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浅谈汽轮机组的轴承安装

发布时间:2020-07-28 浏览次数:957

郑永军
(茂名建筑集团工业设备安装有限公司)
0、引言 
汽轮机的安装过程十分的复杂,具有很高的专业性,安装过程中经常出现各种问题,其中比较常见的就是汽轮机震动超出规定的标准,轴承是汽轮机组的重要组成部件,担负着承载机组的作用。同时,轴系的各种响应也将在轴承上反映出来。
1、汽轮机安装的内容
基础准备→垫铁布置→台板就位→低压外缸就位安装→中、前箱就位安装→支持轴承安装→转子就位找正→低压缸找正→前、中箱及高、中压缸找正→低压缸与凝汽器连接→低、中、高压缸安装→通流间隙测量→推力轴承安装→汽缸扣盖→二次浇灌→轴承中心复查→联轴器连接→盘车、连通管安装→化妆板安装。
2、轴承的安装
大多数汽轮机转子轴承采用可倾瓦式,具有良好的稳定性,可避免油膜振荡。可倾瓦自由摆动,增加支撑柔性,吸收转轴振动能量,具有良好的减振性能。在安装过程中,注意保证支撑轴承的轴承盖与轴瓦之间紧力符合图纸要求。如果紧力过大可能使轴承盖变形,特别是球面轴承将无法自由调位;紧力过小将出现振动。此外,轴承的连接紧力对轴承刚度也会产生影响,如果轴承刚度不足,在同样的激振力下能引起较大的振动,因此必须将轴承各连接螺栓拧紧。在现场施工过程中,往往出现因连接螺栓紧力不足而引起振动的现象。
支持轴承轴瓦的垫块,承受着因转子本身的质量及转子转动时由于不平衡而引起的离心力,垫块确定转子位置,施工时要保证垫块均匀承重,每块垫块的接触痕迹应占垫块总面积的70%以上,且接触点均匀分布以避免因接触面不符合要求而引起较大振动。
推力轴承是转子相对于气缸的膨胀死点,安装时要保证转子轴向窜动量与图纸技术要求相符,如果窜动量过小,则不能保证推力瓦块形成正常的油膜厚度,运行中油温必然升高或出现摩擦;相反,窜动量过大,汽轮机负荷突然改变时,则会使推力瓦块收到较大冲击。
3、轴承安装工作需要注意的问题
3.1、振幅与激振力和支承动刚度的关系。 
部件呈现的振幅与作用在部件上的激振力在线性系统中呈正比趋势,而与动刚度呈反比趋势。振幅与激振力及动刚度的关系式如下: 
B=L/Kd。 
式中:B为振幅;L为激振力;Kd为部件动刚度,Kd=K/μ。部件静刚度K又称刚度系数,它是表示部件产生单位位移(变形)所需的静力;动刚度Kd是表示部件产生单位振幅(位移)所需的交变力。 
由上述公式可知,轴承的动刚度与静刚度成正比关系,与动态放大系数μ成反比关系,如果忽略系统阻尼即让μ为无穷大,动刚度Kd在静刚度K很大的情况下也为0。同时,我们由公式可见,当激振力作用不大时,轴承会产生很大的振动,这种现象就是共振。共振又分为两种:系统支撑共振和系统部件共振。
支撑系统共振是激振力通过支撑系统输入振动系统的振动,当支撑系统自振动频率与激振力频率一致而产生的一种共振。例如在轴承中,存在某一方向的自振动频率与激振力频率一致的共振。
系统部件共振是振动系统内某一部件自振动频率与激振力一致而产生的共振。例如转子临界转速、汽缸、大直径管路、发电机等某一方向的自振动频率与激振力频率一致的共振。值得注意的是,轴承振动增大的机理不同使得这两种共振有区别。支撑系统共振是由于支撑动刚度降低,当激振力一定时,使振幅增大的;二系统部件共振是由于部件共振使振动惯性力增大并作用于轴承,这是当支撑动刚度不变时由于激振力增大而产生的振幅变化。
3.2、汽轮机轴承安装动刚度检测和判断
从问题一可知,轴承座动刚度除与静刚度和共振放大因素有关外,与动刚度关系密切。支撑系统一般指轴承盖、轴承座、基础台板、基础横梁等部件,刚度与这些部件连接的紧密程度有关,这种关系称为连接刚度。
传统的检查部件连接紧密程度方法有:检查连接螺丝预紧力、连接部件之间的间隙等,这些检测方法过程繁琐,在设备运作时,不能进行检测连接紧密度。于是我们改进了检测方法:采用检测连接部件之间差别振动是一种简单而有效的方法。其中,两个相邻的连接部件振幅的差值就是差别振动,差别振动值的存在说明两个相邻的连接部件之间在设备运作时产生了一定的相对位移。哪怕是微小的位移都说明部件的动刚度有所下降,但此时也许在静态下,连接部件之间并无间隙存在,连接螺丝的预紧力往往也很正常。
通常,轴承座的同一轴向断面内,测点上下标高差在100mm以内的两个连接部件在连接紧固的情况下,振动差小于2m;滑动面间正常的振动差应小于5m;发电机后轴承座与台板之间有绝缘垫的,振动差小于7m。可通过这些指标值判定轴承座连接刚度不足,振动差越大故障越大。
4、转子支承系统连接部件之间振动差过大的原因
4.1、基础台板与基础接触不良。
在安装过程中的多数情况下,基础台板与基础的接触是否良好是影响机组振动的主要原因,同时这也是较难控制的因素。造成基础台板与基础接触不良的原因主要有以下几个方面。
基础垫铁过高。虽然这种现象对轴承座垂直方向动刚度影响不大但明显地降低了轴承座水平和轴向的动刚度,而且往往在较大轴向振动作用下,会使轴承座台板二次灌浆发生松裂,导致其动刚度进一步降低,从而形成恶性循环。为此在安装时台板垫铁高度不可超过80mm。二次灌浆质量不高。其中包括未充实和水泥标号较低等客观情况。
轴承座漏油。由于汽轮机油浸入二次灌浆会使其强度有大幅度降低,在振动作用下不但会使二次灌浆松裂,而且可能导致二次灌浆与台板分离,使得振动进一步扩大。
基础台板垫铁走动。这种现象主要是由于二次灌浆质量不好、台板垫铁间距过大、吃力不均、垫铁之间及与台板之间未焊牢等情况在过大轴承振动作用时,使基础台垫铁发生走动。轴承座振动过大。不论是垂直还是水平,或是轴向振动过大都可以使基础二次灌浆松裂,使轴承座振动扩大,从而导致二次灌浆松裂加剧。
4.2、轴承座与台板接触不良。
由于轴承座或台板的变形及修刮不良,发电机后轴承座与台板之间的绝缘垫过多或太厚、不平整等原因,即使在各个连接螺丝都拧紧,仍不能达到要求的连接刚度,在动态下仍存在较大的振动差。
4.3、基础结构的选择对机组共振转速有显著的影响。 
在共振转速附近时,部件振幅和转速的关系是根据振动系统阻尼和激振力决定。水泥基础上的轴承座要比钢结构基础上的阻尼大很多,所以在同样激振力作用下,水泥基础的振幅要比钢结构基础的振幅小得多,而且钢结构基础的振动自由度比水泥基础更多,故升速过程中带有钢结构基础的机组可能会出现多个支撑系统共振转速,二对于水泥基础的汽轮机组来说,它的支撑系统自振频率均高于转子的工作频率,故而在升速过程中会出现共振。
4.4、连接螺丝松动。
由于安装时的疏忽大意,轴承盖、轴承座、基础台板等连接螺丝部分没有拧紧或预紧力不足。通过连接部件之间振动差值就可以直接判断是哪一个连接螺丝没有符合要求。
4.5、台板与垫铁在施工过程中保护不当。
在施工过程中保护不当Z主要的后果就是基础台板垫铁的氧化。造成氧化的主要原因是施工时基础台板垫铁沉积水分的造成铁氧化,同时二次灌浆中的氯化钠与铁氧化后,从化学只是来说,首先生成Fe3O4,于是体积增大使台板和基础分离,而后Fe3O4进一步氧化成Fe2O3,在机组运转时振动作用下变成的红色粉末造成台板与基础腾空,使得台板与基础之间的连接刚度降低。
5、结束语 
在汽轮机组轴承安装过程,任何一个环节出现问题都有可能造成机组的震动。因此在安装过程当中一定要严格的按照图纸来进行安装,不能够随意的进行更改。同时还要做好安装过程中的工艺质量管理工作,从而确保每个环节都不会出现问题。
(来源:城市建设理论研究(电子版) )
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