3号汽轮机振动超标原因分析和解决办法

秧未（天津石化热电部，天津 300271）

3号汽轮机振动超标原因分析和解决办法

秧未（天津石化热电部，天津 300271）

通过分析3号汽轮机检修数据，并结合振动状态监测结果，分析出3号汽轮机振动超标的原因，并提出解决办法。

汽轮机；振动；联轴器；瓢偏值

天津石化热电部3号汽轮机原为武汉汽轮机厂CB25—90/ 41/13型单缸冲动抽汽背压式汽轮机，因节能需要于2013年3月本体部分更换为杭州汽轮机厂B17-8.83/4.2（HGS71/40）型单缸反动式背压汽轮机。该机自2013年3月底改造后试运以来，振动及#2瓦温度一直超标，虽公司多次组织专家诊断、检修处理、甚至发电机转子在线做动平衡，效果仍然不佳，目前该机仍带病运行。本文认真梳理3号汽轮机检修数据并结合振动状态监测结果，分析出振动超标的原因并提出解决办法。

1 检修数据分析

两根转子通过刚性联轴器连接后，由于#2、3瓦处轴颈相距较近，考虑机械加工误差，#3瓦扬度值应在0.10-0.15mm/m，而实测值为0.25 mm/m，可推断出对轮端面出现了瓢偏。电机转子较长而且较重，材质为优质碳钢，汽轮机转子较短且轻，材质为优质合金钢，在相同外力作用下，显然发电机转子先受损。对轮直径为610 mm，发电机对轮端面到#3瓦轴颈中心距离为650 mm，可估算出瓢偏值在10丝左右。

是什么力使发电机转子在联轴器处的轴头发生弯曲、对轮端面瓢偏值超标呢？

在检修中，取出下瓦检查时，为了赶工期或为了省事，在不解开联轴器螺栓的情况下，常在所修的轴瓦处将轴颈用天车吊起一定高度，然后将瓦取出。以检修#4瓦为例，在#4瓦附近将大轴通过钢丝绳用天车吊起时，由于两个转子为一刚性轴，则大轴将会以#1瓦为支点逐渐抬高，由相似三角形性质可求出#4瓦轴颈分别抬高50、40、30丝时，#2、3瓦轴颈的抬高值。计算过程如下：

设#1-#4瓦轴颈抬起值分别为h1、h2、h3、h4，则h1=0，

h2÷h3=2916÷（2916+1425）=0.67，

h2÷h4=2916÷（2916+1425+5760）=0.29，

当h4=50，40，30丝时，可求出h3、h4，见表1，单位均为丝（0.01mm）。

表1 各轴颈抬高值

#1、2、3瓦顶部间隙在0.35-0.60 mm，以上抬起值理论上可能。由于整根转子自身重力作用会产生一定的静弯曲，实际数值应偏小。但用天车起吊转子，抬起值不好控制，极容易出现抬起值较大的情况。

从上表可以看出当#4瓦轴颈抬起某值时，会使#2、3瓦失去支撑作用，整根大轴的重量将由#4轴颈处的钢丝绳和#1瓦承受，为方便计算，可将大轴简化为一简支梁，上部分别受各自转子重量的均布荷载，发电机转子重心在#3、4瓦重心间距的中点，汽轮机转子的重心在#1、2瓦中心间距的中点。

P2=16t，P1=5.25t，

换算为牛顿有，P2=16×1000×9.8=156800N，P1=5.25×1000× 9.8=51450N，

∑MB=0有，2880×P2+（5760+1425+2916÷2）×P1=V1×（2916+ 1425+5760）

V1=（2880×156800+8643×51450）÷（2916+1425+5760）= 88730 N，

整根转子最薄弱点在发电机转子对轮根部，该处轴颈直径为270mm，距#1瓦中心4058mm，该截面与#1瓦间转子受自重均布荷载作用。取该横截面形心O为矩心，发电机转子联轴器（含轴头、螺栓、螺母）质量为492Kg，由静力平衡方程

∑Mo=0有，M=V1×4.058-51450×（4.058÷2）=88730×4.058-（51450+492×9.8）×2.029=245891N·m

该处圆的抗弯截面模量WZ=（π·d3）÷32=（3.14×0.273）÷32= 1.93×10-3，

该横截面上的弯曲应力为

δ=M÷WZ=245891÷（1.93×10-3）=127MPa

查阅厂家资料，转子材质为优质碳钢，其基本许用应力值为140 MPa，计算出该截面的弯曲应力小于基本许用应力值，为什么还会出现变形呢？

以下原因仍可能使该轴颈变形：

（1）#3机发电机转子曾于2004年返武汉汽轮发电机厂检修轴颈，原厂家发现联轴器端面瓢偏值严重超标、达22丝，自联轴器根部，轴头出现弯折。经电厂专业人员确认后厂家加工端面使瓢偏值正常。该截面出现过变形，强度降低。

（2）各瓦及轴承座油档间隙较小，顶部间隙为20丝左右。当#4瓦处轴颈抬起过高时，会使转子在#3瓦轴承座油档处受阻力，加大计算截面处的应力，使其超出许用应力而受损。

（3）轴颈加工时留下伤痕或材料自身存在缺陷，均会使截面强度降低。

联轴器瓢偏值超标后，以其为基准找两转子中心，虽对轮中心对正很好，两转子中心仍会偏差较大。

2 #3机运行状况

2014年4月29日，#3机检修后启动，代负荷后#4瓦水平振动升高、最大达6丝、垂直振动也达4丝，#1瓦轴振在50μm以下，#2瓦温度88℃。

5月8日，发电机转子在线做动平衡。做完动平衡后，#4瓦水平振动下至3丝，#1瓦轴振上升到98μm，而且低负荷时可达102μm，#2瓦温度也上升至93℃左右。8月9日，#1高调门伺服阀故障，不得不关停该阀、开大其余阀门，机组#1瓦轴振下降至53μm，#2瓦温度也下降至88℃左右，目前该机以此状态运行。

振动频谱以1倍频为主，为中心不正特征。

机组长期以此状态运行，会加大转子疲劳受损，缩短其使用寿命。

3 振动原因分析

从检修数据和振动特征综合分析，判断该机组振动异常的原因是转子中心不正，而联轴器找中心时外圆和张口均在2丝以内，造成转子中心不正的主要原因是联轴器端面产生瓢偏。

4 解决办法

（1）#3机应安排一次检修，检查各瓦正常后，测量发电机转子联轴器端面瓢偏值，如其超标，应判定为联轴器轴头又发生弯曲。可尝试加工专用测量工具，联轴器找正时，端面找正以# 3瓦轴颈为基准找汽轮机联轴器端面，外圆找正以汽轮机联轴器为基准找发电机#3瓦处轴颈外圆，找好中心后，在对轮张口处加合适的不锈钢垫片后上紧对轮螺栓。由于测量精度受专用工具刚度影响较大，能否成功难以断定。最彻底的解决办法是转子返厂进行精密测量后加工联轴器端面，使瓢偏值正常，再做动平衡。按以上处理后，联轴器螺栓孔需重绞，并重配螺栓。

（2）应修订检修规程，加入以下规定：对于刚性或半挠性汽轮发电机转子，联轴器螺栓未解开时，严禁抬起转子联轴器远端的轴颈。

5 结语

#3汽轮机于10月初停运检修，测出发电机转子对轮瓢偏值达12丝，发电机转子返厂检修后，机组各瓦振动达到优秀标准。

［1］陈维新.工程力学［M］.北京：高等教育出版社，1997.

秧未，高级工程师，本科，现从事热电厂设备管理工作。