某300 MW汽轮发电机轴系中心调整简析

(大唐国际托克托发电有限责任公司，托克托 010206)

0 引 言

汽轮发电机是火力发电厂中最重要的转动设备，机组的安全、健康运行是设计、安装、检修的综合反应；轴系对中情况直接关系着机组安全运行，轴系不对中对轴瓦负荷分配、汽封块间隙调整有直接影响，甚至导致动静摩擦、汽流激振、油膜振荡等轴系稳失稳缺陷；本文以轴系中心不正危害为基础，依托某电厂300 MW汽轮发电机运行情况，结合轴系中心数据、油挡洼窝中心、轴系扬度、轴瓦垫铁配置原则，阐述轴系中心调整思路及最优方案的选择，为机组检修提供依据。

1 轴系不对中的危害

轴系不对中通常是指相邻两转子两相邻的转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏斜程度；转子不对中包括联轴器不对中和轴承不对中，其中联轴器不对中包括平行不对中、偏角不对中以及平行偏角三种形式；轴系不对中主要的危害如下[1-3]：

1.1 轴系振动异常

轴系不对中使两联轴器连接后产生附加弯矩、剪切力，转子在转动过程中产生附加的交变应力，使转子发生异常振动；在运行过程中，振动以1X、2X为主，且轴系不对中越严重2X所占比例就越大；且轴系轨迹一般为月牙形、香蕉形、“8”字形，涡动方向为正向。

1.2 轴系失稳

轴系不对中使转子中心位置发生偏斜，造成围带间隙、隔板汽封间隙不均匀，机组变工况运行时产生不均匀的激振力，使转子发生汽流激振造成轴系失稳，该现象一般发生在高中压转子振动以0.5X或接近转子一阶临界转速频率；另外，轴系不对中造成联轴器两侧轴承负荷发生变化、严重时使轴颈与轴承间形成锥形油楔，使油膜稳定性发生变化，使转子发生半速涡动或油膜振荡，振动频率与汽流激振类似。

1.3 动静摩擦

轴系不对中造成的动静碰磨主要由于自由状态下圆周、端面预留数值偏差较大所产生，如某机组高-中联轴器中圆周方向中心偏差：高压转子高0.15±0.02 mm、端面方向偏差：0±0.02 mm；但回装测量高-中联轴器中心数据为：高压转子高0.58 mm，上张口0.03 mm，从中心数据可得对轮连接后高压侧端部轴封下半间隙趋势减小、中压侧端部轴封上半间隙趋势减小；因此，转子原始不平衡力与轴系不对中导致的激振力叠加导致转子振动位移的幅值增大、高中压侧端部汽封间隙的减小，最终导致发生动静碰磨；其振动频率一般以1X为主，摩擦较为剧烈时可激发出多倍频振动，振动波形图为削波形状。

2 轴系中心调整原则

轴系中心调整的目的是尽量恢复机组安装、上次检修时转子与汽缸的位置，恢复轴系扬度、合理分配各轴瓦负荷使各转子连接后为一条光滑、连续的曲线，使转子与汽缸、隔板保持同心，减小汽封间隙的调整量；针对轴系中心调整过程中可能出现的误差，总结经验如下：

2.1 数据测量

2.1.1 轴系轴系扬度测量

分别在全缸、半缸、对轮连接、对轮解体状态，测量轴系扬度，掌握轴系扬度规律。

2.1.2 汽缸、油挡洼窝中心测量

分别在全缸、半缸，联轴器连接、解体状态，测量汽缸、油挡洼窝中心，掌握不同工作状态下轴系中心的变化规律。

2.1.3 轴系中心测量

全缸、半缸状态下，测量对轮中心，掌握全缸、半缸状态下轴系中心的偏差中。

2.2 轴系中心调整原则

计算各轴瓦动量与中心、张口变化比例关系，轴系中心调整总体为以修前各轴瓦运行状态为参考，结合轴系扬度、汽缸、油挡洼窝中心及轴系中心，以“远调面、近调圆”为基础，按照轴瓦动量最少、合理分配各轴瓦载荷、尽量将轴系扬度趋势恢复到设计值为原则进行调整。

2.3 轴瓦垫铁配置原则

在检修过程中，改变轴系中心主要通过改变轴颈标高来实现的，轴颈标高调整主要通过在下轴瓦垫铁内加减垫片或改变轴承箱位置；由于垫铁具有一定的宽度，在配置垫铁垫片时，若只按左右垫铁与垂直垫铁中心线夹角a进行配置，容易导致垫铁与轴承箱洼窝处出现虚脚、虚接触现象(如图1所示)，轴瓦垫铁配置原则如下所示：

2.3.1 轴瓦垂直方向移动

假设轴瓦向上移动Y，则两侧、下部垫铁内需加垫片，如果仅按照夹角a进行计算，则垫铁A出容易出现虚脚，因此左右垫铁配置垫片时应考虑垫铁弧度，最底部垫铁由于最底部接触不需考虑垫铁弧度，左右侧两侧垫铁加垫应为+Ycos(a-p),底部加垫+Y(如图1所示)。

2.3.2 轴瓦水平方向移动

假设轴瓦水平向左移动X，如果仅按照夹角a进行计算，右侧垫铁上部A侧容易出现虚脚，左侧垫铁下部C容易出现虚脚，则垫片配置：左侧-Xsin(a-p)，右侧+Xsin(a+p)(如图1所示)。

图1 轴瓦垫铁配置示意图

3 方案简析

某电厂300 MW汽轮机为东方汽轮机厂制造，型式为亚临界、一次中间再热、两缸两排汽凝汽式湿冷汽轮机，汽轮发电机轴系由高中压转子、低压转子、发电机转子及励磁机组成；另外，1、2号轴瓦轴承箱为落地轴承，3、4号轴瓦轴承箱坐落于低压缸为落缸式轴承。在某次A修时发现中-低、低-发联轴器中心偏差较大，结合修前机组运行情况、轴系中心解体数据、轴系中心调整原则，制定轴系中心调整方案，简析如下：

3.1 修前机组运行情况

以机组100%THA工况进行参考，在机组运行过程中除1瓦轴振偏大(最大140 um)，2号轴瓦相对于其他瓦温度偏高(88 ℃)，其余各瓦轴振、瓦温、回油温度均处于优良状态，相关运行参数如下：

3.1.1 机组振动情况

1X/Y：140/92 um，2X/Y：42/31 um，3X/Y：22/19 um，4X/Y：34/27 um，5X/Y：24/27 um，6X/Y：28/25 um。

3.1.2 各轴瓦瓦温/回油情况

1瓦：67/53 ℃，2瓦：88/49 ℃，3瓦：67/59 ℃，4瓦：71/50 ℃，5瓦：74/52 ℃，5瓦：76/54 ℃，6瓦：74/54 ℃。

3.2 轴系中心数据测量

根据轴系中心调整原则，轴系中心调整需测量全缸、半缸状态下联轴器中心、轴颈扬度、油挡洼窝中心偏差，并绘制轴系中心示意图(如图二所示)，相关内容如下：

(1)中-低联轴器：全缸状态：高中压转子偏低0.295 mm，高中压转子偏右0.015 mm下张口0.0875 mm，右张口0.0025 mm；半缸状态：高中压转子偏低0.525 mm，高中压转子偏左0.025 mm，下张口0.1525 mm，左张口0.0175 mm(设计值：高中压转子偏低0.36-0.40 mm，左右偏差 0±0.02 mm，下张口0.04-0.06 mm，左右张 ≤0.03 mm)；

(2)低-发联轴器：全缸状态：低压转子偏低0.305 mm，低压转子偏左0.095 mm，下张口0.075 mm，左张口：0.015 mm；半缸状态：低压转子偏低0.175 mm，低压转子偏左0.025 mm，下张口0.1175 mm，左张口0.0175 mm(设计值：低压转子偏低 0.10-0.14 mm，左右偏差0±0.02 mm，下张口0.01-0.02 mm，左右张口≤0.03 mm)；

图2 轴系中心示意图

3.3 轴系中心方案确定

3.3.1 轴系中心方案制定

该电厂300 MW汽轮发电机轴系中心方案制定总体思路主要依据：降低对主油泵洼窝中心的影响、尽量减少各轴瓦的的调整量、恢复各轴颈扬度的趋势，分别制定3种方案，并计算各个方案对轴颈扬度、油挡洼窝中心的影响，见表1。

表1 轴系方案的制定 (单位：mm)

表2 调整后各轴颈扬度的变化 (单位：mm/m)

表3 调整后各油挡洼窝中心偏差变化 (单位：mm)

备注：水平偏差“+”代表中心偏右，反之偏左；垂直偏差“+”代表中心偏上，反之偏下。

3.3.2 最优方案选择

按照以上方案调整，轴系中心均能满足设计值要求，调整后轴系扬度与设计中趋势保持一致，但方案3最接近设计值扬度；另外，考虑到2号轴瓦瓦温相对于其他轴瓦温度高，该方案可以降低2号轴瓦负荷，有利于机组后续安全、稳定运行；因此，确定方案3为最终调整方案；各方案优缺点如下：

(1)方案1优点：1号轴瓦保持不动，对主油泵洼窝中心影响较小，2、3号轴瓦调整量较小，有利于后续检修工作的开展，但对降低2瓦载荷、恢复轴系扬度影响不大；

(2)方案2优点：3、4号轴瓦不做调整，有利于后续低压缸工作的进行，但1号轴瓦调整量较大，对主油泵洼窝中心影响较大，不利于后续高中压缸检修工作的开展；

(3)方案3优点：4号轴瓦不动、3号轴瓦动量较小，有利于低压缸后续检修工作；且该方案可以降低1号轴瓦扬度，使扬度更接近设计值；同时，可兼顾降低2瓦载荷。

4 结束语

本文围绕轴系不对中的危害、轴系找中心原则、垫铁配置原则并结合某电厂轴系中心调整方案对轴系找中方案进行简析；在机组运行中，轴系不对中是机组冷态检修、热态运行的综合体现；因此，根据机组运行情况合理制定轴系调整方案是至关重要的环节；除此之外，对轴系调整过程中误差管控也是不可或缺的环节。