某超超临界汽轮机1号轴承轴振异常原因分析及处理

张丰田，应光耀，王崇如，杨少宇，陈晓春

（1.国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江 宁波 315800；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

某超超临界汽轮机1号轴承轴振异常原因分析及处理

张丰田1，应光耀2，王崇如1，杨少宇1，陈晓春1

（1.国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江 宁波 315800；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

介绍了某发电厂上汽超超临界N1000-26.25/600/600（TC4F）型汽轮机轴系和1号轴承结构，分析了1号轴承轴振异常故障高发的原因。提出了全新的综合检修方案，有效提高1号轴承的承载力和自位能力，减小高压缸气流激振力，使1号轴承轴振合成值幅度从检修前的90～120 μm降至45～55 μm，并基本保持稳定，且对负荷变化、主蒸汽温度变化不再敏感，振动水平达到了优秀标准。

汽轮机；轴承；振动；气流激振；硬度

0 引言

上汽－西门子型百万机组轴系主要由高压转子、中压转子、低压转子、发电机转子及集电环转子组成，各转子之间均采用刚性联轴节连接。汽轮机中压转子、低压转子均采用单轴承支撑，轴承座为落地式结构。汽轮机的4根转子由5个径向椭圆轴承支撑，而发电机与励磁机转子由3个径向椭圆轴承支撑，其轴系布置如图1所示。

图1 轴系布置示意

1号轴承结构如图2所示。轴承本体由上半壳体（1）、 下半壳体（4）、 球面瓦枕（5）和调整垫片组成。轴承壳体内侧浇铸有巴氏合金。上下壳体通过圆锥销和螺栓联结在一起。轴承体设有4只轴承金属测温元件，采用热电偶（A，B）。轴承的球面瓦座支撑球面瓦枕，允许球面瓦枕在球面瓦座内作一定的滚动，以和转子弯曲曲线相配合，球面瓦座本身用螺栓固定在轴承座内。键（7）限制了轴承壳体横向移动，键（6）限制轴承体向上运动。调整垫片（8，9）用于调整轴承的中心。

图2 1号径向轴承

由上海汽轮机厂（简称上汽）引进德国西门子技术自主制造的超超临界N1000-26.25/600/600（TC4F）型汽轮机，具有优越的经济性能。该型号汽轮机在国内已有二十多台机组投入商业运行，如：上海外高桥发电厂2台、曹泾发电厂2台、江苏彭城发电厂2台、浙江华能玉环发电厂4台、宁海发电厂2台、金陵发电厂2台、广东平海发电厂1台、连云港新海发电厂1台。但其普遍存在1号轴承轴振偏高现象，严重威胁机组的安全运行，至今仍未找到良好的解决方案[1-6]。对此，提出了针对性检修方案，有效低了1号轴承轴振幅度，为解决超超临界汽轮机轴振异常问题提供了参考。

1 某汽轮机组1号轴承振动偏高原因分析

1.1 检修前运行情况

2015年5月机组中修后开机至2015年9月期间，1号轴承轴振基本稳定在45～65 μm，处于比较好的运行状态。2015年10月轴振开始迅速爬升，最后在90～120 μm之间波动，数据详见表1。2016年4月停机前的最后阶段，需要采用以下运行方式调整才能抑制1号轴承轴振：

（1）负荷不变时，将主蒸汽温度由600℃降至565℃左右。

（2）升降负荷，使机组运行负荷远离1号轴承振动较高的负荷区域。

（3）投运顶轴油系统。

在2015年5月份中修后开机的4个月内，1号轴承轴振都处于一个较好的振动水平，之后开始逐渐恶化，之前几次检修同样存在类似情况。在1号轴承每次检查中都发现瓦座滑动支撑面变形严重，瓦枕与瓦座已不能相互滑动，轴承基本失去自位能力。振动主要是通频分量，低频和高频分量所占比重较低，振动相位变化不大，振动异常因动静碰磨引起的可能性很小[7-11]。降低主蒸汽温度、升降负荷改变主蒸汽流量，可以降低转子气流激振力[12-16]。投运汽轮机顶轴油系统，能够增加1号轴承油膜厚度和刚性，并在一定程度上补偿1号轴承的自位性能力，提高1号轴承的稳定性。在所有的控制策略中，投运顶轴油效果最为明显。综合以上对运行数据和控制振动策略的分析，1号轴承振动异常的主要原因如下：

表1 1号轴承修前振动（通频/工频）峰峰值数据

（1）1号轴承瓦座滑动支撑面变形，失去自位能力。

（2）1号轴承的稳定性不足。

（3）高压缸气流激振力较大。

1.2 设备解体分析

设备解体后检查高中靠背轮中心数据为：上张口0.01 mm，左张口0.005 mm。根据汽轮机轴系设计曲线，高中靠背轮要求是下张口。另外，1号轴承瓦温度检修前偏低，说明1号轴承标高偏低，承载力不足，稳定性变差。

1号轴承瓦座球型接触面因硬度不足而变形严重（见图3），对应瓦枕的4只螺栓孔和1只吊耳孔部位已经明显凸起，导致瓦枕和瓦座卡死不能相互滑动，使1号轴承失去自位能力。检查发现瓦座、瓦枕硬度均只有170 HB，明显偏低（设计要求：瓦座硬度为230～250 HB，瓦枕硬度为180～190 HB）。

高压缸碰缸检查结果详见表2，发现缸体与转子的径向位置与设计存在偏差，导致气流激振力增加。

从解体情况分析，1号轴承轴振异常的可能原因如下：

（1）1号轴承瓦座滑动支撑面变形严重，已失去自位能力。

图3 瓦座解体图

表2 高压缸碰缸数据

（2）1号轴承承载力不足，使其稳定性降低。

（3）高压缸径向通流间隙不符合设计要求，引起转子气流激振力增加。

1.3 1号轴承轴振异常的原因总结

上文根据运行数据和设备解体情况对1号轴承振动进行了分析，2种分析所得结论基本吻合，即引起1号轴承轴振异常的主要原因如下：

（1）1号轴承瓦座滑动支撑面变形严重，已失去自位能力，另外1号轴承承载力不足，这两方面原因降低了其稳定性。

（2）高压缸径向通流间隙与设计存在偏差，增大了转子气流激振力。

2 检修方案

根据运行数据和解体分析结果，需要提高1号轴承瓦座滑动支撑面硬度和光洁度，提高其自位能力；提高1号轴承标高，增大其承载力；调整高压缸径向通流间隙，降低气流激振力。具体检修方案如下：

（1）更换1号轴承瓦枕，瓦座。将瓦枕硬度提高至200 HB，瓦座硬度提高至240 HB，以提高其耐磨性，避免因其变形卡涩而失去自位能力。

（2）改善1号轴承瓦枕和瓦座传统研刮工艺，经初步研刮后，再用研磨膏进行研磨，提高其接触面积和光洁度，提高其自我调节性能。

（3）调整高中靠背轮中心，由原来的上张口0.01 mm改为下张口0.01 mm，保证轴系符合设计要求。将1号轴承标高抬高0.30 mm，提高其承载力，增加1号轴承稳定性。

（4）调整高压缸缸体中心，使高压转子和高压缸体径向间隙满足设计要求，减小气流激振力。

3 检修后运行情况

检修后在汽轮机冲转过程中，1号轴承振动合成值约为35～45 μm，如图4所示。从带负荷至满负荷，振动值稳定在40～55 μm之间，如图5所示。从机组复役运行至今，1号轴承振动合成值基本稳定在45～55 μm之间，且对负荷变化、主蒸汽温度变化不再敏感，较检修前有了大幅降低，振动水平达到了优秀标准。

图4 冲转时1号轴承轴振情况

图5 正常运行时1号轴承轴振情况

4 结语

上汽超超临界 N1000-26.25/600/600（TC4F）型汽轮机1号轴承稳定性不足，抗干扰能力差，高压缸气流激振力大，容易引发轴振异常。消除1号轴振异常的有效方法主要有：抬高1号轴承标高，增加其承载力；提高其瓦枕和瓦座配合面硬度、接触面积和光洁度，提高1号轴承自位能力；通过碰缸检查调整动静间隙，减小高压缸气流激振力。检修方案实施后，该机组1号轴承振动合成值幅度从修前的90～120 μm大幅降至45～55 μm，并基本保持稳定，且对负荷变化、主蒸汽温度变化不再敏感，振动水平达到了优秀标准。

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参考文献的作用及要求

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编辑部摘编

Cause Analysis and Treatment of Shaft Vibration Abnormality of No.1 Bearing of an Ultra-supercritical Steam Turbine

ZHANG Fengtian1， YING Guangyao2， WANG Chongru1， YANG Shaoyu1， CHEN Xiaochun1

（1.Guodian Zhejiang Beilun No.1 Power Generation Co.， Ltd.， Ningbo Zhejiang 315800， China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China）

Shafting and#1 bearing structure of a N1000-26.25/600/600 （TC4F） ultra-supercritical steam turbine of a power plant made in Shanghai Turbine Plant are introduced in this paper.The causes of the frequent shaft vibration of#1 bearing are analyzed.A new comprehensive overhaul scheme is proposed，which could enhance bearing capacity and self-aligning ability effectively and in the meantime reduce steam current vibra tion force of the high pressure cylinder.After this overhaul，the shaft vibration amplitude of#1 bearing greatly decreases from 90～120 μm before the overhaul to 45～55 μm and basically keeps steady； besides，it is no longer sensitive to change of load and main steam temperature，and the vibration gets up to an excellent standard.

steam turbine；bearing； vibration； steam current vibration； hardness

10.19585/j.zjdl.201709017

1007-1881（2017）09-0080-04

TK263.6+4

B

2017-06-21

张丰田（1978），男，工程师，主要从事汽轮机本体研究。（本文编辑：张 彩）