高中压合缸300MW汽轮机弯曲转子动平衡

1 引言

某台国产300MW汽轮发电机组，投运两年之后，在冷态启动时连续发生轴振动幅值超标现象。测量显示，汽轮机高压转子的№1轴振动额定转速时可达0.22～0.26mm，临界转速下振幅超过0.30mm。

虽然对应的№1轴承振动幅值不超过0.03mm，由于在定速运行时多次听到该轴承箱内有明显异音。进行轴系振动状态测量试验分析诊断和外部检查，难以排除汽缸内部叶片或围带脱落、动静局部摩擦、大轴弯曲等重大设备隐患，确定进行汽缸解体检查。

2 转子弯轴情况

该机组型号N300—16.6(170)/537/537，为亚临界中间再热、高中压合缸、单轴双排汽凝汽式汽轮机组，临界转速高中压转子1680r/min，低压转子1750r/min。

高压与中压转子大轴是整体合金钢锻件，高压部分有11级动叶片，中压部分有6级动叶片。在高压与中压之间轴段是“城墙式”汽封槽，简称“过桥汽封”。在转子两支撑跨度(L=5961mm)内沿轴向长度排放8个百分表，检测出弯曲变形最大的部位是转轴中部的“过桥”处，依照联轴器对轮12个螺孔等分圆，是对应#3～#9螺孔直径方向。最大弯曲值0.12～0.135mm。

按照设计制造要求，该转轴弯曲量工艺标准应小于0.05mm，当转轴表面金属温度降至室内环境温度的48小时之后，高压—中压联合转子的弓形弯轴值是0.13mm。

3 弯轴转子的不平衡量计算分析

该转子质量重达20t，最小直径Φ630mm(过桥汽封处)，总长度7351mm，两支承跨度约6000mm。制造厂难以保证直轴校正达到0.05mm的标准，国内许多熟悉直轴工艺的技术人员也没有一次加压校正的把握，而电厂方面迫切希望尽快使机组问题得到解决投产运行，满足发电任务需求。

依据对转体不对中与不平衡的转子动力学的理论分析，结合轴系动平衡的工程应用实践经验，降低机组的振动可以从减小转轴挠曲或不平衡量予以控制。这种高压—中压联合转子工作转速介于Ⅰ阶与Ⅱ阶振型临界转速之间，可以把转轴“过桥汽封”这一段视为刚性体，便于简化定量计算弯轴产生的不平衡量。

取过桥轴段长度L=750mm
半径r=310mm
转子中心孔半径r0=60mm合金钢比重γ=7.8
高压段调速级平衡槽半径R0=360mm
中压段P11级平衡槽半径R11=460mm
过桥段弯曲值δ=0.13mm
过桥段总质量M=π(r-r0)2•L•γ=1148kg
平衡校正等效半径R=R0+R11/2=410mm
平衡校正配重m=M•δ/R=364g

如考虑与过桥相邻高压和中压叶轮叶片质量，转轴弓形弯曲效应比例因素，等效平衡校正配重

Q=Σji=1kim

比例因子ki1，该转子ki取3～5为宜。

由于转轴弯曲高点在#9螺孔方向，速度级和中压P11级两平面应在#3螺孔方向同相对重1000g以上。

4 平衡配重

众所周知，在转轴摩擦形成塑性弯曲的机理分析中，弯轴高点多是发生在转子摩擦部位的反向位置。如果该转轴是受一阶振型弹性挠度大形成动静摩擦导致弯轴，在转子中部集中加重不当，有低转速时有可能使过桥汽封处产生摩擦，机组难以启动冲转到额定转速。现场条件限制平衡校正配重试验只允许一次完成。

对弯轴进行配重的实施方案经有关的专家与领导反复论证，公认在技术上是完全可能的，但是在国产300MW高压—中压合缸汽轮机组上尚无先例，出于技术的探索和设备生产运行的需要，有必要进行一次试验。

首先对与高中压转子相连的主油泵小轴在试验台上进行了单体高速动平衡。然后在对应#3螺孔(弯曲凹点)方向调速级加重237g，中压P11级加重195g，合计配重432g。

5 结束语

冷态启动机组，测量汽轮机№1轴振动幅值，中速1200r/min暖机没有明显增加与变化，临界转速时0.20mm，定速3000r/min时0.24mm，并网带负荷200MW时0.18mm，300MW时0.15mm。连续运行两个月考核，在额定转速的不同负荷工况下，转子轴振幅值变化幅度正常，最大值降低0.07～0.10mm，机组轴系振动趋于稳定，应用平衡工艺控制减振取得明显成效。该机组连续运行301天，创华中电网300MW机组运行时间最长记录。(end)