汽轮发电机组断油烧瓦后的转子轴颈修复 钱 宇 ，郑会丽 １．华北电力大学能源与动力工程学院，河北保定０７１０００ ２．河南豫联能源集团有限公司，河南巩义４５１２６１ ［摘 要］ 某发电公司的Ｎ３００—１６．７／５３７／５３７—８型亚临界双缸两排汽汽轮机组轴振超标导致机 组跳闸后，因误操作引起断油轴瓦烧损，轴颈出现裂纹，高、中、低压隔板及叶顶汽封均 有较严重的磨损和油系统污染。对此，采取了对转子轴颈去应力回火车削去除裂纹、更 换损坏部件、彻底清理油系统等措施，修复后机组振动及瓦温情况良好。 ［关键词］ 汽轮发电机；轴振；轴瓦；烧瓦；转子；轴颈；修复 ［中图分类号］ ＴＫ２６３．６ ｌ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００２—３３６４（２０１０）１１—００５７—０３ ［ＤＯＩ编号］ １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３３６４．２０１０．１ １．Ｏ５７ ＲＥＰＡＩＲ ｏＦ ＲｏＴｏＲ ＳＨＡＦＴ ＮＥＣＫ ＡＦＴＥＲ ＢＵＲＮ—ｏＵＴ ｏＦ ＢＥＡＲＩＮＧ ＳＨｏＥ ｏＮ ＴＵＲＢｏ—ＧＥＮＥＲＡＴｏＲ ＳＥＴ ＤＵＥ Ｔｏ ｏＩＬ ＣＵＴ—ｏＦＦ ＱＩＡＮ Ｙｕ 。ＺＨＥＮＧ Ｈｕｉｌｉ。 １．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１０００，Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ ２．Ｈｅｎａｎ Ｙｕｌｉａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｇｏｎｇｙｉ ４５１２６１，Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ｕｎｉｔ ｔｒｉｐ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ｓｈａｆｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｓｅｔ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｎ Ｎ３００—１６．７／５３７／５３７ —８ ｔｙｐｅ ｓｕｂｅｒｉｔｉｃａｌ ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｎｉｔ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ａｎｄ ｔｗｏ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｔｅａｍ ｏｕｔｌｅｔｓ，ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｂｕｒｎ—ｏｕｔ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｈｏｅ ｄｕｅ ｔｏ ｏｉｌ ｃｕｔ—ｏｆｆ ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｂｙ ｃｒａｃｋｓ ａｐｐｅａｒｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｎｅｃｋ，ｓｅｒｉｏｕｓ ａｂｒａｓｉｏｎ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｏｎ ｄｉａｐｈｇｒａｍｓ ｏｆ ＨＰ，ＭＰ ａｎｄ ＬＰ，ａｎｄ ｏｎ ｓｔｅａｍ ｓｅａｌ ａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｂｌａｄｅｓ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｐｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｏｉｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ，ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｎｅｃｋ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｅｍｐｅｒｅｄ ｆｏｒ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄ ｂｅｉｎｇ ｔｕｒｎｅｄ ｆｏｒ ａｂｏｌｉｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ，ｔｈｅ ｄａｍａｇｅｄ ｐａｒｔｓ ｂｅｉｎｇ ｒｅｐｌａｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｉｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂｅｉｎｇ ｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ ｃｌｅａｎｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｒｅｐａｉｒ，ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｈｏｅ ｂｅ— ｃｏｍｅ ｇｏｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｅｔ；ｓｈａｆｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｂｅａｒｉｎｇ ｓｈｏｅ；ｂｕｒｎ—ｏｕｔ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｈｏｅ；ｓｈａｆｔ ｎｅｃｋ； ｒｅｐａｉｒ １汽轮机转子断油 某发电公司４号机组的Ｎ３００—１６．７／５３７／５３７—８ 型亚临界双缸两排汽汽轮机高中压转子和低压转子分 作者简介：钱宇（１９８０一），男，河南泌阳人，华北电力大学能源与动力工程学院在读工程硕士，研读方向为机械振动。 Ｅ—ｍａｉｌ： ｊｕｒｅｎｑｙ＠１２６．ｃｏｒｎ 技发 电 一术一论 坛别采用双支撑结构，其中支撑高中压转子的轴承为不 设顶轴油的五瓦块可倾瓦轴承，支撑低压转子的为椭 圆轴承。发电机转子为带集电环短轴的三支撑结构， 轴承均为椭圆瓦轴承，轴系支撑如图１所示。高中压 转子材料为３０ＣｒｌＭｏｌＶ，低压转子材料为 ３ＯＣｒ２ Ｎｉ４ＭｏＶ ３－＇ｄ－ 呻氐ｉ—压—到 —、Ｉ４号 号悬５ 一发电——机— ６号号７ 图２ １号瓦的乌金碎片 图１机组轴系支撑示意 ４号机组于２００６年８月投运，２００８年３月２５日 首次大修后起动，冲转升速过程平稳，相对轴振小于 ７５ ｔｉｍ，瓦振小于２０ ｔｉｍ，轴瓦温度均在标准值之内。 在定速后发电机升压试验中，６号瓦轴振测点受干扰 出现尖峰信号，轴振超标保护动作跳机。 机组跳闸后，交流润滑油泵跳闸联锁起动，但被误 停运，随即直流油泵联锁起动，又被停运，并解除了交、 直流润滑油泵的联锁，导致润滑油压低未能再联锁起 动润滑油泵。机组转速到２ ８００ ｒ／ｍｉｎ后，由于主油泵 出力减少，轴瓦供油不足或完全断油，致使１～４号瓦 的温度瞬间升高到１５２、１９４、１４７、１４９℃。从发现轴 瓦温度高到起动润滑油泵，转子已惰走至２ ２００ ｒ／ ｍｉｎ。油泵起动后，瓦温逐步恢复正常，但２ ０００ ｒ／ｍｉｎ 后，１～４号瓦的轴振涡流传感器全部被磨损开路无显 示，ＤＣＳ转速传感器也被磨损开路无显示，致使顶轴 油泵不能联锁起动，只能手动强制起动。１ ２００ ｒ／ｍｉｎ 时，１号瓦处涡流传感器显示２００ ｔｉｍ，轴系的下沉量 很大，并且存在着由于动静摩擦引起的不稳定振动或 转子弯曲。 机组的整个惰走时间只有１０ ｍｉｎ，零转速后电动 发 电 盘车力矩大不能起动，判断已经发生了严重的动静摩 技 擦。为了防止进一步损伤轴颈，停止了轴封供汽，关闭 术 论 本体疏水，对机组进行闷缸处理。 ２机组损伤情况 ２．１ 轴 瓦 待缸温降至１５０℃，测量各轴承座油档间隙，１～５ 号瓦处转子分别下沉１．５、３．６、３．１、２．６、２．８ ｍｍ。检 查发现，ｌ～４号瓦发生了严重的巴氏合金熔化碾压， 轴瓦瓦胎露出，乌金基本全部熔化（图２、图３）。发电 机两端５、６号瓦下半鸟金３０ 全部融化，轴瓦瓦胎露出。 图３ ２号下瓦的磨损 检查发现，主油泵浮动轴承下半轴瓦磨损，轴瓦钨 金面虽未发生大面积熔化脱落，但磨损严重。１～６号 轴承上、下半轴瓦均过热磨损，下半轴承尤为严重，轴 承钨金面已大面积过热熔化并堆积在可倾瓦块油档间 隙内，甚至已露出金属瓦胎并与转子轴颈发生了干磨。 发电机汽端、励端密封瓦环磨损，径向间隙严重超标。 ２．２轴 径 由于轴瓦熔化，轴颈损伤较为严重。检查发现，１ 号瓦处轴颈硬度及组织正常，２～４号瓦处轴颈均存在 密集的网状及轴向和环向多种形态裂纹（图４、图５）。 金相复膜发现，２、３、４号瓦轴颈处的裂纹区存在白色 的网状组织，硬化区为淬火组织，并且裂纹内有巴氏合 金的渗入现象。轴颈硬度高达４６５ ＨＢ，远高于正常值 （２１０～２６Ｏ ＨＢ）。 图４ ２号瓦轴颈处的裂纹 彻底，车削１．９ ｍｍ后裂纹完全消失，金相组织正常。 处理后由于轴颈变细，间隙严重超差需重新配置非标 准轴瓦。 由于转子轴颈断油淬火及热处理会引起转子变 形，会对转子平衡状态造成一定影响，因此在制造厂对 转子进行了高速动平衡。高压转子加平衡块５９０ ｇ，低 压转子加平衡块ｌ ６００ ｇ，平衡后轴承座振动小于１ ｍｍ／ｓ。更换了严重受损不能修复的隔板、叶顶、轴端 图５ ３号瓦轴颈处的裂纹 汽封，以及所有油档及发电机密封瓦。由于轴承箱、套 装油管及油箱受轴瓦乌金污染严重，对油箱内的油进 ２．３ 其 它 行滤油，并彻底清理油系统。同时，更换了油箱注油器 高、中、低压隔板及叶顶汽封均有较为严重的磨 等相关设备的密封垫。油系统冲油后，用外置式冲洗 损，各轴承座及前油箱油档和发电机密封瓦均严重磨 油泵进行大流量冲洗，以保证油颗粒度合格，避免轴颈 损。转子最大弯曲小于５０ ｍ，大轴弯曲未超差。高 受损。 中压前后轴封、中间轴封磨损严重。 机组恢复时，发现低一发对轮端面张开变化不均 汽轮机润滑油、发电机密封油系统管道、油箱、阀 匀，联对轮后同心度超标，分析认为是转子轴颈淬硬及 门、轴承座等处由于轴瓦钨金熔化导致污染严重，需大 热处理后大轴发生了变形，尤其是发电机转子虽然大 流量冲洗设备对油系统进行彻底清扫。 轴硬度变化不明显，但没有进行热处理，导致对轮端面 飘偏。对低压转子及发电机转子的联轴器端面进行了 ３受损部件的处理 处理，保证对轮连接后两转子同心度小于０．０５ ｍｍ。 机组起动后，振动及瓦温情况良好，机组的热耗为 对轴颈进行去应力回火（温度为６８５℃，保温时间 ８ ０６０ ｋＪ／ｋＷ・ｈ，低于大修前机组热耗（８ ２３０ ｋＪ／ｋＷ １７ ｈ），以降低轴颈硬度便于车削加工。回火后硬度降 ・ｈ） 到２４４～２７０ ＨＢ，软点最低１８０ ＨＢ，正常区域硬度 ２１０￣２６０ ＨＢ。金相复膜检查组织正常。对１、２号瓦 ［参 考 文 献］ 处轴颈单边切削１．２、１．５ ｍｍ后，裂纹完全消除。对 Ｅ１］施维新，石静波．汽轮发电机组振动与事故［Ｍ］．北京：中 ３、４号轴颈单边车削１．５ ｍｍ后探伤，发现裂纹消除不 国电力出版社，２００８． （上接第５６页） 小、阀门快关速度过快加剧了这一异常现象，阀门结构上的改 Ｊ 。毫 ｌ开发 ；ｉ 进可消除这一设计缺陷。 一０ 曩 ：０ ≯ （２）汽轮机再热调节阀快关时间的确定与其快关过程机理 发 有关，不能过于追求过高的阀门快关速度，尤其是在机组改造 电 一ｉ ÷ 时应特别注意这一情况 技 （３）机组甩负荷试验是在严格遵守目前甩负荷试验相关规 定的情况下进行的，依据目前的规定并不能提早发现此类异 ； ｊ ｉ 常，建议在甩负荷试验之前应对调节阀与再热调节阀在动态情 ２０ｍｓ／格 况下的快关过程进行单独测试。建议及时对汽轮机调节控制 图７结构改进后ＩＶｌ动态快关曲线 系统试验导则［２ 进行修订与完善。 ６ 结 语 ［参 考 文 献］ ［１］ 张宝，顾伟飞，徐熙瑾，等．６００ Ｍｗ汽轮机组ＬＤＡ功能失 （１）动态快关时再热调节阀均压室内压力突降是导致阀门 效时的甩负荷试验分析ＥＪ］．华东电力，２００６（３）：４２—４４． 快关过程异常的根本原因，再热调节阀阀套与阀芯的间隙过 Ｅ２］ＤＬ／Ｔ ７ｌ１—１９９９，汽轮机调节控制系统试验导则Ｅｓ７。