广西柳州钢铁集团有限公司烧结厂 柳州 545002
摘要：烧结余热汽轮发电机组是节能环保的重要途径之一，但生产中汽轮机振动故障是经常发生，针对南京汽轮电机(集团)有限公司生产的MZ22-1.9/0.35型汽轮发电机组异常振动故障分析发现为汽轮机组轴封之间出现的动静摩擦所致，通过采取有效方案，能够及时、准确处理振动跳闸故障，保证汽轮机组稳定安全的运行。
关键词：汽轮机； 振动故障；故障分析，解决方案；测量间隙及调整
1 概述
广西柳州钢铁集团有限公司烧结厂余热发电汽轮机（简称余热发电），由南京汽轮电机(集团)有限公司制造，型号MZ22-1.9/0.35。机组自从2010年投产以来烧结余热汽轮发电机组故障率一直居高不下，其中有两次前轴封套圈与轴封圈严重磨损，尤其是机组因为振动异常而导致机组跳闸多达十次之多，在2019年8月汽轮机ETS轴振动大保护动作机组跳闸停机。事故经过：2019年8月24日22:00分汽轮机组发电机正常带21MW负荷运行时，汽轮机ETS轴振动大保护动作机组跳闸。机组跳闸前各运行参数在正常范围，但汽轮机跳机转子惰走过临界时瓦振最大值1#瓦振199um，2#瓦振177um，3#瓦振199um，4#瓦振50um，机组惰走时间为23分钟。汽轮机转子停机后，分别检查汽轮机和发电机、主变等设备均未发现异常，再次重新暖机冲转，当转速到1043r/min时，瓦振最大值1#瓦振18.79um，2#瓦振69.76um，3#瓦振50.52um，4#瓦振17.97um；1#轴振164 um，其余轴振参数在正常范围内。由于振动与转速同步上升机组转速无法达到一阶转速。
2 振动跳闸故障的诊断
现场动平衡数据采集分析机组内部有碰磨现象，并对机组进行揭盖检查。揭缸检查发现汽轮机转子第10级动叶片断裂脱落2片（如图一），有7片变形；第9级隔板静叶片在中间部位呈挤压性磨损（如图二）；第9级隔板的汽封片磨损（如图三）；前汽封圈和前汽封套圈的高压部分磨损（如图四）。
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图一 图二
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图三 图四
针对以上问题经过排查发现，主要是因为机组从低负荷升到高负荷时由于前轴承箱没有安装两颗中间垂直键销子，所以机组负荷变化大时汽缸会左右移动最终导致前汽封圈与汽封套圈间隙变化发生动静摩擦；从而导致汽轮机转子叶片断裂脱落、变形、汽封片磨损和前汽封圈和前汽封套圈的高压部分磨损，造成汽轮机发生异常振动跳闸故障。
3 汽轮机异常振动的原因分析
3.1 滑销系统故障分析
结合现场揭缸情况，发现是因为前汽封间隙变化导致前汽封圈和汽封套圈产生动静摩擦。由于高速摩擦在轴颈部位产生局部高温导致机组轴系产生变形从而在机组内部通流部分产生动静摩擦，最终造成上述设备损坏。前汽封间隙变化导致前汽封圈和汽封套圈产生动静摩擦的主要原因是机组从低负荷升到高负荷时由于前轴承箱没有安装两颗中间垂直键销子（如图五、图六），所以机组负荷变化大时汽缸会左右移动最终导致前汽封圈与汽封套圈间隙变化发生动静摩擦。从而导致汽轮机动静叶片断裂脱落损坏等。
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图五
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图六
3.2 汽轮机转子、叶轮和叶片故障分析
将转子转到规定位置，水平仪应放置在轴颈的中部，使横向气泡保持中间位置，测读轴向水平并记录。转子向高压部分扬起，保证后轴承处扬度为零。
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揭缸检查发现汽轮机转子第10级动叶片断裂脱落2片（如图一），有7片变形；第9级隔板静叶片在中间部位呈挤压性磨损（如图二）；第9级隔板的汽封片磨损（如图三）。
3.3汽封圈和汽封套圈故障分析
根据揭缸情况，此次机组跳闸事故原因为前汽封间隙变化导致前汽封圈和汽封套圈产生动静摩擦，由于高速摩擦在轴颈部位产生局部高温导致机组轴系产生变形从而在机组内部通流部分产生动静摩擦，最终造成上述设备损坏，前汽封圈和前汽封套圈的高压部分磨损（如图四）。发生前汽封间隙变化导致前汽封圈和汽封套圈产生动静摩擦的主要原因是机组从低负荷升到高负荷时由于前轴承箱没有安装两颗中间垂直键销子。
4 汽轮机异常振动的解决方案
4.1 汽轮机滑销系统故障处理方案
前箱固定销改造，原固定销为 Φ20 mm，由于机组在安装时没安装有固定销，汽缸膨胀时，产生变形，引起汽缸位移。处理方案是：在原来两个销子孔之间重新铰孔，每个孔间隔一样销子改为 Φ14 mm（如图七所示），此方案可以显著提高强度防止变形和汽缸位移，防止前汽封圈与汽封套圈间隙变化发生动静摩擦和汽轮机振动大导致机组故障停机。
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图七
4.2汽轮机转子、叶轮和叶片故障处理方案
用铜棒逐级敲叶轮，检查发出的声音是否清脆。尤其在键槽、平衡孔、叶根槽处应详细用肉眼检查，有问题及时汇报以便修补。动叶片、围带铆钉头、叶根无损伤裂纹。动叶片无松动、歪斜、卷边等现象，围带不松动、无变形。叶片的缺陷检查结東后，做好详细记录。
汽轮机转子第10级动叶片断裂脱落2片，汽轮机主轴返厂维修，更换转子第10级动叶片。
4.3 汽轮机汽封圈和汽封套圈故障处理方案
前汽封圈和前汽封套圈的高压部分磨损部分全部更换成新的汽封圈和汽封套圈；汽封圈材质更换为铜，防止汽封圈和汽封套圈之间动静摩擦两者都磨损，起到有效保护汽封套圈的作用。
4.4 汽轮机其它部分分析及处理方案
（1）汽封检修方法是拆卸清理检查汽封块，拆去汽封压板螺栓、汽封压板。在汽封块商店铝板用小锤轻击至能活动后，用手拉出汽封块，如修饰央中，拆卸有困难，可用10毫米左右的钢板锉成与汽封块断面性转相似，但尺寸较小的垫块，垫在汽封块断面上，然后用φ10铜棒弯成圆弧形，顶住垫块，用受锤敲击，取出汽封块。用砂皮、碎砂轮片、钢丝刷等工具清理汽封块、汽封体洼窝击其他零件；检查弹簧片弹性及有无变形，断裂的现象，整修刮尖各汽封块齿尖。检查并修理压板、螺栓和螺孔。技术要求：汽封体中分面处要密合，在螺栓紧固情况下，0.05毫米塞尺不进。汽封块无裂纹、严重损伤、剥落，齿尖锐利、无毛刺、倒伏。弹簧弹性良好，无裂纹和异常变形。压板，压板螺栓，螺孔无断裂合滑牙。
（2）测量调整汽封体洼窝中心
直接用转子检查油挡及汽封洼窝中心的测量数据，修整后的数据（表二）
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表二 单位：mm
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注：左右侧观察方向为顺汽流方向看
（3）测量调整汽封的径向间隙
技术要求：
(a)前轴封径向间隙a＝0.25-0.45mm后轴封径向间隙a＝0.45～0.55mm隔板汽封间隙a＝0.45～0.80mm
(b)对前后轴封来说，凡一层胶布不论轻重只要有红丹即为合格，反把胶布划破的地方应调大间隙，反一层胶布不接触，而曾胶布接触的话，应根据具体情况决定调整。
(c)对隔板汽封来说，反而曾胶布接触均为合格，反划破胶布或不接触，根据具体情况而决定调整。
前后汽封及2~12级隔板汽封间隙检修后测量数据：
表三 单位：mm
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注：左右侧观察方向为顺汽流方向看
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1~6级径向间隙检修后测量数据：
表四 单位：mm
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注：左右侧观察方向为顺汽流方向看
(4) 检查调整汽封轴向间隙
根据具体情况，可以通过车削汽封体或汽封环的端面达到轴向位移的目的，也可加垫片或点焊等进行调整轴向间隙。测量调整汽封块轴向膨胀间隙.
检修方法:
(a)将每组汽封块全部组合，分别测量上下半只的汽封环端面与汽封块(或隔板)中分面平面之差值，同时检查相邻汽封块之间有无间隙。
(b)当周向脑胀间隙过小，应锉副汽封块端面，并尽量使上下半环间隙均匀
(c)如周向膨胀间隙过大，应在汽封块端面上铆上一个薄垫片解决。
调节级轴向间隙检修后测量数据：
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表五 单位：mm
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注：左右侧观察方向为顺汽流方向看
(5)联轴器找心中
按拆装相反的程序进行组装完，联轴器找中心。轴器找中心检修后测量数据（表七、八）：
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找中心数据：
表七 单位：mm
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找开口数据：
表八 单位：mm
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5 结束语
通过对烧结余热发电汽轮机组振动跳闸故障分析及处理，发电汽轮机组运行平稳，并且比检修前效果好。此次对汽轮机异常振动故障的原因及如何处理进行了详细的分析和解决方案，为今后遇到类似故障有据可依，能够准确、高效处理故障。对提高电站业绩和经济效益具有重要意义。
参考文献：
[1]《热电工程施工设计汽机专业施工说明及卷册目录》
[2]《汽轮机使用说明书》
[3]《南京汽轮电机(集团)有限公司NZ22-1.9/0.35型凝汽式汽轮机安装维护说明书》
[4]《电力建设施工及验收技术规范》