汽轮机猫爪横销卡涩原因分析与处理方法

汽轮机猫爪横销卡涩原因分析与处理方法

许力鹏

广州石化建筑安装工程有限公司

摘要:滑销系统是汽轮机组的一个关键部分,任何滑销的故障和安装错误都会影响汽机汽缸正常的膨胀收缩，引起机组中心偏移，造成动静部分碰磨，容易发生机组振动异常、汽封轴封磨损等设备故障发生。完好的滑销系统是汽轮机安全运行的重要保证。本文针对一起因背压式汽轮机滑销系统引起的振动故障进行了分析并介绍其处理方法。

关键词：汽轮机猫爪横销振动处理方法

前言：汽轮机经过长时期的运行后，滑销会发生不同程度的磨损、卡涩甚至损坏，所以在大修和消除机组振动的检修中，对滑销系统的检查与修理必须给予足够的重视。

1.机组概况

1.1机组简介

设备所在单位：广州石化动力事业部动力一站

设备位号：汽机102（简称2#机）

汽轮机制造厂：哈尔滨汽轮机厂

型号：B12—8.83/4.02，单缸背压式汽轮机

新汽温度：535℃

排气温度：439℃

进气压力：8.83Mpa

转速：3000r/min

额定功率：12MW

该机组由调速部分、汽机本体、发电机、励磁机等部分组成。汽轮机和发电机转子的连接为套装半挠性靠背轮连接，共有4个支持轴承和1个推力轴承，其中汽机前轴承(下称1#轴承）为推力——支持联合轴承。汽缸的支承方式为下汽缸缸体支脚支承在轴承箱上，常常将这个缸体支脚形象地称为“猫爪”。机组的滑销系统由纵销、横销、立销和角销组成，纵销是沿汽轮机中心线设置在前后轴承座与前底板之间；横销设置在前猫爪与后猫爪下面；立销设置在前后轴承座与汽缸之间,角销设置在前后轴承箱下的两侧。见图1

2.汽轮机振动大会造成如下危害

(1)端部轴封磨损。高压端部轴封磨损，自高压缸向外漏汽增大，会使转子轴颈局部受热容易发生弯曲，蒸汽进入轴系中使润滑油内混入水分，破坏了油膜，并进而引起轴瓦乌金熔化。同时，漏汽损失增大，还会影响机组的经济性。

(2)隔板轴封磨损。隔板轴封磨损严重时，将使级间漏汽增大。除影响经济性外，还会增大转子的轴向推力，导致引起推力瓦块合金烧毁。

(3)滑销磨损。滑销严重磨损时，会影响机组的正常热膨胀，从而会进一步引起更严重的事故。

(4)轴承合金龟裂，紧固螺栓松脱、断裂。

(5)转动部件材料的疲劳强度降低，这将引起叶片、轮盘等损坏。

(6)调速系统不稳定。调速系统的不稳定，将引起调速系统事故。

(7)危急遮断器误动作。

(8)发电机励磁机部件松动、损坏。

3.对2#机异常振动问题的分析和处理方法

3.12#机异常振动原因分析：

2#汽轮机组总运行时间已经近20年，由于广石化的特殊工况及设计上的不足，经常出现振动过大等问题。2#机存在的振动过大的情况，开始被认为是轴瓦间隙超标所引起的，经过检查处理后，振动过大的情况并没有很大改善，再继续排查时怀疑前轴承箱的两个猫爪在开机时可能有膨胀不同步的情况。通过在前轴承箱与汽缸猫爪两侧各安装百分表测量热膨胀位移量，发现机组两侧的变化值相差达到了0.6mm，初步确认为猫爪卡涩，导致两边膨胀变化量差异较大，从而引起机组内部动静间隙出现较大变化，可能会在运行中影响机组的振动水平。停机进行各部分解体，以高压缸转子为水平基准检查转子的扬度，并根据实际情况作出相应的调整，使其符合规范要求：

（1）拆检各个轴承，使轴颈处于非受压状态，转子的扬度以高压缸转子为水平基准，一般以前轴颈处为水平基准，向后扬起。测量各动静部分间隙，调整间隙符合规范要求；

（2）调整好汽机转子扬度后，对汽轮机转子和发电机转子轴系进行对中复查，按照对中要求调整好；

（3）复测转子轴颈圆度（圆柱度），误差＜0.03mm；

（4）检查轴承并用压铅丝的方法测量其间隙、紧力；见表2.1

（5）油楔的接触角为60°±5°，接触面积为70%；

（6）检查各轴承瓦枕的接触面积应达到70%以上，各推力瓦表面未检查出异常情况，各方面基本符合标准范畴；

于是经过推测可能是由于某种原因引起动静部分摩擦或转子动不平衡所致。在揭开汽缸，检查通流间隙时发现第七、八级轴封与转子有碰磨的痕迹，两级的长汽封齿均被扫去，并有倒伏现象。另外，发现汽缸的三块下隔板围带出现比较严重的碰磨痕迹，在对滑销系统进行检查，检查各个下汽缸猫爪横销时也发现有不同程度的卡涩情况，经检查两侧间隙无法通过0.02mm的塞尺。见表2.2和图2

图2下汽缸猫爪示意图

另外，再配合试验台上作动平衡校验，发现机组转子动平衡精度符合技术规范要求。因此判断猫爪的膨胀不一致引起动静部分摩擦，导致机组振动异常。

3.2猫爪横销拆卸与检修

对猫爪横销进行拆卸，用50T千斤顶把汽缸猫爪顶起来并且在旁边打一个百分表，顶起的高度控制在1mm以内，在横销旁边焊一个尺寸合适的大螺母，逐一将所有猫爪横销拉出来，可以看得到猫爪横销的接触面上呈现不同程度深浅且长短不一的刮痕。修复时必须用油石把猫爪横销的划痕推平，然后用刮刀进行刮研，再跟汽缸下猫爪销槽使用研磨膏进行对研，其接触面光洁度不低于Ra1.6，接触面积在80%以上，间隙值应符合标准，且两端同侧的间隙方向一致，误差不超过0.02mm，否则应返修，使其符合机组横销相关技术要求。每个横销拆卸前应做好记号，在修复配对过程中严禁不同组的猫爪横销互相研磨，不能互换、乱装、反装，回装时按原拆卸做好的记号配对回装，并涂上黑铅粉或者耐高温防咬合剂，使猫爪横销能够在冷缩热胀中得到自由伸展。回装完成后再次检查确认，防止装错。

在拆卸过程中有一组猫爪由于膨胀受阻的原因，巨大的剪应力使定位销钉产生破坏变形，造成结合面产生相对运动，销钉产生变形后不能正常拆卸，需要将定位销作破坏性拆除。具体做法是用磁吸钻将损坏的销钉连同销钉孔一起钻通，再用铰刀重新铰孔并根据新的销孔配销。

3.3针对发现的问题分析及处理

3.3.1猫爪的构造及故障缘由

根据汽缸猫爪的支承结构可分为上汽缸猫爪支承和下汽缸猫爪支承两种结构。2#汽轮发电机组的汽缸支承方式则属于下汽缸猫爪支承方式（图3，图4），下汽缸猫爪这种支撑方式比较简单，安装方便。汽缸前后的两个“猫爪”均支撑在前后轴承箱座上。前轴承箱座放置在带纵销的前底板上，在通入高温蒸汽时汽缸会发生受热膨胀，由于后轴承箱横销与纵销的中心交点是机组热膨胀死点，在纵向上，汽缸后部两个“猫爪”支撑在后轴承箱座，受到后轴承箱座的限制，只能向前传递膨胀，从进汽端膨胀由前猫爪推动前轴承箱沿轴向中心线向前滑动（见图1）；在横向上，由机组中心线向外沿横销方向自由膨胀。但是汽缸猫爪支持平面低于机组的中心线。开机时，管网系统冲转时进汽量少，内部加热不足，容易造成上下缸的温差变化差异大。当汽缸受热后，猫爪温度明显高于轴承座的温度，把缸内的汽封洼窝中心抬高了，而此时支撑在轴承上的转子中心线未变，造成汽封下部间隙过小的同时上汽缸的径向间隙相应增大；而且，如果受到滑销系统卡涩的影响，在水平的方向不能自由膨胀，缸体会拱起，甚至会在日后留下不对称残余变形。汽缸猫爪和猫爪横销在冷缩热胀的过程中反复错动，发生磨损或拉起毛刺，甚至夹杂，容易导致卡涩。而汽缸膨胀时需朝着前轴承箱和猫爪横销方向自由移动，猫爪的卡涩使膨胀非对称受阻而得不到足够的位移使汽缸发生扭曲变形，直接影响到隔板和转子叶轮之间调整好的间隙，而发生动静部分碰磨。

图4猫爪横销

3.3.2按实际情况对猫爪及汽封调整处理

（1）猫爪支承处轴封洼窝中心抬高的数值大小跟猫爪的尺寸、猫爪的温度和支持形式有关。轴封洼窝中心的抬高值计算方法为：

ΔH=αHΔt

（其中ΔH为轴封洼窝中心抬高值；α=1.2×10-5/℃为线膨胀系数；H为猫爪高度；Δt为猫爪温度和轴承座温度之差）

经计算可得出抬高值为：ΔH=αHΔt=α=1.2×10-5/℃×120mm×（300-80℃）=0.32mm

（2）根据计算结果，调整膨胀间隙为0.32mm（取标准间隙上限值）。

（3）另外同时把汽缸三块下隔板围带的汽封齿高度减少1mm，第七、八级轴封与转子碰磨出现的倒刺和麻坑修复平整并修刮两级汽封座，更换磨损的汽封圈组件。重新测量并调整第七、八级轴封的通流间隙，并把汽封的间隙调整为上限值。

3.4猫爪横销检修注意事项与原则

3.4.1滑销系统的重要性

滑销系统的完好是保证汽轮机安全运行的重要条件之一。任何滑销的磨损，卡涩都可能引起机组中心偏斜，造成动静部分碰擦，发生严重振动等设备损坏事故。汽轮机经过一个长时期的运行后，滑销经常会发生不同程度的磨损、卡涩甚至损坏。安排机组大修时不能因未发生过故障而忽略了滑销系统的检查处理。

在正常大修中一般不会吊离轴承箱，所以在检查滑销系统时，位于轴承座下的纵销、横销的检查相对困难，如有必要应检查间隙是否正常，我们可以用千斤顶和葫芦推拉，模拟运行中的膨胀力的作用，确认其是否可以正常活动。对于猫爪横销而言，它们安装在气缸两侧，在运行中很容易受到外来因素影响。比如铁屑、砂粒等细小硬物进入，特别在做常规防腐油漆工程时，由于没有做好保护措施，油漆也会影响猫爪滑动，导致工作异常。所以在检修回装后要注意保护，而在发生振动异常时也应注意检查滑销系统，特别是猫爪滑动面的间隙情况。

对于2#机组长期存在振动异常而言，正是检修时忽略了这一因素的影响，迟迟未能处理好机组振动异常的故障。因此在今后的每次大修中，对滑销的检查与修理必须给予足够的重视。

3.4.2猫爪横销检修的原则

在每次大修中，猫爪横销均应拆开检查。检查时应注意其修前的状态，特别是上一次大修中发现并处理过缺陷的，更要着重检查，如间隙的变化，滑动面有无磨损和卡涩痕迹等。这些微小的现象往往会引起汽轮机的重大隐患和故障。

3.4.2.1必须确保所有猫爪横销间隙，必须符合制造厂的规定间隙。间隙过大，将造成汽缸、转子的相对位置变化大。滑销间隙过小，容易发生卡涩，妨碍汽缸膨胀。如遇这种情况，应重新加工滑动面，再回装。其检修要求如下：

（1）当间隙过大时采用另配置新销子或补焊后加工的办法，将间隙缩小。加工时应注意：

①补焊用的焊材及焊接后的强度同样不得低于原来的金属强度。禁止使用点焊、捻打或挤的方法来修补过大的滑销间隙。

②必须确保加工精度，对于不达标的工件必须返工处理至达标为止。

（2）当猫爪横销间隙过小或有磨损，卡涩痕迹时，可采用刮刀刮研再用研磨膏进行相对研磨。研好的滑销，应使全长的间隙均匀，并符合要求。滑动面光洁度不低于Ra1.6，接触面积应在80%以上。

3.4.2.2经检查合格的滑销要清扫干净，涂上黑铅粉或耐高温防咬合剂，再按记号装回原处，切不可装错装反。

3.4.2.3所有连接螺栓都应拆下清扫，用压缩空气吹干净，涂上干黑铅粉或者涂上耐高温防咬合剂，再按记号装回原处。

3.4.2.4安装好的猫爪，必须进行保护。严防灰渣、铁屑、砂粒等杂物掉入滑销间隙内。可用胶布将露在外面的间隙封住，同时胶布不能夹进接触面间隙阻碍滑动膨胀。或在每个滑销处加装合适的保护罩子，加罩后不应影响机组的滑动膨胀，还应便于运行中检查。汽轮机喷涂油漆时要仔细，禁止喷涂在滑销间隙处，以免油漆干后堵塞间隙，影响滑动膨胀。

4.小结

通过对机组的滑销系统、润滑系统、调速系统重点检修和轴系对中等一系列检修施工，同时调整改进运行工艺，尽量缩小上下缸的温差，控制好进汽量及受热时间，使汽缸受热均匀，在正常状态下工作，机组振动值回复到正常状态（表3）。之后2#机运行平稳，并经历了多次机组调峰及甩负荷的考验，至今已稳定运行超过一年，未发生同类事件，为电网热网长期平稳运行提供有力的保障。

参考文献：

[1]何新玲.汽轮机非稳定性振动诊断与分析[C].昆明：全国火力发电厂汽轮机专业技术交流研讨会，2008

[2]中国石油化工集团公司.中国石油化工股份有限公司.SHS01000-2004.石油化工设备维护检修规程[M].北京：中国石油化工集团公司，2004