汽轮机前箱膨胀不畅问题分析及解决措施

时间：2024-07-28

吴锡鹏

（国家能源集团国源电力有限公司，北京 100033）

汽轮机本体主要由转子、静子、轴承及轴承箱、盘车装置等组成，其中轴承分为支持轴承和推力轴承。支持轴承用来承受转子的重量并保持转子的径向位置，推力轴承用来固定转子的轴向位置，而轴承箱用来安装轴承和轴承座[1]。

某汽轮机投产以来，机组前轴承箱（以下简称前箱）滑动面间频繁出现拉毛、膨胀不畅的问题，进而导致高中压缸膨胀不畅。机组冷态启动时由于前箱膨胀不畅导致动静碰磨，运行中出现支撑刚度弱、转子上抬引起振动基数大、振动不稳等问题，严重影响机组的安全性和经济性[2]。

1 汽轮机前箱滑销系统及机组膨胀不畅现象

本机型汽轮机高中压缸为单层缸结构，通过下猫爪支撑在前箱和中箱上，与前、中轴承箱之间存在定中心梁的推拉机构。汽缸膨胀时，依靠定中心梁推拉轴承箱和汽缸保证整个汽缸的中心稳定[3]。前轴承箱底与台板之间装有2 个纵销，轴承箱可在台板上沿轴向自由滑动，其横向移动受纵销限制。前轴承箱侧面的角销和连接螺栓限制轴承座产生任何倾斜或抬高的倾向，角销、连接螺栓与轴承座凸肩间留有适当间隙，允许台板轴向滑动[4]。每个猫爪与轴承座之间都用双头螺栓连接，以防汽缸与轴承座之间产生脱空。螺母与猫爪、螺栓与猫爪通孔之间均留有适当间隙，当温度变化时，汽缸猫爪能自由胀缩。汽轮机前箱滑销系统，如图1 所示。

图1 某机型汽轮机前箱滑销系统

机组投产后，频繁发生滑动面拉毛、前箱膨胀不畅问题，导致机组启动时间过长、启动频繁失败。即使启动成功，也会造成机组振动大，运行不稳定[5]。

2 原因分析及处理方案

2.1 原因分析

改造前机组前箱与台板间隙如图2 所示。由图2的测量数据可知，前箱底部与台板间隙大，左右膨胀不均，前箱前翘。回油管道与箱体间的刚性连接使前箱受到横向作用力，导致前箱与纵销间作用力过大、左右膨胀不均[6]。历次检修中发现，前箱底部、角销、纵销等滑动面均有不同程度的拉毛现象，经补焊、研磨处理后，短时间运行均再次出现前箱膨胀受阻、左右膨胀不均、前箱前翘等问题，严重威胁机组的安全运行。由于滑动面研磨不能有效解决滑动面拉毛、膨胀受阻的问题，需进一步改造以彻底解决前箱膨胀不畅的情况[7]。

图2 汽轮机前箱滑动面间隙测量记录

2.2 处理方案

针对拆机初始测量数据，实施拉毛损伤部位补焊、润滑油槽填充板块处理。填充板用沉孔螺栓紧固在台板上，然后以左后方0 位为基准进行磨铣处理，磨铣后台板平面度偏差在0.03 mm 之内。

首先，利用前箱台板加工量计算前箱底面加工量，保证二者加工量之和为（2.00±0.05）mm。其次，用前箱底板与台板对研，利用红丹粉检查接触情况，保证75%的面积均匀接触。再次，将自润滑片前端固定在前箱台板前端，前箱落位后将其推到安装位，保证自润滑片完全伸展、压实。翻边后，用压板固定自润滑片后部。最后，前箱正式回落后，在前箱前后自润滑片上部加装防尘罩，避免在机组运行过程中粉尘及颗粒物落到自润滑片上，确保机组启停机和加减负荷过程中滑动面不被异物划伤[8]。

2.2.1 滑动面润滑方式的处理

为保证前箱与台板面间接触和受力均匀，润滑优良，在前箱与台板间加装自润滑片。具体方案如下：首先，前箱台板用数控龙门铣床铣平，平面度误差为0.03 mm；其次，根据台板加工量计算前箱底面加工量，保证总加工量满足要求；最后，滑动面之间加装自润滑合金片，厚度为（2.00±0.01）mm，自润滑片两边用压板固定在前箱台板两端[9]。

本项目采用的润滑片为以铜板为基体、烧结球形青铜粉为中间层、改性聚四氟乙烯为摩擦表面层的3层复合材料，如图3 所示。其中，聚四氟乙烯的干摩擦系数为0.07 ～0.20，是目前塑料中摩擦系数较小的材料，具有极好的化学稳定性[10]。在与摩擦副对磨时，润滑片表面的聚四氟乙烯能向摩擦副表面发生转移，形成稳定的聚四氟乙烯固体润滑膜。铜板基体能够提供足够的机械强度及尺寸稳定性[11]。

图3 自润滑片结构

2.2.2 前轴承箱回油管硬性连接的处理

本机型前箱供回油管采用套装油管。回油管材质为0Cr18Ni9，管径及壁厚为Φ325 mm×10 mm，与前轴承箱刚性连接。运行中，前箱膨胀量为26 ～27 mm，本次改造选择304 不锈钢材质波纹膨胀节，长为520 mm，管径及壁厚为Ф325 mm×6 mm，设计压强为0.3 MPa，补偿量为±20 mm。安装膨胀节时，在-10 mm 位移处偏装，有效补偿机组热态时前箱膨胀量[12]。

2.3 改造后机组运行状况

改造后，机组正常运行过程中实测前箱底部与自润滑片之间除右侧中部约150 mm 长度范围内间隙为0.05 mm，其余间隙均为0.00 mm。前箱绝对膨胀数值较改造前增大3.00 ～3.70 mm。改造前，不同负荷下前箱左右两侧最小膨胀数值分别为25.84 mm、25.70 mm，最大膨胀数值分别为27.11 mm、26.94 mm。改造后，不同负荷下前箱左右两侧最小膨胀数值分别增加至28.85 mm、28.78 mm，最大膨胀数值分别增加至30.79 mm、30.45 mm。机组膨胀受阻、膨胀不均问题均得以解决，提升了机组启停调峰性能和运行可靠性[13-14]。改造后前箱与台板间隙记录如图4 所示。

图4 改造后前箱与台板间隙记录