汽轮机本体安装影响大机振动的因素

汽轮机本体安装影响大机振动的因素山东电建二公司张忠马祥军陈挺摘要：机组产生振动的原因是多方面的，涉及机组制造、安装、检修和运行各个方面，现以夏港电厂为例，主要从安装方面讨论引起汽轮发电机组振动的因素，并简单分析振动机理。

汽轮机安装工作应掌握产生振动的原因及规律，提高安装质量，防止出现异常振动。

关键词：振动；摩擦；汽轮发电机组；影响因素。

江苏夏港2×330MW工程#5汽轮发电机组，为新型的亚临界、单轴、一次中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，高压通流部分由1级单列调节级（冲动式）和14级压力级（反动式）所组成。

中压通流部分全部采用反动式压力级，分成2部分，共为8级。

低压缸采用双流反动式压力级，共2×7级。

蒸汽从低压缸中部进入，然后分别流向二端排汽口进入下部凝汽器。

因对称双流，故低压转子几乎没有轴向力。

汽轮发电机为QFS2-330-2型双水内冷卧式发电机；采用水、水、空冷却方式，发电机的定子及转子绕组采用水内冷，定子铁芯及端部结构件采用空气冷却。

汽轮发电机组轴系由高中压转子、低压转子和发电机转子组成，每个转子由两个轴承支撑。

在安装过程中，针对本机组的结构特点，我们从以下几个方面来减小影响机组振动的因素。

1、汽轮机基础与沉降观测众所周知，汽轮机基础质量的好坏直接影响到汽轮机的安装质量。

如果基础下沉或变形，会使基础台板与基础贴合不良。

这样在运行时空负荷状态即出现振动，运行工况改变振动也变化，振幅不稳定。

因此汽轮机基础除了要有足够的刚性还要定期进行沉降观测。

现场选取12个沉降观测点，对#5汽轮机基础进行观测，从记录结果看基础沉降均匀，对汽轮机中心不会产生太大影响。

2、轴承座安装及轴承标高轴承座几何中心与轴颈承力中心若不重合，轴颈承力中心沿轴向周期变化时，轴承几何中心与轴颈承力中心不重合而产生力矩，如果轴承轴向刚度不足将产生轴承的轴向振动。

所以我们要增大轴承座的联结刚性，轴承座底面要与基础贴合严密，达到接触点达到75%以上，0.05mm塞尺不入。

另外，不管是汽轮机还是发电机转子，两端都是由轴承支撑的，如果两端的轴承标高不在一个合理的范围内，则两端轴承的负荷分配就不合理。

负荷较轻的一边，轴瓦内的油膜形成不好或者根本不能建立油膜，如果这样，极易诱发机组的自激振动包括油膜振动和汽流激振等；负荷较重的一边，轴瓦乌金温度肯定偏高，当轴瓦乌金温度达到一定值时，很容易产生碾瓦现象，从而引发机组的振动。

根据本机组设计特点，在垫铁配制过程中，我们预先考虑了各轴承标高，分别留有预抬量，便于对轮中心的调整。

对轮中心是将各转子连接成一个光滑的曲线，同时综合考虑了机组冷态安装及受热后膨胀的情况，避免单个轴承载荷过大。

同时，由于本机组低压前后轴承座坐落在汽缸上，机组真空和排汽缸温度的变化主要表现在对轴承座标高的影响上，因此我们在对轮中心达到设计要求后又将低压前后轴承预抬高0.15mm，以满足运行时轴承负荷的要求。

3、低压缸排汽口与凝汽器颈部焊接低压缸体积大，刚性小，易变形，变形量如果过大，会引起机组中心不正，容易造成动静部分相互摩擦，从而引起机组振动。

为最大程度的减小由于焊接引起低压缸的变形，在焊接过程中，我们在汽封洼窝处、低压缸四个脚支了12块百分表进行监视，确保低压缸变形量在容许范围之内。

4、汽缸及缸内部套找中心汽缸中心偏差过大会使动、静部分不能保持同心[1]，从而动静间隙不均，造成运行时蒸汽在圆周上不均匀泄露引起间隙自激振动。

安装不当的还可引起动、静之间的摩擦。

若碰磨发生在转轴处，则会使转子发生热弯曲而引起不稳定普通强迫振动。

在安装过程中，依据夏港电厂#5机组特点，我们考虑到机组冷态与热态膨胀时情况的不同，综合半缸与全缸状态下汽缸中心的变化，在冷态半缸的安装状态下，分别将汽缸及缸内部套相对于转子中心调整如下：相对低压转子中心，低压内缸低0.13mm；端部外汽封（调阀端和电机端）高0.25mm。

相对高中压转子中心，中压#1静叶持环低0.13mm；高压静叶持环低0.13mm；调节级喷嘴组及喷嘴室低0.18mm；高压内缸低0.18mm；高压排汽侧平衡活塞低0.13mm；端部外汽封高0.13mm实践证明，上述冷态安装数据在机组受热膨胀后转子与汽缸或静子的同心度基本保持一致。

5、轴系连接的平直度和同心度转子水平放置时，由于自重，将产生静挠曲，所以机组各转子的中心线连线应在同一根光滑连续的曲线上；机组各转子中心线的连线虽成一根光滑连续曲线，但曲线的位置形状可以不同，这样要造成各轴承上的负荷不同。

各转子连成一起后呈一连续的光滑曲线，方能保证整个转子平稳运行。

这一条曲线可以按轴承的不同位置确定，这就是转子扬度的确定。

当转子扬度确定后，汽缸纵向水平随之而定，各轴承负荷、转子受力、轴向力、临界转速也随之确定。

此外，当联轴器法兰外圆与轴颈不同心、联轴器法兰止口或螺栓孔节圆不同心、端面瓢偏、连接螺栓紧力明显不对称时，不论圆周和端面如何正确，当把连接螺栓拧紧后，都会使轴系不同心和不平直，还会使转子产生预载荷。

当转子处于旋转状态时，轴系同心度和平直度会直接产生振动的激振力，引起机组的振动[2]。

在夏港电厂#5机安装过程中，经过现场测量，发电机转子汽端靠背轮晃度超标，达到0.07mm。

经分析，认为问题出在厂家来人在现场更换了一次小护环内的绝缘水管，小护环在复装时造成的质量不平衡，双水内冷发电机转子刚性较差，汽端靠背轮受影响较大，造成晃度过大。

返厂后，在机床上重新对小护环进行热套，并旋转了一定角度，转子冷却后，晃度值减小到0.05mm。

然后对转子进行超速试验，振动良好。

在联接低发靠背轮时，我们充分考虑到靠背轮之间的补偿量，联接后发电机转子靠背轮晃度进一步减小到0.035mm。

运行证明，发电机转子振动值良好。

6、轴承的安装本机组高中压转子的1、2号轴承采用可倾瓦式，它具有良好的稳定性，可避免油膜振荡，另外，可倾瓦可以自由摆动，增加了支承柔性，能吸收转轴振动能量的能力，即具有很好的减振性能。

低压转子的3号轴承上部为圆柱下部为两半可倾瓦，4号轴承采用圆柱轴承，它具有较强的支承力。

推力轴承采用自位式，它能自动调整推力瓦块负荷，稳定性好。

支持轴承的轴承盖与轴瓦之间紧力如果过大可能使轴瓦、轴承盖变形，特别是球面轴承将影响自由调位；紧力过小将引起振动。

此外，轴承的连接情况主要对轴承刚度产生影响，若轴承刚度不够，在同样大小的激振力下引起的振动较大，所以必须将轴承各连接螺栓拧紧，在现场经常发现由于连接螺栓未拧紧而引起振动的现象。

支持轴承轴瓦垫块承受着转子质量及转动部分不平衡量引起的离心力，垫块还确定转子位置，其接触情况是否良好直接影响到机组的振动情况，接触不好会引起较大振动。

为此，垫块应能均匀承重，每块垫块的接触痕迹应占垫块总面积的70%以上，接触点均匀分布。

推力轴承是转子相对于汽缸的膨胀死点，转子轴向窜动量如不符合要求，窜动量过小不能保证推力瓦块形成正常的油膜厚度，而在运行中油温会升高或出现摩擦痕迹，如窜动量过大，在汽轮机负荷突然改变时，可能会使推力瓦块受到冲击，或使转子与静止部分相碰。

7、滑销系统间隙调整汽轮机在高温高压条件下工作，受热膨胀和冷却收缩数值变化较大。

加上高中、低压缸分段布置，温差较大。

为了保持汽缸自由膨胀、收缩过程中汽缸中心与转子中心不产生偏移，设置有汽轮机滑销系统。

汽轮机受热后，滑销系统引导整个机组按预定方向自由膨胀，保证汽轮机动、静部分中心位置及各处间隙在膨胀过程中均能满足要求，达到稳定运行的目的。

汽轮机从冷态到全负荷，它的热膨胀（或停机时冷缩）如果受到阻碍，就会产生严重后果，使汽轮机所受的热应力变大，破坏装配过程中的中心线，导致动静部分发生碰擦、主轴弯曲等，既而产生机组的振动。

机组受热使机组中心发生变化；滑销系统卡涩，使膨胀受阻会使机组振动特征表现为振动与汽轮机受热状态有关，振动频率与转速一致[3]。

由于滑销与销槽之间的间隙是否合适，滑动面之间是否能滑动自如，决定着汽缸是否能按照既定的方向膨胀或收缩，所以在安装过程中，一定要注意滑动面的光滑平整、销与销槽间隙在设计范围内。

如销与销槽间隙过小或滑动面毛糙，会使汽缸膨胀受阻，甚至卡涩；间隙过大，则在汽缸膨胀时可能导致汽缸中心线偏斜，引起动静部分改变，从而引起动静部分摩擦。

8、活动部件在安装期间如果有活动部件进入汽轮机，运行时活动部件可能在汽流的冲击下撞伤甚至损坏汽轮机叶片，从而造成严重的事故，并引发机组振动；如果发电机内存在活动不见，一方面可能引起发电机内部短路，另一方面可能引起机组振动的不稳定。

9、断叶片当汽轮机发生断叶片时，转子的质量分布明显发生改变，因此机组的振动会发生明显的变化，振动的变化既包括振动大小的变化也包括振动相位的变化，为了避免断叶片的现象发生，在现场检修转子时将各级叶片逐一进行外观检查，无裂纹及铆钉松动现场。

10、浮动式油挡安装由大量现场振动测试可知，浮动油档碰磨振动可在任何型式轴系、不同轴向位置上产生显著振动[4]。

造成这种现象的原因、机理为：（1）浮动环与转轴间存在干摩擦。

目前现场使用的浮动油挡绝大部分是作为轴瓦外油挡或密封瓦的内油挡，在正常运行中，这些部位绝大多数情况下只存在极少量的漏油，其漏油量远不能满足浮动环与转轴间形成正常油膜的需要，因此这些浮动油挡在运行中浮动环无法浮起，实际处在干摩擦的状态。

尽管按浮动环的原设计要求，是具有自润滑和材料软的特点，但大量现场振动测试证明，这种干摩擦将使转轴形成明显的不均匀受热，引起热弯曲，由于浮动环具有耐磨性，因此这种碰磨振动可在很长时间内持续发生。

（2）安装不当。

为获得良好的密封效果，往往将径向间隙设计得很小，过小的径向和轴向间隙会引起环的卡涩；过大的轴向间隙使环失去导向和定位作用，使环在轴上发生歪斜（不垂直）引起卡涩。

（3）结构不当。

现场使用的有些浮动油挡，只有下半部分装有限位壳体，上半部分可自由地轴向摆动，在径向间隙不是十分大的情况下，浮动环显然会发生轴向歪斜而卡涩。

（4）材料不过关。

目前绝大多数浮动油挡，特别是高中压转子轴瓦上的浮动油挡，只经几个或十几个小时的运行，停机检查即可发现浮动环已产生明显的变形和裂纹，因此在运行中，原设计间隙无法保证，浮动环的卡涩在所难免。

（5）环与壳体摩擦阻力不可忽视。

虽然作用在环上内外压差引起轴向力不大，但由于环与壳体间无润滑油，因此环与壳体间摩擦阻力不可忽视，在动态下这一阻力限制环与转轴灵活移动，尤其是当壳体表面加工不光滑时，移动阻力更明显，环与转轴加重碰磨。

因此，在安装时，我们将径向间隙适当放大，保持合理的径向和轴向间隙，避免引起振动；并且，对浮动油挡采用了外接润滑油的方法，消除浮动环与转轴之间的干摩擦，减小浮动油挡碰磨对轴系振动的影响。