高中壓合缸300MW汽輪機彎曲轉子動(dòng)平衡

1 引言

某臺國產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機組，投運兩年之后，在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)連續發(fā)生軸振動(dòng)幅值超標現象。測量顯示，汽輪機高壓轉子的№1軸振動(dòng)額定轉速時(shí)可達0.22～0.26mm，臨界轉速下振幅超過(guò)0.30mm。

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

2 轉子彎軸情況

該機組型號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組，臨界轉速高中壓轉子1680r/min，低壓轉子1750r/min。

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

按照設計制造要求，該轉軸彎曲量工藝標準應小于0.05mm，當轉軸表面金屬溫度降至室內環(huán)境溫度的48小時(shí)之后，高壓—中壓聯(lián)合轉子的弓形彎軸值是0.13mm。

3 彎軸轉子的不平衡量計算分析

該轉子質(zhì)量重達20t，最小直徑Φ630mm(過(guò)橋汽封處)，總長(cháng)度7351mm，兩支承跨度約6000mm。制造廠(chǎng)難以保證直軸校正達到0.05mm的標準，國內許多熟悉直軸工藝的技術(shù)人員也沒(méi)有一次加壓校正的把握，而電廠(chǎng)方面迫切希望盡快使機組問(wèn)題得到解決投產(chǎn)運行，滿(mǎn)足發(fā)電任務(wù)需求。

依據對轉體不對中與不平衡的轉子動(dòng)力學(xué)的理論分析，結合軸系動(dòng)平衡的工程應用實(shí)踐經(jīng)驗，降低機組的振動(dòng)可以從減小轉軸撓曲或不平衡量予以控制。這種高壓—中壓聯(lián)合轉子工作轉速介于Ⅰ階與Ⅱ階振型臨界轉速之間，可以把轉軸“過(guò)橋汽封”這一段視為剛性體，便于簡(jiǎn)化定量計算彎軸產(chǎn)生的不平衡量。

取過(guò)橋軸段長(cháng)度L=750mm
半徑r=310mm
轉子中心孔半徑r0=60mm合金鋼比重γ=7.8
高壓段調速級平衡槽半徑R0=360mm
中壓段P11級平衡槽半徑R11=460mm
過(guò)橋段彎曲值δ=0.13mm
過(guò)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(guò)橋相鄰高壓和中壓葉輪葉片質(zhì)量，轉軸弓形彎曲效應比例因素，等效平衡校正配重

Q=Σji=1kim

比例因子ki1，該轉子ki取3～5為宜。

由于轉軸彎曲高點(diǎn)在#9螺孔方向，速度級和中壓P11級兩平面應在#3螺孔方向同相對重1000g以上。

4 平衡配重

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

對彎軸進(jìn)行配重的實(shí)施方案經(jīng)有關(guān)的專(zhuān)家與領(lǐng)導反復論證，公認在技術(shù)上是完全可能的，但是在國產(chǎn)300MW高壓—中壓合缸汽輪機組上尚無(wú)先例，出于技術(shù)的探索和設備生產(chǎn)運行的需要，有必要進(jìn)行一次試驗。

首先對與高中壓轉子相連的主油泵小軸在試驗臺上進(jìn)行了單體高速動(dòng)平衡。然后在對應#3螺孔(彎曲凹點(diǎn))方向調速級加重237g，中壓P11級加重195g，合計配重432g。

5 結束語(yǔ)

冷態(tài)啟動(dòng)機組，測量汽輪機№1軸振動(dòng)幅值，中速1200r/min暖機沒(méi)有明顯增加與變化，臨界轉速時(shí)0.20mm，定速3000r/min時(shí)0.24mm，并網(wǎng)帶負荷200MW時(shí)0.18mm，300MW時(shí)0.15mm。連續運行兩個(gè)月考核，在額定轉速的不同負荷工況下，轉子軸振幅值變化幅度正常，最大值降低0.07～0.10mm，機組軸系振動(dòng)趨于穩定，應用平衡工藝控制減振取得明顯成效。該機組連續運行301天，創(chuàng )華中電網(wǎng)300MW機組運行時(shí)間最長(cháng)記錄。(end) 熱像儀相關(guān)文章:熱像儀原理