā)生動靜摩擦。該結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題的機組振動值增大至接近0.07mm時，停機揭缸檢查，通流部分已發(fā)生較為嚴(yán)重的摩擦現(xiàn)象。
2號和3號軸瓦為非落地式結(jié)構(gòu)的機組，汽輪機轉(zhuǎn)子的后端支承在后汽缸上，即轉(zhuǎn)子后端跟隨后汽缸的位移而位移。汽輪機轉(zhuǎn)子的前端雖然也同處于固定位置，但由于余熱機組的汽缸位移，大多數(shù)為循環(huán)水管道下沉等造成的后汽缸位移，主蒸汽管道熱應(yīng)力造成前汽缸位移的事件較少，所以一般不會發(fā)生前汽缸單獨的位移，導(dǎo)致汽缸內(nèi)部通流間隙處的動靜摩擦。如圖1所述，對出現(xiàn)問題的該結(jié)構(gòu)機組，經(jīng)揭缸檢查確認(rèn)，盡管其振動值增大接近0.06mm，連續(xù)幾個月維持運行，通流部分并沒有發(fā)現(xiàn)動靜部件摩擦現(xiàn)象，說明分析是正確的。
2號和3號軸瓦為非落地式結(jié)構(gòu)的機組，振動值增大的典型表現(xiàn)是3號瓦振動值增大的速度比其它軸瓦要快。這是因為，該結(jié)構(gòu)的機組，3號瓦是薄弱處，即反映在3號瓦的振動值最敏感。2號和3號軸瓦為非落地式結(jié)構(gòu)的機組另一特點是，2號和3號軸瓦跟隨后汽缸的位移而位移，直接導(dǎo)致汽輪機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的中心發(fā)生變化。對該結(jié)構(gòu)機組，在汽輪機中心檢查時發(fā)現(xiàn)，聯(lián)軸器一般會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子下沉導(dǎo)致的下張口，機組運行時即導(dǎo)致振動值的增大。
3.2問題的處理
3.2.1循環(huán)水管道下沉造成汽缸位移的處理
由以上分析，對2號和3號軸瓦為落地式結(jié)構(gòu)的機組，應(yīng)安排盡快停機處理循環(huán)水管道的下沉。如果是不規(guī)則周期和不規(guī)則振幅增大的振動方式，說明已經(jīng)出現(xiàn)汽缸內(nèi)通流部分的動靜部件摩擦，應(yīng)立即停機和揭汽缸處理。
對2號和3號軸瓦為非落地式結(jié)構(gòu)的機組，如確認(rèn)只是循環(huán)水管道下沉的原因，則可先消除管道下沉的應(yīng)力，然后維持機組運行，同時應(yīng)注意監(jiān)測振動值變化趨勢，待機組隨水泥生產(chǎn)線檢修時再停機處理。
如圖1所述，投運約6個月的某余熱機組，當(dāng)時對循環(huán)水管道出現(xiàn)下沉的處理方式是，割開伸縮蝶閥附近的四根垂直管道，每根管道焊接加長管。加長管段長度約為150mm，說明這也是管道下沉的高度。處理后機組又連續(xù)運行約一年，振動值增大較慢。然后隨水泥生產(chǎn)線共同檢修，進行揭缸處理。主要處理內(nèi)容有：
(1)割開連接后汽缸與凝汽器的喉部排汽短節(jié)，鑿開后汽缸兩側(cè)導(dǎo)板基礎(chǔ)。
(2)割開四根垂直的循環(huán)水管。
(3)調(diào)整凝汽器彈簧。
(4)調(diào)整后汽缸兩側(cè)導(dǎo)板的墊鐵，消除導(dǎo)板間隙，必要時刮研處理。同時調(diào)整汽缸水平和前汽缸貓爪橫銷的間隙。調(diào)整后汽缸兩側(cè)導(dǎo)板的間隙時，同時應(yīng)注意保證前軸承座與臺板的滑動面之間不能出現(xiàn)間隙。
3.2.2主蒸汽管道膨脹異常的處理
(1)割開錯口嚴(yán)重的法蘭端面下的彎頭。
(2)調(diào)整彈簧支吊架。
4幾點想法和體會
(1)循環(huán)水管道的安裝，應(yīng)考慮防止管道下沉的影響，一定要有防止管道沉降的措施。應(yīng)重申管道敷設(shè)前，把管溝地面用三合土夯實，如遇較差的濕陷性土質(zhì)，管道必須設(shè)置支座。
(2)出現(xiàn)問題的機組，既要調(diào)整后汽缸兩側(cè)導(dǎo)板的間隙，還要保證前軸承座與臺板滑動面不能出現(xiàn)間隙。實際是在恢復(fù)機組安裝時的汽缸水平狀態(tài)。處理方式比新裝機組的汽缸水平找正還要復(fù)雜，因此有必要在機組安裝時對循環(huán)水管道的安裝質(zhì)量給予足夠的重視。
(3)主蒸汽管道的設(shè)計，應(yīng)充分考慮熱膨脹的需要。直管段和支吊架布置的不合理，熱壓彎頭過少，都是熱膨脹的影響因素。
(4)主蒸汽管道的安裝，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，管道安裝時，不允許強行拉動管道對接焊口。
5結(jié)語
經(jīng)過對出現(xiàn)振動的部分機組的循環(huán)水管道，主蒸汽管道和汽缸結(jié)合面間隙的處理和消缺，此后機組的運行實踐證明，上述處理方式，對消除振動值是有效的。
