高中壓合缸300MW汽輪機(jī)彎曲轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡

1 引言

某臺(tái)國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組，投運(yùn)兩年之后，在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)連續(xù)發(fā)生軸振動(dòng)幅值超標(biāo)現(xiàn)象。測(cè)量顯示，汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的№1軸振動(dòng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)可達(dá)0.22～0.26mm，臨界轉(zhuǎn)速下振幅超過0.30mm。

雖然對(duì)應(yīng)的№1軸承振動(dòng)幅值不超過0.03mm，由于在定速運(yùn)行時(shí)多次聽到該軸承箱內(nèi)有明顯異音。進(jìn)行軸系振動(dòng)狀態(tài)測(cè)量試驗(yàn)分析診斷和外部檢查，難以排除汽缸內(nèi)部葉片或圍帶脫落、動(dòng)靜局部摩擦、大軸彎曲等重大設(shè)備隱患，確定進(jìn)行汽缸解體檢查。

2 轉(zhuǎn)子彎軸情況

該機(jī)組型號(hào)N300—16.6(170)/537/537，為亞臨界中間再熱、高中壓合缸、單軸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)組，臨界轉(zhuǎn)速高中壓轉(zhuǎn)子1680r/min，低壓轉(zhuǎn)子1750r/min。

高壓與中壓轉(zhuǎn)子大軸是整體合金鋼鍛件，高壓部分有11級(jí)動(dòng)葉片，中壓部分有6級(jí)動(dòng)葉片。在高壓與中壓之間軸段是“城墻式”汽封槽，簡(jiǎn)稱“過橋汽封”。在轉(zhuǎn)子兩支撐跨度(L=5961mm)內(nèi)沿軸向長(zhǎng)度排放8個(gè)百分表，檢測(cè)出彎曲變形最大的部位是轉(zhuǎn)軸中部的“過橋”處，依照聯(lián)軸器對(duì)輪12個(gè)螺孔等分圓，是對(duì)應(yīng)#3～#9螺孔直徑方向。最大彎曲值0.12～0.135mm。

按照設(shè)計(jì)制造要求，該轉(zhuǎn)軸彎曲量工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)小于0.05mm，當(dāng)轉(zhuǎn)軸表面金屬溫度降至室內(nèi)環(huán)境溫度的48小時(shí)之后，高壓—中壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子的弓形彎軸值是0.13mm。

3 彎軸轉(zhuǎn)子的不平衡量計(jì)算分析

該轉(zhuǎn)子質(zhì)量重達(dá)20t，最小直徑Φ630mm(過橋汽封處)，總長(zhǎng)度7351mm，兩支承跨度約6000mm。制造廠難以保證直軸校正達(dá)到0.05mm的標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)許多熟悉直軸工藝的技術(shù)人員也沒有一次加壓校正的把握，而電廠方面迫切希望盡快使機(jī)組問題得到解決投產(chǎn)運(yùn)行，滿足發(fā)電任務(wù)需求。

依據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)體不對(duì)中與不平衡的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的理論分析，結(jié)合軸系動(dòng)平衡的工程應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，降低機(jī)組的振動(dòng)可以從減小轉(zhuǎn)軸撓曲或不平衡量予以控制。這種高壓—中壓聯(lián)合轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速介于Ⅰ階與Ⅱ階振型臨界轉(zhuǎn)速之間，可以把轉(zhuǎn)軸“過橋汽封”這一段視為剛性體，便于簡(jiǎn)化定量計(jì)算彎軸產(chǎn)生的不平衡量。

取過橋軸段長(zhǎng)度L=750mm
半徑r=310mm
轉(zhuǎn)子中心孔半徑r0=60mm合金鋼比重γ=7.8
高壓段調(diào)速級(jí)平衡槽半徑R0=360mm
中壓段P11級(jí)平衡槽半徑R11=460mm
過橋段彎曲值δ=0.13mm
過橋段總質(zhì)量M=π(r-r0)2?L?γ=1148kg
平衡校正等效半徑R=R0+R11/2=410mm
平衡校正配重m=M?δ/R=364g

如考慮與過橋相鄰高壓和中壓葉輪葉片質(zhì)量，轉(zhuǎn)軸弓形彎曲效應(yīng)比例因素，等效平衡校正配重

Q=Σji=1kim

比例因子ki1，該轉(zhuǎn)子ki取3～5為宜。

由于轉(zhuǎn)軸彎曲高點(diǎn)在#9螺孔方向，速度級(jí)和中壓P11級(jí)兩平面應(yīng)在#3螺孔方向同相對(duì)重1000g以上。

4 平衡配重

眾所周知，在轉(zhuǎn)軸摩擦形成塑性彎曲的機(jī)理分析中，彎軸高點(diǎn)多是發(fā)生在轉(zhuǎn)子摩擦部位的反向位置。如果該轉(zhuǎn)軸是受一階振型彈性撓度大形成動(dòng)靜摩擦導(dǎo)致彎軸，在轉(zhuǎn)子中部集中加重不當(dāng)，有低轉(zhuǎn)速時(shí)有可能使過橋汽封處產(chǎn)生摩擦，機(jī)組難以啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)場(chǎng)條件限制平衡校正配重試驗(yàn)只允許一次完成。

對(duì)彎軸進(jìn)行配重的實(shí)施方案經(jīng)有關(guān)的專家與領(lǐng)導(dǎo)反復(fù)論證，公認(rèn)在技術(shù)上是完全可能的，但是在國產(chǎn)300MW高壓—中壓合缸汽輪機(jī)組上尚無先例，出于技術(shù)的探索和設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行的需要，有必要進(jìn)行一次試驗(yàn)。

首先對(duì)與高中壓轉(zhuǎn)子相連的主油泵小軸在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了單體高速動(dòng)平衡。然后在對(duì)應(yīng)#3螺孔(彎曲凹點(diǎn))方向調(diào)速級(jí)加重237g，中壓P11級(jí)加重195g，合計(jì)配重432g。

5 結(jié)束語

冷態(tài)啟動(dòng)機(jī)組，測(cè)量汽輪機(jī)№1軸振動(dòng)幅值，中速1200r/min暖機(jī)沒有明顯增加與變化，臨界轉(zhuǎn)速時(shí)0.20mm，定速3000r/min時(shí)0.24mm，并網(wǎng)帶負(fù)荷200MW時(shí)0.18mm，300MW時(shí)0.15mm。連續(xù)運(yùn)行兩個(gè)月考核，在額定轉(zhuǎn)速的不同負(fù)荷工況下，轉(zhuǎn)子軸振幅值變化幅度正常，最大值降低0.07～0.10mm，機(jī)組軸系振動(dòng)趨于穩(wěn)定，應(yīng)用平衡工藝控制減振取得明顯成效。該機(jī)組連續(xù)運(yùn)行301天，創(chuàng)華中電網(wǎng)300MW機(jī)組運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)記錄。(end) 熱像儀相關(guān)文章:熱像儀原理