135MW汽轮发电机组4号瓦轴振动超标原因分析

张维

摘要：为了确保火力发电机组运行安全，各企业对汽轮机、发电机等重要设备的振动情况都进行了严密的监测，并对轴振、瓦振等数值范围进行了严格规定，当超出标准范围后机组将自动停运。我司3号机组在开机过程中因4号瓦轴振数值超标触发保护动作，造成跳机事件。分析发现，其主要由发电机回水座接触式密封滑块过盈量过大和退让孔加工精度不足引起，通过调整滑块安装间隙、优化退让孔加工工艺，成功消除振动超标缺陷。

关键词：振动；密封滑块；过盈量；退让孔

1.设备概况

我司3号机组汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的N135 13.14/535/535型超高压、中间再热、双缸双排汽、凝汽式汽轮机，并与QF8 135 2型双水内冷发电机配套，于2001年投产运营。汽轮机高中压转子和低压转子由1、2、3号椭圆瓦进行三点支承。发电机转子由4、5号椭圆瓦支承，其转子线圈均采用内部通水冷却，并有独立的内部水系统，该系统由进水座、回水座、发电机转子、管道等组成。该回水座十分靠近4号轴瓦，两者距离约0.5m。2002年，3号机组发电机转子回水座行了升级改造，将回水座水挡密封形式由齿型密封改为哈尔滨某公司的滑块密封。该新型回水座主要由回水座壳体、低压缸侧水挡、发电机侧水挡、密封滑块等组成，其密封滑块与发电机转子采用接触式密封方法，利用0～0.20mm的过盈紧力，成功消除回水座水挡漏水问题。新型滑块密封水挡结构如图一所示。

2017年11月，3号机组按计划开展A级检修工作。根据相关要求，由原回水座改造公司采用包公包料形式，安排专业人员对3号发电机转子回水座进行解体清理并更换新密封滑块。2018年1月13日，3机组启动，当转子冲转至900r/min时，4号瓦轴振跃升至213urn，经过运行人员调整措施及长时间暖机后轴振数值降低到113um，机组继续冲转至3000r/min后定速，但4号瓦轴振数值逐渐增大至253um，轴振保护动作跳机，惰走过程中轴振最大达430um（见图二）。

2.4号瓦轴振动超标原因分析

2.1轴振超标的主要潜在因素

汽轮发电机组引发轴振超标的因素很多，但主要包括：1）结构设计因素影响，2）运行调整因素影响，3）检修安装因素影响三个方面。

2.2潜在因素排查

（1）结构设计因素影响

2017年11月A级检修前，3号汽轮发电机组连续正常运行16年，各项参数均符合相关标准要求，未发生过4号瓦轴振超标现象，且结构相同的4号机组也为发生过类似问题，因此排除因结构设计不合理引发4号瓦轴振超标可能。

（2）运行调整影响

3号机组启动过程中，蒸汽温度、压力、真空度、汽缸温差、缸胀、胀差、轴封蒸汽温度等参数均无异常，疏水、暖机、冲转等操作正确，可以排除运行调整因素对4号瓦轴振超标的影响。

（3）检修安装影响

检修安装影响主要分为转子质量不平衡影响、联轴器同心度影响、轴承自身特性影响、轴系中心影响、滑销系统影响、动静间隙影响，加工工艺影响等。

在刚完成的3号机组A级检修中，检修人员对汽轮机、发电机及各附件都进行了彻底的解体、检查与修复工作。转子上轮毂、叶片、拉筋、围带、平衡块及其它零件未发现松脱、断裂、磨损等异常情况，转子弯曲、瓢偏等数值符合要求，可排查转子质量不平衡影响；中低压联轴器同心度、低发联轴器同心度修后数值均小于0.02mm，符合标准要求，且较修前0.03mm有所下降，可排除联轴器同心度影响；轴瓦接触、间隙、紧力、轴系中心、滑销间隙等各项数据满足标准要求，可排除轴承自身特性、轴系中心、滑销系统等相关因素影响。

3号机组启动冲转过程中，高中压缸、低压缸各部位均未发现碰磨现象，可排除汽轮机动静间隙不当影响。但在对发电机及各附件进行现场检查时，发现发电机转子回水座位置有明显碰磨声音。对比A级检修前后汽轮发电机组各瓦振动数据可以发现，1～5号瓦的瓦振变化较小，1、5号瓦轴振数值同样变化较小，2、3号瓦轴振数值小幅上升，4号瓦轴振数据大幅上升（见表一）。因此，初步怀疑是靠近4号瓦的发电机转子回水座水挡密封滑块动静间隙不合理，过盈量过大，造成4号瓦轴振超标。

2.2准确原因确认：

为确定轴振超标准确原因，2018年1月14日，3号机组再次启动，冲转至900r/min时4号瓦轴振达182um。再次发现发电机转子回水座低压缸侧有明显碰磨声，利用红外测温仪测量该处轴颈温度达60。C左右，比发电机侧温度明显偏高（发电机侧轴颈温度约30。C左右），且同类型的其他3台机组该位置的轴颈温度也在30。C左右，确认3号机组回水座低压缸侧水挡密封滑块与轴颈存在严重碰磨现象。

解体发电机转子回水座，发现低压缸侧水挡密封滑块存在磨损、高温烧糊现象（见图三）。测量密封滑块在磨损0.9mm后仍有接近1mm过盈量（过盈量标准要求：0～0.20mm），过盈量超标严重。因此，回水座水挡密封滑块动静间隙不合理，过盈量过大，与发电机转子发生严重碰磨，是3号汽轮发电机组4号瓦轴振超标的主要原因。

同时，发电机转子回水座密封滑块退让孔一般是经过现场定位后再利用电钻、三棱刀等工具进行手工制作。由于三棱刀手工铰孔存在难度大、精度低等问题，此次低压缸侧水挡中部分密封滑块退让孔加工精度出现较大偏差（见图四），滑块存在卡涩现象。该部分密封滑块卡涩后，无法灵活的根据发电机转子位置实时进行伸缩、进退，引发转子受力不均，破坏平衡状态，加剧发电机转子的振动。因此，回水座密封滑块退让孔加工精度不足，也是3号机组4号瓦轴振超标的主要原因。

3.处理方案

3.1密封滑块安装间隙调整

（1）发电机侧密封滑块安装间隙

回水座发电机侧水挡正对发电机，且距发电机端盖不足200mm，如果出现发电机侧水挡漏水现象，将直接飞溅至发电机壳体，大幅降低发电机绝缘数值，严重威胁机组运行安全。因此，回水座发电机侧水挡密封滑块间隙取合格范围中的较大值：0.15～0.20mm，即与发电机轴颈保持0.15～0.20mm的过盈紧力。

（2）低压缸侧密封滑块安装间隙

发电机转子回水座低压缸侧水挡背对发电机，且距离发电机相对较远，即使轻微漏水对发电机运行安全影响较小。因此，在咨询回水座生产厂家专家意见后，将回水座低压缸侧水挡密封滑块间隙调整为0.15～0.20mm，即与发电机轴颈不接触，保持0.15～0.20mm的间隙。

3.2优化退让孔加工工艺

（1）发电机回水座水挡密封滑块退让孔现场定位后，应选用4.0mm钻头钻孔，再利用4.0mm铣刀进行扩孔，确保退让孔加工精度，严禁使用钻头、三棱刀进行扩孔。

（2）水挡密封滑块安装后应确保其伸缩、进退动作灵活，各滑块之间过度圆滑，滑块圆心与发电机转子圆心重合。

（3）回水座装复完毕后，低压缸侧水挡密封滑块与轴颈接触面使用0.15mm塞尺应能够全周通过。同时，发电机侧水挡滑块与轴颈接触面使用0.01mm塞尺应不能塞入。

经过上述处理，2018年1月17日，3號机组再次启动，4号瓦轴振数值大幅下降至0.06mm以下，汽轮机、发电机等重要设备各项参数正常，机组顺利并网发电。

4结论

通过以上分析，3号机组4号瓦轴振超标引发跳机事故的主要原因是发电机接触式回水座密封滑块过盈量过大和退让孔加工精度不足。在确保机组安全的情况下，我司通过扩大低压缸侧滑块间隙、增加发电机侧滑块过盈紧力、采用铣刀扩孔等方式调整密封滑块间隙、优化退让孔加工工艺，成功达到消除4号瓦轴振超标缺陷的目的。