高中壓合缸300MW汽輪機彎曲轉子動平衡

1 引言

某臺國產300MW汽輪發電機組，投運兩年之后，在冷態啟動時連續發生軸振動幅值超標現象。測量顯示，汽輪機高壓轉子的№1軸振動額定轉速時可達0.22～0.26mm，臨界轉速下振幅超過0.30mm。

雖然對應的№1軸承振動幅值不超過0.03mm，由于在定速運行時多次聽到該軸承箱內有明顯異音。進行軸系振動狀態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、動靜局部摩擦、大軸彎曲等重大設備隱患，確定進行汽缸解體檢查。

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級動葉片，中壓部分有6級動葉片。在高壓與中壓之間軸段是“城墻式”汽封槽，簡稱“過橋汽封”。在轉子兩支撐跨度(L=5961mm)內沿軸向長度排放8個百分表，檢測出彎曲變形最大的部位是轉軸中部的“過橋”處，依照聯軸器對輪12個螺孔等分圓，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境溫度的48小時之后，高壓—中壓聯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

該轉子質量重達20t，最小直徑Φ630mm(過橋汽封處)，總長度7351mm，兩支承跨度約6000mm。制造廠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人員也沒有一次加壓校正的把握，而電廠方面迫切希望盡快使機組問題得到解決投產運行，滿足發電任務需求。

依據對轉體不對中與不平衡的轉子動力學的理論分析，結合軸系動平衡的工程應用實踐經驗，降低機組的振動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“過橋汽封”這一段視為剛性體，便于簡化定量計算彎軸產生的不平衡量。

取過橋軸段長度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
過橋段彎曲值δ=0.13mm
過橋段總質量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

如考慮與過橋相鄰高壓和中壓葉輪葉片質量，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，彎軸高點多是發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靜摩擦導致彎軸，在轉子中部集中加重不當，有低轉速時有可能使過橋汽封處產生摩擦，機組難以啟動沖轉到額定轉速?，F場條件限制平衡校正配重試驗只允許一次完成。

對彎軸進行配重的實施方案經有關的專家與領導反復論證，公認在技術上是完全可能的，但是在國產300MW高壓—中壓合缸汽輪機組上尚無先例，出于技術的探索和設備生產運行的需要，有必要進行一次試驗。

首先對與高中壓轉子相連的主油泵小軸在試驗臺上進行了單體高速動平衡。然后在對應#3螺孔(彎曲凹點)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

冷態啟動機組，測量汽輪機№1軸振動幅值，中速1200r/min暖機沒有明顯增加與變化，臨界轉速時0.20mm，定速3000r/min時0.24mm，并網帶負荷200MW時0.18mm，300MW時0.15mm。連續運行兩個月考核，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，創華中電網300MW機組運行時間最長記錄。(end) 熱像儀相關文章:熱像儀原理