1概述
余熱電站的一些汽輪機組各軸瓦振動值的增大以致超標，會嚴重影響安全運行。其結果會加劇機組工作性能的降低或使機組根本無法工作。機組的軸瓦或轉子葉片等部件，因受附加的動載荷而加劇磨損、疲勞，甚至破裂，從而影響機組的運行壽命，或造成事故。
汽輪機組在投入運行的幾個月后，各軸瓦的振動值隨著運行時間的延續(xù)而逐漸增大。早期階段比較3～4個月前后的振動測量值才能看出變化，之后振動變化速度逐漸加快，但不論在早期、中期、晚期，在1～2天內振幅和相位基本是穩(wěn)定的。部分運行參數(shù)，如汽缸的絕對膨脹，軸瓦溫度，轉子軸向位移等測點，顯示的數(shù)值變化通常不明顯。較為嚴重的機組，在振動值開始增大，其后的一兩個月內，逐漸增大至接近在線振動測點的聯(lián)鎖保護設定值，只得停機檢查處理。
振動值發(fā)生上述變化時，首先應根據(jù)收集的運行參數(shù)變化，初步分析和判斷出現(xiàn)異常振動的原因。
其次，應結合運行參數(shù)的變化，在停機檢修時，注意檢查后汽缸等部位與廠房固定位置的相對參照點，測量并與原始安裝數(shù)據(jù)比對。例如檢查后汽缸托架與后導板接觸面是否出現(xiàn)間隙等，判斷汽缸是否出現(xiàn)位移。如果機組振動缺陷較嚴重，決定揭汽缸檢修，還應檢查汽缸內部通流部分部件的摩擦，轉子彎曲變化和聯(lián)軸器中心變化等。
此外，還應結合這些軸瓦振動的型式進行分析判斷。
2測量和檢查
2.1檢查汽缸或凝汽器結構數(shù)據(jù)的變化
(1)后汽缸與后導板結合面檢查在后汽缸與后導板的的結合面之間，用塞尺檢查汽缸兩側的后導板是否存在局部間隙。此項檢查應分別在機組運行和停運時進行，以便于分析比較。例如，對出現(xiàn)問題的某臺機組測量，顯示后汽缸右側導板上的振動值大于對稱轉子布置的左側導板。運行時用塞尺檢查后汽缸托架與導板的結合面，發(fā)現(xiàn)后汽缸右側托架與導板結合面之間出現(xiàn)大面積間隙，最大間隙約為0.35mm，停機后檢查最大間隙達到0.70mm以上，不接觸面積占總接觸面積的50%以上。對左側托架與導板的檢查，發(fā)現(xiàn)也同樣存在局部間隙，機組運行時約為0.08mm，停機后約為0.40mm，不接觸面積占總接觸面積的25%以上。
上述存在的間隙說明，后汽缸與固定基礎位置的后導板之間出現(xiàn)了相對位移。顯然，后汽缸托架與導板結合面間隙越大，相對位移就增大，振動值也隨之增大。
(2)機組安裝原始結構數(shù)據(jù)的對照檢查機組安裝時應設有固定位置與汽缸某處標高的相對參照測點，發(fā)現(xiàn)軸瓦振動值開始增大時，可根據(jù)這些參照測點，定期測量并將各時期的記錄比較，確認后汽缸等相對基礎的位移變化，得到準確的結論。
機組停機檢修時，根據(jù)當前測量與原始安裝的結構數(shù)據(jù)進行比對。主要測量內容包括，非落地式結構的2號軸瓦處轉子軸頸的揚度，聯(lián)軸器中心出現(xiàn)變化等。
例如，對出現(xiàn)問題的某機組的檢查發(fā)現(xiàn)，凝汽器四角的底座上，左側和右側的各四個彈簧高度變化較大，左側比右側的所有彈簧高度值大約降低15mm。顯然是凝汽器左側的彈簧受循環(huán)水管道下沉等外力的影響，彈簧受到壓縮，造成彈簧高度值變化。這也說明凝汽器設備的本身出現(xiàn)了位移。
(3)前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結合面檢查機組運行時，前汽缸單側貓爪橫銷下的墊塊，開始出現(xiàn)緩慢向外移出的現(xiàn)象，用手錘輕輕敲入墊塊復位后，第二天或數(shù)小時內又再次向外移出。伴隨這種現(xiàn)象出現(xiàn)的就是機組振動值逐漸增大。或者相反，某些對振動值增大出現(xiàn)較敏感的，如2號和3號瓦為非落地式軸承的機組，是隨著振動值的逐漸增大，然后出現(xiàn)單側貓爪橫銷下的墊塊緩慢向外移出現(xiàn)象。這時應注意檢查前汽缸貓爪橫銷與墊塊結合面的間隙。例如，對出現(xiàn)問題的某機組，停機后用塞尺檢查，右側貓爪橫銷與墊塊之間的結合面存在0.15mm間隙。上述檢查到此間隙的存在，則應該是前汽缸與前軸承箱的支撐之間出現(xiàn)了相對位移。
2.2檢查汽水管道等位置與固定結構的變化
(1)循環(huán)水管道檢查
循環(huán)水管道的檢查內容，即檢查管道是否發(fā)生下沉。汽輪機組的四根循環(huán)水的進出水管道全部布置在凝汽器的一側。在與凝汽器連接的每根垂直管道上，設計采用一件帶有伸縮短節(jié)的蝶閥，即伸縮蝶閥。
由伸縮蝶閥的結構因素決定，當循環(huán)水管道出現(xiàn)下沉時，首先反映的是，伸縮短節(jié)上兩平行法蘭的相對尺寸變化和漏水。這些反映可以作為判斷循環(huán)水管道下沉的直接依據(jù)。例如，某余熱機組在投運約6個月時即發(fā)生伸縮蝶閥漏水現(xiàn)象，割開伸縮蝶閥附近的四根垂直管道后，管道下沉高度約為150mm。循環(huán)水管道沿垂直方向下沉情況見圖1。
由圖1可以看出，循環(huán)水管道的下沉，直接對管道連接凝汽器即后汽缸的一端施加下沉方向的外力。此余熱機組的循環(huán)水管道布置在機組軸線的左側，導致凝汽器左端支撐彈簧高度相應的壓縮變形減小。
循環(huán)水管道的下沉方式有所不同，例如，出現(xiàn)問題的某機組，凝汽器的循環(huán)水管道，在四件蝶閥伸縮短節(jié)的兩平行法蘭處，出現(xiàn)左側向上的傾斜位移，只是兩平行法蘭因整圈連接螺栓的限位作用，才阻擋了位移的繼續(xù)發(fā)展。四件伸縮短節(jié)兩平行法蘭的傾斜位移方向是一致的。測量檢查伸縮短節(jié)兩平行法蘭的左右側，即兩平行法蘭對稱180°兩點的距離差值，h2-h1≥10mm～20mm。循環(huán)水管道蝶閥伸縮短節(jié)法蘭的傾斜變形，見圖2。
由圖2可以看出，循環(huán)水管道出現(xiàn)的是以某點為支撐，傾斜管道軸線的下沉。此傾斜變形，使得伸縮短節(jié)兩平行法蘭處安裝時的預壓縮余量尺寸完全被消耗后，還使凝汽器即排汽缸受到向上部方向的外力。
此余熱機組的循環(huán)水管道布置在機組軸線的右側，蝶閥伸縮短節(jié)兩平行法蘭處左側向上的傾斜變形，導致后汽缸右側托架受到向上的外力。
(2)主蒸汽管道檢查
除負荷低于6MW的機組采用一根主蒸汽管道外，余熱汽輪機組的主蒸汽管道，一般是在電動隔離閥后，連接三通分兩路向上的熱壓彎頭，經對稱軸線布置在機組兩側的垂直管道，連接兩速關閥，然后匯入前汽缸的調節(jié)汽室。
通過主蒸汽管道的彈簧支架或滑動支架的變形直接觀察，特別是在出現(xiàn)問題的機組停機時，如彈簧支架，滑動支架的滑動面脫離管道，或在管道的彈簧支架處發(fā)現(xiàn)彈簧傾斜，變形等異?，F(xiàn)象，說明主蒸汽管道的異常位移，應判斷管道位移對前汽缸的影響。
例如，某余熱機組振動值增大速度較快，檢查主蒸汽管道位移異常，在前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結合面檢查，兩側貓爪橫銷都存在間隙。揭汽缸檢修時，解開與速關閥連接的主蒸汽法蘭，發(fā)現(xiàn)左側連接法蘭端面錯口較嚴重，用拉管道進口法蘭的方式取出連接螺栓，測量錯口值為30mm以上。
3振動值增大的原因分析及處理
3.1原因分析
(1)循環(huán)水管道下沉，造成凝汽器即后汽缸的位移
如上所述，循環(huán)水垂直管道設置有伸縮蝶閥。蝶閥的伸縮短節(jié)可有限地部分軸向壓縮，消除壓縮方向的部分應力。因此，伸縮短節(jié)的主要作用，一是可有限地部分消除運行機組凝汽器設備本體對循環(huán)水管道向下的應力;二是便于安裝和檢修時更換蝶閥和連接的墊片。而伸縮蝶閥對拉伸方向的應力是沒有補償作用的。即伸縮短節(jié)不能消除如循環(huán)水管道自身下沉等異?，F(xiàn)象的應力。
當伸縮蝶閥發(fā)生漏水現(xiàn)象時，一般可確認為循環(huán)水管道的下沉。而在此前，凝汽器已經受到外力荷載。下沉位移值是逐漸增大的，這時已經形成設備的永久變形。投運約6個月的某余熱機組(見圖1)，左側布置的循環(huán)水管道下沉拉動凝汽器左側向下位移，凝汽器左側比右側的所有彈簧高度值大約降低15mm，后汽缸左側受到向下的荷載，導致右側托架與導板結合面產生間隙。隨著振動值逐漸增大，檢查后汽缸托架與導板結合面的間隙也在逐漸增大，充分說明后汽缸位移的影響。
同理，對循環(huán)水管道蝶閥伸縮短節(jié)傾斜的某臺機組(見圖2)，也可以很清晰地解釋其后汽缸右側托架受到向上的外力，與導板結合面出現(xiàn)間隙的現(xiàn)象。
循環(huán)水管道下沉，造成后汽缸位移的同時，還會直接導致前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結合面出現(xiàn)間隙，多數(shù)機組后汽缸托架與導板結合面出現(xiàn)間隙和前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結合面出現(xiàn)間隙的現(xiàn)象是同時發(fā)生的。
(2)主蒸汽管道異常，影響前汽缸膨脹，造成位移
主蒸汽管道在某個熱膨脹方向受阻等原因，使熱應力增大。超過材質的屈服應力后，管道即開始變形，熱應力同時會對前汽缸膨脹造成影響，當管道熱應力足夠大時，汽缸即開始變形。隨著這種變形成為永久的變形時，就會與設備固定部件的相對位置發(fā)生改變，前汽缸貓爪橫銷與墊塊的結合面出現(xiàn)間隙。主蒸汽管道異常應力造成的永久變形，使設備結合面出現(xiàn)間隙，直接導致動靜部件間隙的相對運動，振動值即逐漸增大。
(3)根據(jù)振動與時間的關系曲線判斷機組振動特性
從振動監(jiān)測系統(tǒng)DCS中，將振動與時間的關系曲線(振動趨勢曲線圖)打印輸出，利用趨勢曲線診斷振動故障。雖然從DCS中調出的振動趨勢曲線是通頻振幅的變化趨勢，但也能診斷出轉子碰磨、軸瓦自激振動等過程。從運行經驗得知，在運行中機組發(fā)生振動增大的原因只有兩類振動。第一類是包括軸瓦自激振動的低頻振動;第二類是轉子產生了不平衡，轉動部件飛脫、轉軸碰磨等。根據(jù)振動理論，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在該部件上的激振力成正比，與它的動剛度成反比，可用式(1)表示，即
若忽略阻尼，即μ=∞，即使靜剛度很大，動剛度Kd也為0。由式(1)可知，在很小激振力的作用下，軸承將會產生很大的振動，即共振。以下探討的是，由于支撐動剛度降低，在激振力一定時，振幅值的增大問題。
軸承座動剛度的檢測除了與靜剛度和共振放大因素有關外，還與動態(tài)下其連接剛度有關?，F(xiàn)場經驗表明，采用檢測連接部件之間的差別振動，即兩個相鄰的連接部件振幅的差值，是檢查連接剛度的有效方法。
根據(jù)現(xiàn)場經驗，對同一軸承座，同一軸向位置，測點標高在100mm以內的兩個連接件，在連接緊固的情況下，垂直方向振動差值應<2μm，滑動面之間正常的振動差值應<5μm。
實際測試證明，后汽缸的位移，導致汽缸托架與導板結合面產生間隙，即產生支撐動剛度降低，造成上述振動差值的增大。
(4)軸瓦結構型式的不同，對問題機組的損害程度也不同
水泥余熱電站的汽輪機組，一般采用低參數(shù)單缸直聯(lián)式汽輪機帶動發(fā)電機，四個軸瓦結構。2號和3號軸瓦的結構型式，又分為落地式軸瓦和非落地式軸瓦。通過數(shù)次分別對問題機組的檢查和處理發(fā)現(xiàn)，兩種不同結構型式的軸瓦，振動值的增大雖然接近，但對機組損害程度是不相同的。
通過數(shù)次的機組檢修消缺，發(fā)現(xiàn)汽缸內部通流部分發(fā)生動靜摩擦并造成汽封等部件損壞的，一般都出現(xiàn)在2號和3號軸瓦(落地式結構)的機組。
分析認為，由于2號和3號軸瓦為落地式結構，位于獨立的軸承座內，即汽輪機轉子前后端支點全部支承在基礎上，處于固定位置，即轉子不跟隨汽缸的位移而位移，所以當機組出現(xiàn)因汽缸位移等原因導致振動值增大時，汽缸的位移會與固定位置的轉子出現(xiàn)相對位置的改變，即在汽缸內部的動靜部件處，局部間隙增大，或局部縮小至部件的部分接觸，即發(fā)生動靜摩擦。該結構出現(xiàn)問題的機組振動值增大至接近0.07mm時，停機揭缸檢查，通流部分已發(fā)生較為嚴重的摩擦現(xiàn)象。
2號和3號軸瓦為非落地式結構的機組，汽輪機轉子的后端支承在后汽缸上，即轉子后端跟隨后汽缸的位移而位移。汽輪機轉子的前端雖然也同處于固定位置，但由于余熱機組的汽缸位移，大多數(shù)為循環(huán)水管道下沉等造成的后汽缸位移，主蒸汽管道熱應力造成前汽缸位移的事件較少，所以一般不會發(fā)生前汽缸單獨的位移，導致汽缸內部通流間隙處的動靜摩擦。如圖1所述，對出現(xiàn)問題的該結構機組，經揭缸檢查確認，盡管其振動值增大接近0.06mm，連續(xù)幾個月維持運行，通流部分并沒有發(fā)現(xiàn)動靜部件摩擦現(xiàn)象，說明分析是正確的。
2號和3號軸瓦為非落地式結構的機組，振動值增大的典型表現(xiàn)是3號瓦振動值增大的速度比其它軸瓦要快。這是因為，該結構的機組，3號瓦是薄弱處，即反映在3號瓦的振動值最敏感。2號和3號軸瓦為非落地式結構的機組另一特點是，2號和3號軸瓦跟隨后汽缸的位移而位移，直接導致汽輪機和發(fā)電機轉子的中心發(fā)生變化。對該結構機組，在汽輪機中心檢查時發(fā)現(xiàn)，聯(lián)軸器一般會出現(xiàn)轉子下沉導致的下張口，機組運行時即導致振動值的增大。
3.2問題的處理
3.2.1循環(huán)水管道下沉造成汽缸位移的處理
由以上分析，對2號和3號軸瓦為落地式結構的機組，應安排盡快停機處理循環(huán)水管道的下沉。如果是不規(guī)則周期和不規(guī)則振幅增大的振動方式，說明已經出現(xiàn)汽缸內通流部分的動靜部件摩擦，應立即停機和揭汽缸處理。
對2號和3號軸瓦為非落地式結構的機組，如確認只是循環(huán)水管道下沉的原因，則可先消除管道下沉的應力，然后維持機組運行，同時應注意監(jiān)測振動值變化趨勢，待機組隨水泥生產線檢修時再停機處理。
如圖1所述，投運約6個月的某余熱機組，當時對循環(huán)水管道出現(xiàn)下沉的處理方式是，割開伸縮蝶閥附近的四根垂直管道，每根管道焊接加長管。加長管段長度約為150mm，說明這也是管道下沉的高度。處理后機組又連續(xù)運行約一年，振動值增大較慢。然后隨水泥生產線共同檢修，進行揭缸處理。主要處理內容有：
(1)割開連接后汽缸與凝汽器的喉部排汽短節(jié)，鑿開后汽缸兩側導板基礎。
(2)割開四根垂直的循環(huán)水管。
(3)調整凝汽器彈簧。
(4)調整后汽缸兩側導板的墊鐵，消除導板間隙，必要時刮研處理。同時調整汽缸水平和前汽缸貓爪橫銷的間隙。調整后汽缸兩側導板的間隙時，同時應注意保證前軸承座與臺板的滑動面之間不能出現(xiàn)間隙。
3.2.2主蒸汽管道膨脹異常的處理
(1)割開錯口嚴重的法蘭端面下的彎頭。
(2)調整彈簧支吊架。
4幾點想法和體會
(1)循環(huán)水管道的安裝，應考慮防止管道下沉的影響，一定要有防止管道沉降的措施。應重申管道敷設前，把管溝地面用三合土夯實，如遇較差的濕陷性土質，管道必須設置支座。
(2)出現(xiàn)問題的機組，既要調整后汽缸兩側導板的間隙，還要保證前軸承座與臺板滑動面不能出現(xiàn)間隙。實際是在恢復機組安裝時的汽缸水平狀態(tài)。處理方式比新裝機組的汽缸水平找正還要復雜，因此有必要在機組安裝時對循環(huán)水管道的安裝質量給予足夠的重視。
(3)主蒸汽管道的設計，應充分考慮熱膨脹的需要。直管段和支吊架布置的不合理，熱壓彎頭過少，都是熱膨脹的影響因素。
(4)主蒸汽管道的安裝，應嚴格執(zhí)行規(guī)范，管道安裝時，不允許強行拉動管道對接焊口。
5結語
經過對出現(xiàn)振動的部分機組的循環(huán)水管道，主蒸汽管道和汽缸結合面間隙的處理和消缺，此后機組的運行實踐證明，上述處理方式，對消除振動值是有效的。
