汽轮机发电机组安装过程中减少机组振动因素分析

2011-12-31李庆丰

中国新技术新产品 2011年23期

李庆丰

（广东火电工程总公司，广东广州 510730）

由于汽轮发电机组一般存在体积大、重量重、部件多等特点，而机组运行时候会产生强迫振动和自激振动，当振动超过允许的范围时，会导致机组其他零部件松动、断裂、损坏设备等情况，造成机组使用寿命缩短。当机组长期在振动超标的状态下运行时，直接影响着汽轮发电机组的安全运行，甚至造成停机及整台机组毁坏事故。本文结合汽轮发电机组安装过程，从以下一些方面来讨论减少影响机组振动的因素：

1 地脚螺栓和锚固板的安装

(1)由于汽轮发电机转速高，振动大，对安装基础要求高，对汽轮发电机的安装精度要求也十分严格。

(2)汽轮发电机的安装、定位、紧固是由地脚螺栓和锚固板与基础连接，根据相关图纸及参考资料设计一套合理的可调式地脚螺栓及锚固板金属框架式支撑固定结构，不但能精确地定位地脚螺栓及锚固板，确保后续汽轮发电机组的顺利安装，而且加强了地脚螺栓及锚固板区域的基础支撑刚度，从某方面可减少因基础问题产生的机组振动。如基础支撑为预埋台板，方法同仿。

2 基础处理和台板安装

(1)严格地按照图纸及规范的要求进行基础的检查验收及处理，基础处理方面在此主要强调基础表面油污的处理及二次灌浆区域基础的錾毛。

(2)上述两项未按要求处理将直接影响到今后基础二次灌浆料与基础的亲和力，由此将直接降低了区域基础支撑刚度。另外，应在台板未就位之前将基础錾毛好以避免台板就位后局部区域无法有效处理。

(3)台板安装前应先改善垫铁的布置，垫铁布置原则按制造厂提供的图纸要求布置，补充或增加垫铁的布置参考规范。如垫铁布置不太合理，地脚螺栓紧固时，台板刚性较差容易变形，产生间隙。另外，如果垫铁接触不实也易降低区域的抗振能力。

(4)在台板安装方面，在此侧重讨论一下台板铲刮。规范要求台板与汽缸、与轴承座接合面应光洁无毛刺，并接触严密，接触面四周用0.05mm塞尺检查应塞不入。一般来说施工前制造厂家及许多单位都认为不需要铲刮台板，因为台板与汽缸、与轴承座接合面均经过精密铣床加工，且出厂前制造厂已经对台板进行了研刮，故应该符合安装要求；再加上所有汽轮机部件重量均落在台板上,只要台板下部垫铁布置得当,垫铁荷重分配合理,原有的间隙会因台板微小变形而消除。而实际上由于运输及存放的原因,台板接合面接合并不严密,特别是台板与轴承座接合面,较大的间隙在汽缸就位安装时是不能消除，故需采取传统的台板研磨方法处理。尽管增加了工作量，但能有效保证台板的安装质量，减少了因台板安装质量问题产生的振动因素。

3 基础沉降影响

若基础存在不均匀沉降将直接影响到汽轮机的过程安装及最终安装质量，运行时各轴承受力不均，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。

3.1 规范要求沉降观测至少应配合下列工序

（1）基础养护期满后（原始数据）;（2）汽轮机全部汽缸就位和发电机定子就位前后；（3）汽轮机和发电机二次浇灌混凝土前;（4）整套试运行后等。为了确保安装质量，应加强过程控制，除了遵守制造厂相关规定外，还应考虑增加其他沉降检测工序控制点，如增加关于凝汽器灌水试验、汽轮发电机靠背轮找中心、扣缸前、对轮连接前、汽机抽真空、机组启动前等沉降检测工序等，通过对观测点沉降数据的积累和分析，确定基座的相对沉降量，为机组安装提供依据。

3.2 当遇基础不均匀沉降，致使隔日的测量记录有明显变化时，不得进行设备的相关安装工作，应加强监测并研究处理

3.3 另外，从其它工程的经验来看，载荷变化和气温变化对基座的不均匀沉降影响最大

在施工前期制定施工综合进度时，应使汽轮发电机基座尽早浇筑完毕；编制专业施工组织设计时应根据汽轮发电机一条线的安装工序作统筹安排，尽早对凝汽器进行灌水试验，将联轴器联接时间后移，从而减少从低发联轴器联接到机组投运的时间间隔；制定设备交付计划时，尽早将设备荷载作用在汽轮发电机基础之上等。

4 轴承座、轴承安装

(1)轴承座底平面与基础台板接触不良、地脚螺栓未按要求紧固或紧力不均匀等将降低轴承座的联接刚度，从而降低了轴承座的抗振能力。轴承安装过程中，由于轴瓦紧力、垫块接触、顶隙和连接刚度等方面问题都可能影响轴承的抗振能力。故在安装过程中应高度重视，严格按要求控制安装质量。

(2)重视轴承的标高问题，如果转子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，将造成轴瓦内的油膜形成不好或根本不能建立油膜。由此极易诱发机组的自激振动或产生碾瓦现象，从而引发机组振动。因此，安装期间，应根据制造厂家的建议，再结合各厂的实际情况对机组的轴承标高进行认真的调整。另外，根据不同组设计特点，考虑各轴承标高情况，预先在具体垫铁配制过程中留有相应的预抬量，便于调整，以满足不同轴承负荷的要求。

(3)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，或造成动静碰磨情况的发生，从而引起机组振动。因此，应严格地按照图纸及规范的要求在安装前对推力瓦进行检查处理，在安装过程中进行推力瓦间隙和接触程度的检测并作好记录。

5 转子叶片问题

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，应严格地按照图纸及规定的要求对现场到货的转子叶片进行检查处理，各级叶片逐一进行外观检查，转子叶片及复环应无松动和损伤，镶嵌应平整，无凸出部分。另外，现场还应对叶片进行静频率试验等，有效确保转子叶片的质量。

6 机组中心影响

严格的讲，机组中心应包括转子与汽缸或静子的同心度、支撑转子各轴承的标高、轴系连接的同心度和平直度。关于轴承标高对机组振动的影响，前面已经讲到。现重点介绍其他两个方面。

(1)如果转子与汽缸或静子的同心度偏差过大，则可能会引起汽流激振、电磁激振和动静碰磨。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。

(2)当联轴器法兰外圆与轴颈不同心、联轴器法兰止口或螺栓节圆不同心、端面瓢偏、连接螺丝紧力明显不对称时，不论圆周和端面如何正确，当把连接螺栓拧紧后，都会使连接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。

(3)针对机组中心问题，安装期间，应按照图纸要求，在制造厂家的指导下，同时结合现场的实际情况，并根据相关工程经验综合考虑半缸和全缸情况、凝汽器接缸、灌水试验、抽真空，及运行工况等方面的影响进行相关的调整处理，以减少因机组中心问题对机组振动造成的影响。通常来说以低压转子作为汽轮机发电机组轴系的基准转子，其前后轴径的扬度按照其设计要求控制调整，整条轴系的找正都是以基准的低压转子为基础进行，相关静止部套、缸体等再分别相对于转子进行调整。联轴器找中心应根据联轴器中心偏差的测量结果来进行调整。

7 滑销系统影响

不论是汽轮机还是发电机，当机组带负荷受热后都要产生膨胀，而又不能让其自由膨胀，滑销系统就是用于引导整个机组按预定方向自由膨胀，保证汽轮发电机组动、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。当由于某种原因使滑销系统卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到限制时就会引起机组较大的振动，严重时以至于不能开机或引起动静碰磨，从而造成更大的破坏。因此，应严格地按照图纸及规范的要求进行滑销系统的检查、安装。

8 动静间隙

8.1 汽轮机转子与汽缸和轴封之间以及发电机转子与静子之间都存在间隙

（1)当汽轮机转子与汽缸之间的间隙过大时，汽轮机效率会下降；(2)当汽轮机转子与轴封之间的间隙过大时可能引起蒸汽外泄或空气内漏，从而影响机组的效率和真空；(3）当发电机转子与静子之间的间隙过大时，同样影响发电机的效率。（4)但是，它们之间的间隙又不能过小，否则将引起动静碰磨，进一步会使机组的振动变化，以至于机组振动超标。因此，现场按制造厂要求合理调整它们之间的间隙是非常重要的。

9 活动部件

在安装期间应特别注意，保证没有其它活动部件留存在汽缸内部，如果有活动部件进入汽轮机，运行时活动部件可在气流的冲击下撞伤甚至损坏汽轮机叶片，引起机组振动。如果活动部件留存在发电机内，则可能引起发电机内部短路，造成严重事故。

10 浮动油挡安装影响

为了增加密封效果，很多机组加装了浮动油挡。如果浮动油挡设计、制造、安装不当，都可能引起振动。如浮动油挡径向安装间隙过小造成与转轴之间发生了干摩擦，浮动油挡与转子凸肩之间的轴向间距预留的不够，导致机组受热膨胀后浮动油挡与转子凸肩发生轴向碰磨，以及浮动油挡轴向定位部件安装不当造成轴向偏斜等等。

因此，在安装时，应将径向间隙适当放大，保持合理的径向和轴向间隙；考虑机组受热膨胀，转子的不同位置膨胀量不同，应在安装前检查油挡安装位置，如浮动油挡与转子凸肩之间的轴向间距预留的不够，应及时采取处理措施；浮动油挡安装应固定牢固，必要时可考虑增加固定方式，避免因轴向定位部件安装不当造成轴向偏斜等。另外，对浮动油挡可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等，减小浮动油挡碰磨对轴系振动的影响。

11 机组真空影响

机组真空和排汽缸温度总是相辅相成的，其中一个因素的变化必然引起另一个因素的改变。对于轴承座落在排汽缸上的机组来说，真空变化时大气压力对排汽缸的功能力就要变化，使和排汽缸连成一体的后轴承座发生上下位移；真空变化时，排汽温度变化，使排汽缸热膨胀值变化，也会引起后轴承座上下位移，这些都能影响机组中心在垂直方向的变化，若处理不当时就可能引起振动。因此，应重视涉及真空方面的安装工作，做好系统真空查漏工作，发现问题及时处理，有效保证安装质量。同时安装过程中应根据制造厂家的建议及相关工程经验提前考虑机组抽真空及运行情况下的影响因素，在轴承座安装过程中，提前考虑轴承标高的预留量，对轴承的标高进行调整。

12 发电机、励磁机磁场中心不对称发电机、励磁机磁场中心不对称有两种：

12.1 轴向磁场中心不对称

12.2 圆周方向磁场中心不对称引起空气间隙不对称，前者易发生周期性的轴向振动，后者会引起静子的振动

考虑到减少振动问题，应加强现场的安装调整工作。在现场测量方面原则上发电机的空气间隙和磁力中心无特殊原因应现场进行测量，但由于结构原因无法进行空气间隙现场测量时，如端盖轴承式发电机的空气间隙安装过程中对出厂装配位置未变动者可不再测量；由于结构原因无法按常规方法进行磁力中心直接测量时，在穿转子前可采用分别做好定子、转子轴向相对位置的外引值的方法，来确定磁力中心。对于轴向磁场中心和空气间隙问题，可根据现场实际在制造厂家的指导下进行调整，以确保设备的轴向磁场中心和空气间隙符合要求。另外，在安装过程中定期对发电机转子、定子进行绝缘测试等相关工作，确保机组安全运行。