郝庆丰
（淮沪煤电有限公司田集发电厂，安徽 淮南 232000）
【摘要】本文根据我厂汽轮发电机组安装过程中实际情况为依据，以控制汽轮机轴系的振动为目标，首先简单介绍了机组设计方面对轴系的优化，然后详细阐述了现场安装中几个重点环节的控制，从而保证了机组投产后振动达到较好的状态，为同类型的汽轮发电机组的安装检修提供一定的参考作用。
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关键词 振动；目标；现场安装；重点环节；控制
田集电厂二期工程(2x660MW)机组汽轮机是由上海汽轮机厂引进德国西门子技术设计制造的型号为N660—27/600/620，该机为超超临界、单轴、四缸四排汽、中间再热凝汽式机组，本机组为国内首先采用620度再热蒸汽的机组。发电机为上海发电机厂在原600MW 级发电机的基础上进行优化改进后的QFSN 型600MW～700MW 等级II 型汽轮发电机。两台机组分别于2013年12月1日和2014年4月5日冲转一次成功，分别于2013年12月23日和2014年4月28日168小时满负荷试运结束。期间汽轮机各项指标数据优良，轴系振动（轴振）最大值在50微米左右，且一直趋于稳定状态。
1 机组设计方面对轴系的优化
（1）汽轮机采用5台落地式轴承座，采用无台板设计直接灌浆在基础上，其不随机组膨胀而移动。落地式轴承座支撑刚度较好，也不易受到机组工况改变的影响,机组运行时轴承的相对标高能基本保持不变,有利于机组运行的稳定。
（2）汽轮机轴承是西门子公司自行设计的一种新型椭圆轴承，相对传统椭圆轴承有较大优势。其静态特性方面，具有摩擦耗功小，油流量小，承载能力大，承载力分布更加均匀，承载面积更大等优点；在动态特性方面，具有汽轮机所遇到的全部转速范围内没有不稳定区，阻尼大，油膜厚，油膜压力峰值小于椭圆轴承等优点。
（3）轴系支撑系统除高压转子和发电机转子采用双支撑外，其他转子采用单轴单支撑，采用单支撑较大的减小了整个轴系的长度，本台汽轮机轴系长度25.36米，包括发电机和励磁机总长度为39.7米，相比采用双支撑转子的机组要短8米左右，很大程度上提高了大功率单轴汽轮机运行的稳定性。单支撑的设计也为汽轮机的安装检修带来了便利。
（4）低压缸的支撑系统
低压外缸与低压内缸无刚性连接，只在低压内缸猫爪支撑和中心导向销的位置采用波纹管进行补偿和密封。低压外缸直接支撑在凝汽器上，凝汽器支撑在刚性基础上。低压内缸猫爪穿过低压外缸上面的四个孔支撑在落地式轴承座上。由于低压内缸和低压转子都支撑在轴承座上，运行时转子与内缸的径向间隙不会像传统机组那样受到支撑点温度高低膨胀不均的影响。
（5）滑销系统设计点
整个轴系的死点在2号轴承，高压转子向车头方向膨胀，中压转子连带着两根低压转子向发电机方向膨胀，本台机组中低压转子整体膨胀设计值41.5mm，发电机转子膨胀值为7mm，发电机磁场中心的定位值为45mm。由于机组的绝对死点和相对死点均在高、中压缸之间的#2轴承座上，且中压外缸与A低压内缸、A低压内缸与B低压内缸之间以推拉杆形式连接，滑销系统在运行中通流部分动静之间的差胀比较小，有利于机组快速启动。另外由于5只落地式轴承座不跟着汽缸一起膨胀，所有轴承座与低压缸猫爪之间的滑动支承面均采用低摩擦合金，整个滑销系统膨胀更加顺畅。
2 现场安装过程重要环节工艺及控制
2.1 轴承座的安装及灌浆
由于本台机组的特点，轴承座安装找正完成就立即灌浆，而不是像传统的机组那样是在汽轮机轴系中心调整结束后才灌浆的。轴承座灌浆后轴系中心的调整只能依靠轴瓦下面的垫片来进行，而其调整量一般控制在0.3mm以内。故轴承座的安装定位精度非常重要，直接影响汽轮机的轴系中心，进而影响轴系的振动。
1）轴承座标高调整及找中
本台机组是以#5轴承座为标高零位，调整各个轴承座的相对标高位置达到轴系找中图设计值。相对标高的测量可用精密的电子水准仪或者深度尺+水连通管的方式，我们要求各轴承座的标高误差控制在0.15mm以内。
2）纵横向找中
根据土建交付安装的纵横中心线拉紧纵横向轴线钢丝，用内径千分尺测量轴承座油挡洼涡尺寸，定位轴承座左右中心；用50m钢卷尺测量各轴承座横向中心线距离，定位各轴承座之间的中心距离，注意由于所测量的距离较长，应根据卷尺的校验记录消除卷尺挠度产生的误差。现场要求轴承座左右中心误差控制在0.05mm以内，轴承座间距误差控制在2mm内。同时要保证轴承座横向、纵向水平度≤0.1 mm/m。
3）轴承座的灌浆养护及地脚螺栓的分阶段紧固
灌浆料要求选择强度较高的无收缩水泥，灌浆的程序及养护严格按照厂家说明书进行，在次不进行赘述。
本机轴承座地脚螺栓采用的自位性良好的球螺母地脚螺栓，一定要根据图纸的要求分4次对地脚螺栓进行紧固。这4次先后是：轴承座二次灌浆前、灌浆后3到5天、灌浆后一个月及机组试车前。
2.2 轴承瓦枕（凸面）与轴承座支承面（凹面）接触检查
本机组汽轮机#1与#2轴承支承面为球面支撑，#3、#4与#5轴承支承面为圆柱面支撑。检查接触面时红丹粉涂于瓦枕上凸面，球面支承轴承检查时以机组纵向轴线为转动轴轻微转动轴承，接触面应为70%～80%。圆柱面支承轴承检查时以轴承座横向轴线为转动轴轻微转动轴承，合格的要求是得到一条宽约20mm的连续接触线 。若接触面不符合要求，须用刮刀对支架（凹面）进行轻微的小心的修刮，如需要修刮的范围较大，最好联系汽轮机厂拿出解决方案，现场的条件不适宜进行较大范围的处理。
2.3 轴系找中心及联轴器的联接
本机组汽轮机轴系支撑方式为两轴三支撑和单轴单支撑，针对这种特点，轴系找中心的方法与常规机组亦有较大区别。
1）因只有高压转子有两只轴承，故找中心时宜以高压转子为基准（高压转子依据油挡洼涡定位），从前到后找正整个轴系，且轴系的最终找中心应在投顶轴油的情况下进行。
2）用临时螺栓拉拢各对联轴器，使联轴器止口的凸面嵌入到凹面中去，联接联轴器使其两半接触面完全贴紧后，测量两联轴器圆周晃度应小于0.03mm，如不合格应进行调整。晃度合格后松开临时螺栓，用专用顶丝顶开两半联轴器脱开约0.5mm左右，此举是为了后面测量联轴器张口所用。接下来就是进行轴系找中心的主要工作：调整各联轴器的张口值。
3）如图2所示, 按照张口计算公式B=k·a/c调整各联轴器的张口值均小于0.03mm。（备注：B—轴承上下或左右需要的调整量，k—端面上下或左右张口值，a—联轴器端面到轴承之间的距离，c—联轴器直径）
4）联轴器联接
本机组的所有联轴器现场都不需要绞孔，联轴器螺栓的安装在整个轴系的找中心完成后进行，此时联轴器已经被临时螺栓联接（其直径较正式螺栓小1mm左右），为保证联接前联轴器的同心度，可在联轴器其中一个螺栓孔中装入特制的胀销进行定位，然后分多次安装每对对称的螺栓。穿入每对对称螺栓后，按照要求力矩的50%紧固后，投入顶轴油系统盘动转子测量对轮的同心度应小于0.03mm，否则要松开刚紧固的螺栓，调整同心度符合要求后再进行紧固。所有的螺栓安装完成后，再按照100%力矩要求紧固螺栓，最后测量检查同心度保证在0.03mm以内。注意螺栓最终的紧固程度应以螺栓的伸长量为依据。
2.4 高、中压汽门的安装及主、再热蒸汽管道的连接
本机组的主汽门是通过大螺纹直接与高压缸相连，再热汽门使用法兰螺栓直接与中压缸相连。两者都不是传统汽轮机那样使用导汽管与汽缸相连，因此不能通过导汽管的L型补偿或者U型补偿消除应力的影响。此类型机组对汽门与汽缸的连接，以及主、再热蒸汽管道与汽门的连接提出了更高的要求。为保证连接后不对汽缸产生较大影响，重点控制以下几个环节：
1）主、再热汽门在与汽缸连接完成前都使用临时支架支撑，连接完成后，拆除主汽门临时支架，将支撑的重量转移到正式的弹簧支座上。但为防止弹簧支架松开后将汽门顶起，在弹簧支架松开前，支架底板与基础预埋板仅暂时点焊定位。
2）在主、再热蒸汽管道未焊接前，汽门保温好以后，松开弹簧支座的锁紧螺母，使弹簧支架处于自由状态。查看松开弹簧支架后主汽门高度的变化情况 ，如果发现有变化可将先前点焊的支架底板重新进行调整后再进行正式施焊。
3）主、再热蒸汽管道与汽门焊接前应按照管道平衡安装工艺进行验收，要求如下：管系支吊架安装、调整完毕后，管系处于全自由浮动状态，对口处管道一人即可轻松推动；所有支吊架负荷和行程读数的偏差不应大于设计值；管道对口错口<0.5mm,对口间隙在2—3mm,张口<0.5mm。
2.5 液压盘车安装（如图3所示）
为与高压转子运行状态的中心保持一致，液压盘车安装时应保证其小轴中心要高于高压转子中心0.1mm。找中时，百分表吸附在高压转子上，表指针指在小轴外圆上。在找中心完成后，盘车的外壳法兰面要与#1轴承座打定位销进行定位。
2.6 发电机找正
在汽轮机轴系中心基本合格后，即可进行发电机与汽轮机的中心找正工作。找正分两个阶段: 二次灌浆前的初找正和二次灌浆养护后的最终找正。发电机的找正是通过对低-发联轴器找中心实现的。找正过程中注意以下几点：
1）初找正时不得将两端放在机座底脚与条形底板之间的平行垫片调节成阶梯垫片组合。
2）发电机完成机座封盖、总装完毕、二次灌浆固化后，就可进行发电机二次找正工作，此时方可将两端垫片调节成阶梯形组合。
3）发电机与汽轮机联轴器的找正要求外圆晃度——左、右相等，上、下相等。误差在0.02mm以下。
张口——左、右相等，上、下相等。误差在0.02mm以下。
2.7 集电环装置的找正
部分600MW汽轮发电机组存在稳定轴承振动较大的现象，因此在集电环装置安装过程中，应重点注意以下几个方面：
1）集电环转子相对底架的平行度检查
在转子上取两点用内径千分尺测量转子到底架的距离，比较两点的数值差即为平行度，其误差应小于0.12mm。如不合格可调节运输托架下的垫片来进行调整，调整平行度的同时应兼顾测量调整垂直度。
2）转子对稳定轴承座垂直度检查。
测量垂直度将百分表座安装在转子上，将表针指在稳定轴承座朝发电机侧的挡油盖装配面上，盘动转子以检查转子对轴承座的垂直度。要求垂直度误差应小于0.13mm。
3）集电环转子联轴器初找正
集电环与发电机初找正是通过调节集电环底架斜垫铁来来实现，同心度要求在0.03mm以内，端面平行度要求下张口为0.06 mm～0.08mm。
4）二次灌浆后联轴器复查找正和联接
二次找正合格后，先用270Nm力矩拧紧螺栓，再用270Nm力矩的递增量对角地均匀地紧固一遍全部螺栓，准备作晃度检查。此时不得锁住制动套筒。
5）集电环转轴晃度检查和联轴器装配
在轴承座上盖及上半轴瓦后按照如图4架设两块百分表。再按照图4示意图安装晃度测量专用托环。安装托环并拆除轴承下班后，百分表的数值不得有变化。
6）缓慢盘动发电机转子带动励磁机转子转动，测取水平位移表计的晃动值，为保证准确性至少有二遍重复数据出现后，以每次增加100～200Nm的力矩，对角地均匀地紧固联轴器螺栓一遍。紧固时先从需借正晃度的一组螺栓开始，如此反复紧固和测量后直至螺栓紧固力矩达到 1250Nm左右，盘动转子多次测量晃度达到稳定状态后，可视晃度情况，以不同的力矩分别紧固螺栓，目的在于校准晃度。校准结束后，要求最小力矩值大于1660Nm，最大力矩不超过1930Nm即可，且最终测得晃度应小于0.05mm。
7）需要严格注意的是：螺栓紧固时，应逐步增大力矩，不可采用松减力矩的方法来借正晃度。
3 结束语
影响汽轮机轴系不稳定性的因素有很多，除了现场安装工艺外，还有设计制造和设备调试等原因。但是在工程建设的过程中，由于目前国内的火电机组建设普遍存在安装工期短，施工单位人员技术能力的参差不齐等因素，因此对于工程建设的现场管理要严格把好质量关，尤其是对于汽轮机安装中影响轴系稳定性的重点环节一定要层层验收，确保达到设计要求。只有这样，才能在机组启动后达到最好的效果。
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参考文献
［1］《660MW汽轮机安装说明书》及660MW汽轮机图纸[Z].上海汽轮机厂编制．
［2］《660MW～700MW 发电机安装说明书》及发电机图纸[Z].上海发电机厂编制．
［3］中国电力企业联合会主编.DL 5190.3-2012 电力建设施工技术规范 第3部分：汽轮发电机组[S].中国电力出版社．
［责任编辑：薛俊歌］