徐百成，李衛(wèi)軍，吳文健，蔡文方，應(yīng)光耀

（1.浙江省火電建設(shè)公司，杭州310016；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

9FA燃?xì)廨啓C(jī)高中壓轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)的分析與處理

徐百成1，李衛(wèi)軍2，吳文健2，蔡文方2，應(yīng)光耀2

（1.浙江省火電建設(shè)公司，杭州310016；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

介紹了9FA燃?xì)廨啓C(jī)高中壓轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)的原因、振動(dòng)特征及處理措施。通過對1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)高中壓轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)的原因分析，提出了避免動(dòng)靜碰摩的具體措施，可供同類機(jī)組參考。

9FA燃機(jī)；高中壓轉(zhuǎn)子；碰摩振動(dòng)；處理

0 引言

美國GE公司與哈電集團(tuán)聯(lián)合生產(chǎn)的9FA燃?xì)廨啓C(jī)組具有啟動(dòng)靈活、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，浙江省已投產(chǎn)8臺(tái)該型機(jī)組，但有4臺(tái)機(jī)組的高中壓轉(zhuǎn)子在調(diào)試過程中發(fā)生了動(dòng)靜碰摩，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致高中壓汽封磨損[1，2]。本文對9FA燃?xì)廨啓C(jī)高中壓轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)的原因、特征及處理措施進(jìn)行分析，并通過典型案例，介紹了避免動(dòng)靜碰摩的經(jīng)驗(yàn)和措施，可供同類機(jī)組參考。

1 機(jī)組簡介及軸系圖

9FA燃?xì)廨啓C(jī)組由PG9315FA型燃?xì)廨啓C(jī)、D10型三壓帶再熱系統(tǒng)的汽輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)組成，軸系布置如圖1所示。汽輪機(jī)為超高壓機(jī)組，其轉(zhuǎn)子由高中壓轉(zhuǎn)子（下文簡稱HP-IP轉(zhuǎn)子）和雙分流低壓轉(zhuǎn)子構(gòu)成，均為整鍛實(shí)心雙支撐轉(zhuǎn)子，3號(hào)、4號(hào)瓦為橢圓瓦，HP-IP轉(zhuǎn)子的實(shí)測臨界轉(zhuǎn)速為1 330～1 380 r/min。

9FA燃機(jī)容量為390 MW，與其配套的汽輪機(jī)為高中壓缸合缸，且為單層缸，高壓缸、中壓缸進(jìn)汽溫度均為565℃，壓力分別為9.6 MPa和2.1 MPa。

該型汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子在調(diào)試運(yùn)行中多次出現(xiàn)由動(dòng)靜碰摩引起的振動(dòng)故障。

圖1 9FA燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組軸系布置

2 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)分析

2.1 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)原因分析[3]

（1）HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙偏小。為提高效率，高中壓缸的汽封、隔板汽封、軸封間隙設(shè)計(jì)得很小，在安裝或檢修時(shí)，現(xiàn)場難以根據(jù)制造廠提供的間隙值合理把握。在機(jī)組啟動(dòng)或運(yùn)行過程中，若出現(xiàn)軸封汽溫度不匹配、上下缸溫差偏大（大于35℃）、汽缸膨脹不暢、汽缸跑偏等情況，會(huì)改變動(dòng)靜間隙，因此新機(jī)組啟動(dòng)或機(jī)組檢修后的啟動(dòng)過程中常會(huì)發(fā)生碰摩振動(dòng)。

（2）HP-IP轉(zhuǎn)子中部的軸封段較長，軸封間隙偏小，轉(zhuǎn)子在過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)中部振動(dòng)較大，因此機(jī)組在啟動(dòng)或停機(jī)階段也容易發(fā)生碰摩。

2.2 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)的特征

HP-IP轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰摩時(shí)，轉(zhuǎn)子受碰摩的影響，會(huì)在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生不均勻溫度場，從而引起熱變形即熱不平衡，轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)始終以基頻（1X）分量為主，同時(shí)還有其它高頻分量。

碰摩初期，碰摩產(chǎn)生的熱變形會(huì)使振動(dòng)逐漸增大，若碰摩情況不嚴(yán)重，經(jīng)過一段時(shí)間后，動(dòng)靜碰摩點(diǎn)脫離，溫差減小，振動(dòng)逐漸恢復(fù)正常。若動(dòng)靜碰摩嚴(yán)重，則碰摩點(diǎn)無法脫離，碰摩持續(xù)，溫差增大，轉(zhuǎn)子振動(dòng)快速爬升，最終導(dǎo)致振動(dòng)發(fā)散，機(jī)組停機(jī)。

2.3 HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩處理措施

HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩的處理措施比較復(fù)雜，當(dāng)前主要的方法為：

（1）磨合運(yùn)行，擴(kuò)大動(dòng)靜間隙。HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩故障出現(xiàn)后，要設(shè)定合適的振動(dòng)打閘值，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，如軸封汽溫度、真空值等，在振動(dòng)不發(fā)散的前提下進(jìn)行“磨合”運(yùn)行。機(jī)組經(jīng)過多次啟停與較長時(shí)間的運(yùn)行，動(dòng)靜間隙擴(kuò)大，碰摩故障可能會(huì)消除。若在磨合過程中振動(dòng)出現(xiàn)快速爬升或大幅波動(dòng)，應(yīng)立即停機(jī)，待振動(dòng)穩(wěn)定后再啟動(dòng)。

（2）降低HP-IP轉(zhuǎn)子不平衡殘余量。若HPIP轉(zhuǎn)子同時(shí)存在較大的原始不平衡量，應(yīng)先進(jìn)行精細(xì)動(dòng)平衡試驗(yàn)。降低HP-IP轉(zhuǎn)子的不平衡殘余量，使機(jī)組處于較好的原始振動(dòng)水平，減少或消除碰摩故障發(fā)生的可能。

（3）通過調(diào)整HP-IP缸體下沉量[4]或軸承標(biāo)高，改變動(dòng)靜間隙或軸頸中心位置。

（4）若轉(zhuǎn)子多次發(fā)生碰摩振動(dòng)，且改善不明顯，則建議利用揭缸檢修機(jī)會(huì)對轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜間隙進(jìn)行檢查調(diào)整，適當(dāng)放大動(dòng)靜間隙。

3 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)分析與處理實(shí)例

3.1 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)現(xiàn)象

2012年11月27日18∶38，某發(fā)電廠8號(hào)機(jī)組定速3 000 r/min下，3X振動(dòng)為110 μm，其余各瓦振動(dòng)均在65 μm以下；運(yùn)行幾分鐘后，3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)快速爬升，3X軸振在10 min內(nèi)爬升到216 μm，致使機(jī)組停機(jī)。停機(jī)降速過程中，3號(hào)、4號(hào)瓦軸振明顯高于升速過程中的振動(dòng)，具體數(shù)據(jù)見表1。3號(hào)瓦X向軸振趨勢圖、波特圖如圖2、圖3所示。

圖2 3號(hào)瓦X向軸振趨勢

圖3 3號(hào)瓦X向軸振波特

11月28日，將軸封汽溫度調(diào)整至190℃、真空調(diào)整至-91 kPa，8號(hào)機(jī)組再次啟動(dòng)到3 000 r/min，運(yùn)行時(shí)間延長了十多分鐘，振動(dòng)現(xiàn)象和11月27日一致。

3.2 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)分析

8號(hào)機(jī)組運(yùn)行過程中，HP-IP轉(zhuǎn)子振動(dòng)特征如下：

（1）8號(hào)機(jī)組定速3 000 r/min約10 min后，3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)開始快速爬升，最終分別爬升至216 μm和131 μm，且以1X分量為主。3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)基頻爬升的變化量分別為132 μm和101 μm，相對較大；相鄰1號(hào)、5號(hào)瓦的振動(dòng)變化量分別為70 μm和30 μm，相對較小。表明3號(hào)瓦、4號(hào)瓦振動(dòng)爬升的原因可能是HP-IP轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)靜碰摩、靠背輪螺栓松動(dòng)或?qū)χ胁涣肌?/p>

停機(jī)并投盤車直軸后，對燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子和HP-IP轉(zhuǎn)子的靠背輪以及3號(hào)、4號(hào)瓦軸承螺栓進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)。再次啟動(dòng)升速至400 r/min時(shí)，3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)均小于30 μm，振動(dòng)恢復(fù)至原來值，可排除HP-IP轉(zhuǎn)子對中發(fā)生變化的可能。

（2）機(jī)組停機(jī)降速過程中，在1 500 r/min以下時(shí)，3號(hào)瓦振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的下降而快速爬升，在轉(zhuǎn)速降至400 r/min時(shí)，振動(dòng)爬升到246 μm。在1 360 r/min的HP-IP轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速下，3號(hào)瓦振動(dòng)最大，原始振動(dòng)與摩擦振動(dòng)疊加，致使其HP-IP轉(zhuǎn)子在低速時(shí)發(fā)生了嚴(yán)重動(dòng)靜碰摩。判斷HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩的原因可能是：其一，HPIP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙過小，其出廠值要求小于0．25 mm，容易產(chǎn)生碰摩。其二，HP-IP轉(zhuǎn)子原始振動(dòng)偏大，不利于HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩故障的消除。

3.3 HP-IP轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)處理措施

根據(jù)以上分析，認(rèn)為碰摩主要由動(dòng)靜間隙偏小、原始不平衡量偏大引起，為此采取以下措施。

3.3.1 不揭缸的動(dòng)靜間隙調(diào)整

通過調(diào)整高中壓缸相對轉(zhuǎn)子中心位置來調(diào)整高中壓缸的動(dòng)靜間隙。根據(jù)安裝數(shù)據(jù)，結(jié)合碰摩振動(dòng)的數(shù)據(jù)變化量，調(diào)整高中壓缸的下沉量，即調(diào)整汽封間隙并保證汽隙的均勻性[4]。經(jīng)測量與計(jì)算，將高中壓缸調(diào)端、電端相對于轉(zhuǎn)子中心在出廠值的基礎(chǔ)上分別下調(diào)0．2 mm和0．3 mm。調(diào)整后，8號(hào)機(jī)組于11月29日啟動(dòng)，在3 000 r/min下的運(yùn)行時(shí)間最長為85 min，振動(dòng)情況有所好轉(zhuǎn)，但未徹底消除。

3.3.2 動(dòng)平衡降低HP-IP轉(zhuǎn)子軸振

調(diào)整動(dòng)靜間隙后，8號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間最長85 min、最短只有35 min就會(huì)發(fā)生動(dòng)靜碰摩。同時(shí)，機(jī)組定速3 000 r/min運(yùn)行時(shí)，3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)相對穩(wěn)定時(shí)分別為106 μm和90 μm，且以基頻為主，表明HP-IP轉(zhuǎn)子上存在一定的不平衡量。為此可通過動(dòng)平衡手段降低3號(hào)、4號(hào)瓦原始不平衡量，對消除動(dòng)靜碰摩有利。經(jīng)對振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，在燃?xì)廨啓C(jī)與HP-IP轉(zhuǎn)子對輪上靠近3號(hào)瓦側(cè)加重0．115 kg。加重后，3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)均小于80 μm，原始振動(dòng)明顯降低，振動(dòng)有較大改善。加重前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2。處理后，在8號(hào)機(jī)組沖管期間，3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)較穩(wěn)定，HP-IP轉(zhuǎn)子未出現(xiàn)嚴(yán)重動(dòng)靜碰摩振動(dòng)現(xiàn)象。

表1 8號(hào)機(jī)組不同轉(zhuǎn)速時(shí)X向軸振數(shù)據(jù)

表2 8號(hào)機(jī)組HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡前后振動(dòng)數(shù)據(jù)μm

3.3.3 HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙調(diào)整

168 h試運(yùn)行結(jié)束后，利用機(jī)組調(diào)停機(jī)會(huì)，對高中壓缸揭缸檢查，發(fā)現(xiàn)上缸隔板汽封及葉頂汽封與轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)靜碰摩，且磨損程度較大，各級磨損也不均勻。

根據(jù)檢查情況，在不吊出HP-IP轉(zhuǎn)子的情況下，對發(fā)生碰摩的汽封齒進(jìn)行修復(fù)，并調(diào)整汽封間隙，使汽封齒的間隙略大于0．3 mm。處理后，8號(hào)機(jī)組3號(hào)、4號(hào)瓦在不同工況下的最大振動(dòng)分別為95 μm和71 μm，且未再發(fā)生HP-IP轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰摩現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過對9FA燃?xì)廨啓C(jī)HP-IP轉(zhuǎn)子的碰摩振動(dòng)分析，以及對某發(fā)電廠1臺(tái)機(jī)組的HP-IP轉(zhuǎn)子典型碰摩振動(dòng)分析及處理實(shí)例，得出HP-IP轉(zhuǎn)子葉頂汽封、隔板汽封、軸封等間隙偏小是產(chǎn)生碰摩的主要原因，HP-IP轉(zhuǎn)子不平衡殘余量偏大會(huì)使碰摩振動(dòng)故障更容易發(fā)生。若要提高9FA燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免碰摩發(fā)生，應(yīng)采取如下措施：

（1）降低HP-IP轉(zhuǎn)子的不平衡殘余量，可減輕或抑制其動(dòng)靜碰摩，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）高中壓缸隔板汽封、葉頂汽封、軸封的間隙值均應(yīng)大于0．3 mm，且應(yīng)均勻。

[1]吳文健，吳斌，戴惠慶．大型9FA燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的振動(dòng)試驗(yàn)研究及處理[J]．浙江電力，2013（7）∶38－41．

[2]應(yīng)光耀，章小忠，吳文?。?F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組嚴(yán)重碰摩診斷分析及處理[J]．汽輪機(jī)技術(shù)，2010（1）∶74－76．

[3]楊建剛．旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2007．

[4]彭永會(huì)．聯(lián)合循環(huán)汽機(jī)中心和通流間隙調(diào)整[J]．大型鑄鍛件，2007（4）∶29－32．

（本文編輯：龔皓）

Analysis and Treatment on Rubbing Vibration of HP-IP Rotors for 9FA Gas Turbines

XU Baicheng1，LI Weijun2，WU Wenjian2，CAI Wenfang2，YING Gangyao2
（1.Zhejiang Thermal Power Company，Hangzhou 310016，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The reasons，characteristics and treatment measures of HP-IP rotors rubbing vibration for 9FA gas turbines are introduced.By case analysis on rubbing vibration of HP-IP rotors for a 9FA gas turbine，the paper proposes countermeasures against collision between movable and static parts，providing reference for units of the same type.

9FA gas turbin；HP-IP rotor；rubbing vibration；treatment

TK268+.1

：B

：1007-1881（2014）12-0038-03

2014-10-07

徐百成（1959-），男，浙江東陽人，高級工程師，主要從事汽輪機(jī)組安裝、調(diào)試工作。