方伋

（杭州中能汽輪動(dòng)力有限公司，浙江 杭州 310018）

汽輪機(jī)出廠前進(jìn)行空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，以驗(yàn)證汽輪機(jī)安裝質(zhì)量。主要包括潤(rùn)滑油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、主油泵性能、動(dòng)靜間隙等裝配質(zhì)量。通入廠用蒸汽，啟動(dòng)、升速、定速和停機(jī)的全過(guò)程，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量，判斷振動(dòng)、脹差、熱膨脹參數(shù)是否合格，各系統(tǒng)能否正常工作達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)以品控部門編制的《汽輪機(jī)空負(fù)荷試車大綱》作為指導(dǎo)，對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)記錄，包括振動(dòng)、瓦溫、回油溫度、惰走時(shí)間。對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。某臺(tái)25MW純凝機(jī)組在空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)過(guò)程中，軸承座振動(dòng)偏大。轉(zhuǎn)速達(dá)到500r/min、振動(dòng)升高至50μm,增加暖機(jī)時(shí)間,軸振動(dòng)恢復(fù)到正常值,繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速至2300r/min時(shí),振動(dòng)又突然升高至60μm，機(jī)組設(shè)計(jì)振動(dòng)報(bào)警值為53μm。

汽輪機(jī)振動(dòng)過(guò)大可能會(huì)造成轉(zhuǎn)子、軸瓦、汽封的磨損；造成設(shè)備故障；降低汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性；松動(dòng)連接部件；危急遮斷器誤動(dòng)作，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁不見(jiàn)松動(dòng)、損壞。在試車階段振動(dòng)過(guò)大機(jī)組不允許出廠。采用因果分析法對(duì)該臺(tái)機(jī)組進(jìn)行質(zhì)量分析。

1 因果分析法

振動(dòng)過(guò)大主要涉及轉(zhuǎn)子、軸承、汽封、軸承座等零部件。此次分析從這些零部件的設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)四個(gè)環(huán)節(jié)分析，采用因果分析法，對(duì)可能存在的問(wèn)題逐一排查。在分析過(guò)程中，先繪制出“魚(yú)骨圖”見(jiàn)圖1，列出各個(gè)零部件從設(shè)計(jì)和加工中可能引起振動(dòng)過(guò)大的因素。

圖1 因果分析“魚(yú)骨圖”

振動(dòng)分為自振和強(qiáng)制振動(dòng)，自振和轉(zhuǎn)子的自身特性相關(guān)，強(qiáng)制振動(dòng)為外部作用力。

2 分析過(guò)程

振動(dòng)過(guò)大會(huì)對(duì)配合部件造成損傷，開(kāi)缸檢查發(fā)現(xiàn)：推力盤有一定程度的摩擦痕跡，徑向瓦也有明顯的摩擦痕跡。有兩方面的原因引起振動(dòng)過(guò)大：（1）轉(zhuǎn)子不平衡量偏大；（2）轉(zhuǎn)子和軸承同軸度不好。

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡量

本機(jī)組轉(zhuǎn)子為撓性轉(zhuǎn)子，對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡及超速試驗(yàn)，試驗(yàn)要求轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)支撐振動(dòng)小于2.5mm/s，剩余不平衡量按G2.5執(zhí)行。轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)支撐振動(dòng)小于0.6mm/s，轉(zhuǎn)子加工、裝配符合設(shè)計(jì)要求。

圖2

2.2 轉(zhuǎn)子同軸度

標(biāo)準(zhǔn)《汽輪機(jī)總裝技術(shù)條件》要求（見(jiàn)圖3）如下：檢驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，機(jī)組裝配符合設(shè)計(jì)要求。加工、裝配環(huán)節(jié)都符合設(shè)計(jì)要求，最后檢查設(shè)計(jì)合理性。車間裝配記錄數(shù)據(jù)如圖4。

圖3 動(dòng)靜部分同軸度的極限偏差

圖4 車間裝配記錄數(shù)據(jù)(單位μm)

2.3 設(shè)計(jì)原理檢查

（1）座架與基礎(chǔ)。座架與基礎(chǔ)通過(guò)地腳螺栓相連，轉(zhuǎn)子找中心完成后螺釘固定。

（2）座架與軸承座。如圖5所示，前座架與軸承座通過(guò)兩個(gè)鍵（總長(zhǎng)L=790mm））來(lái)保證安裝的直線度。鍵與軸承座總間隙δ=0.04～0.08mm。座架已經(jīng)固定，由于鍵槽引起軸承座最大偏轉(zhuǎn)角

圖5 配合間隙要求

推力盤直徑R=230mm，偏轉(zhuǎn)值

Δl=0.0234mm；推力盤安裝間隙0.4～0.45mm，由于鍵與鍵槽的配合偏差引起的偏轉(zhuǎn)對(duì)推力盤間隙影響很小，不會(huì)造成軸瓦摩擦。

（3）軸承與軸承座。軸承由徑向軸承和推力軸承組合而成，安裝在軸承座內(nèi)。球面座與軸承體裝配完成后過(guò)盈量為0.02～0.04mm，找中心階段球面座可以配合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到推力瓦和推力盤平行。此處需要計(jì)算在正常運(yùn)行時(shí)球面座是否轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算過(guò)程如下：

軸承體和球面座具有s=0.02～0.04mm過(guò)盈，球面接觸面積不小于70%。過(guò)盈量按0.02mm，接觸面積按70%計(jì)算，由于變形產(chǎn)生的擠壓力

式中，s為軸承體和球面座過(guò)盈量；E為材料彈性模量；A為接觸面積；R2為計(jì)算半徑。

允許推力軸向推力

式中，k為摩擦系數(shù)，油潤(rùn)滑取0.05。

計(jì)算允許推力167kN，機(jī)組設(shè)計(jì)試車推力15kN，所以,球面座與軸承體之間在運(yùn)行狀態(tài)和空負(fù)荷試車狀態(tài)都不會(huì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）軸承座和轉(zhuǎn)子。

軸承與軸承座設(shè)計(jì)了同心度的加工安裝要求，由于球面座的存在，軸承座存在與轉(zhuǎn)子不同心的可能。軸承座安裝偏轉(zhuǎn)見(jiàn)圖6。機(jī)組熱態(tài)時(shí),汽缸向前膨脹推動(dòng)前軸承座向前移動(dòng)。轉(zhuǎn)子中心和軸承座中心不一致的情況下容易導(dǎo)致膨脹不暢，軸承座中心偏移，最終表現(xiàn)為軸瓦被刮擦。

圖6 軸承座軸線偏轉(zhuǎn)示意

4 處理方案

經(jīng)過(guò)分析找出導(dǎo)致振動(dòng)的原因——軸承座導(dǎo)向中心和轉(zhuǎn)子中心不同線。增加軸承座垂直度要求，見(jiàn)圖7，檢測(cè)面與水平中分面垂直，要求此面相對(duì)軸承支撐面垂直度小于0.1mm。軸承座加工后，對(duì)此面進(jìn)行檢查，裝配環(huán)節(jié)軸系找中時(shí)對(duì)此面相對(duì)轉(zhuǎn)子中心做垂直度檢查，以此保證軸承中心、軸承座中心、轉(zhuǎn)子中心在同一直線上。按按方案對(duì)軸承座進(jìn)行補(bǔ)加工，裝配增加檢查垂直度，再空負(fù)荷試車，軸系振動(dòng)滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7 垂直度要求

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)車間試車出現(xiàn)軸承振動(dòng)大的問(wèn)題，采用因果分析方法，從加工、裝配、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)分析，軸承座中心與轉(zhuǎn)子中心存在不一致的可能，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)膨脹不暢，從而引起振動(dòng)過(guò)大，出現(xiàn)軸瓦磨損的情況。因果分析法有序列出了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)和相關(guān)責(zé)任部門，可以高效處理零部件質(zhì)量問(wèn)題。