桑泉巍, 刘振祥, 田新启, 任 伟

(1. 东南大学 火电机组振动国家工程研究中心， 南京 210096； 2. 华电句容电厂， 江苏镇江 212000)

某电厂2台255 MW燃气-蒸汽机组由2台E级燃气-蒸汽联合循环机组组成，采用一拖一分轴布置，配2台余热锅炉和2台抽凝式汽轮机。2号汽轮机型号为LC50/N80-7.50/1.30/0.28，采用单缸单轴布置，汽轮机转子和发电机刚性连接。工作人员对2号汽轮机初次开机检查时发现，低压缸和转子上部的轴封间隙由原来预留的正常值减少到了50 μm，导致机组无法正常启动。笔者分静态无外界扰动、凝汽器灌水和抽真空三种试验工况，对低压缸相对于2号轴承座标高的相对变化进行了连续监测，通过对试验结果的研究分析，得出了引起故障的具体原因，提出了相应的处理措施。

1 轴封间隙过小原因分析

暂不考虑运行中诸如蒸汽温度变化、转子振动等因素的影响，引起轴封间隙过小的原因主要有3个：(1)安装人员在安装过程中没有达到相应的安装标准，预留的间隙量不够，从而导致间隙过小；(2)高低压缸上外缸刚度不足，在抽真空时，由于大气压力对外缸作用力较大，导致外缸变形，使低压缸上轴封间隙变得过小；(3)2号汽轮机机组存在一定的基础沉降，且低压缸存在横向沉降不均的现象。

经排查，在整个安装过程中，相关安装部门严格按照规章和标准进行安装，预留量设置合理，故排除人为因素的影响。由于高低压缸刚度和基础沉降不均都对间隙变小有影响，笔者通过涡流传感器进行标高测试来测量轴封间隙，并对测试结果进行分析。

2 轴封间隙测量原理及测量方法

2.1 测量原理

标高专用测量装置的分辨率可达2 μm，综合测试精度达30 μm[1],其可靠性在故障的诊断和处理中也已经得到了证实。标高测量装置见图1，左右两个测量钢杯均由不锈钢制成，钢杯中置有适量的液体(一般为黏度较小的洁净流体，例如变压器油)，中间由导管连通，安装在所要测试的测点位置上。涡流传感器线圈中通以较高频率的交流电,当线圈靠近被测的钢制浮子时,在钢制浮子内部将产生感应的电涡流,其大小与浮子的电导率σ、磁导率μ、厚度d、线圈外径r、激励电流I、角频率ω及线圈到钢制浮子之间的距离等参数有关，当电涡流传感器中的σ、μ、d、r、I、ω恒定不变时,线圈阻抗Z与钢制浮子之间距离呈单值函数关系[2]。钢杯中流体液面发生变化时，即距离变化时，Z也随着变化，将阻抗的变化信号经处理之后转换为电压信号，再经前置器、信号处理器和信号采集器，最终传输到计算机[3]。

1—液体；2—钢制浮子；3—固定螺帽；4—电涡流传感器。图1 标高测试装置示意图

两测点位置的标高相对变化量Δx由下式计算(公式中测点1和测点2对安装的位置无要求)：

(1)

式中：U1、U2为任意一组两测点初始时刻对应的涡流传感器间隙电压，V；U11、U22为某时刻两测点分别对应的电压，V；S为涡流传感器灵敏度，V/μm，S取4×10-3V/μm。

2.2 测量方法

针对2号汽轮机采用的单缸单轴结构特点，试验测点的布置方案俯视图见图2。

图2 测点位置布置图

测点安装位置有6个，分别为2号轴承座东侧、低压缸东侧台板上部、2号轴承座顶部、低压轴封端上部、2号轴承座西侧、低压缸西侧台板上部，对应测点编号测点1到测点6，对应涡流传感器编号CH1到CH6。6个测量钢杯分别安装在图2中编号1到6的各测点上，各组测点由导管相连，将3组传感器的输出信号即间隙电压值调整到合适的值，由固定螺帽进行固定，待3组测量钢杯液面平衡及传感器进行零点调整后，开始进行正式测试。

3 数据处理及分析

3.1 数据处理

标高测试共分3部分进行，在无外界扰动的前提下机组静态72 h进行的测试(见图3)、在凝汽器灌水条件下24 h进行的测试(见图4)及在凝汽器抽真空条件下24 h进行的测试(见图5)。

图3 在静态无扰动条件下标高相对变化图

图4 在凝汽器灌水条件下标高相对变化图

图5 在抽真空条件下标高相对变化图

第一组测点为CH1、CH2；第二组测点为CH3、CH4；第三组测点为CH5、CH6。

表1为整个测试过程中各个电涡流传感器部分间隙电压(因数据较多，故只列举了关键点的数据)。

表1 各测点涡流传感器间隙电压 V

3.2 结果分析

由图3可得：对于2号轴承座标高相对变化量都呈下降趋势，总体变化不大，说明机组整体上存在着一定缓慢下沉的现象。

由图4第一组和第三组曲线可以发现：在凝汽器循环水泵开启时，低压缸东西侧测点相对于2号轴承座标高出现小范围下沉和上升的突变现象，随后在支撑弹簧的作用下趋于稳定。因此，在凝汽器灌水时，低压缸相对于2号轴承座标高变化影响较小，但低压缸东西侧存在横向沉降不均的现象。

由图5标高变化的第二组曲线分析得：抽真空对低压缸轴封端上部测点4相对于2号轴承座标高变化的影响相对较小，说明抽真空对低压轴封端上部间隙的影响较小，即高低压缸不存在刚度不足的问题。由图5第三组曲线可以看出：测点6相对于2号轴承座标高变化影响较大，抽真空结束时数据(第七天09：01:00)和抽真空之前数据(第六天09：02:00)相比，变化最大，约190 μm。

综上分析可得：高低压缸不存在刚度不足的问题，机组基础沉降在110 μm左右，在沉降过程中机组还存在着较大的波动，且低压缸还存在着横向沉降不均现象，不利于整个机组的顺利开机和安全运行。

4 处理措施

调整2号轴承座标高，将低压轴封预留的上部间隙在允许的范围内尽量大一些，以减少整个机组因基础下沉和沉降不均所带来不利的影响，保证机组在顺利开机之后的运行安全。经分析研究后决定，将低压缸轴封上部间隙调整到600～650 μm，低压缸轴封下部间隙调整到100～150 μm。调整2号轴承座标高的措施主要有2个：(1)揭缸，对整个机组的标高进行重新标定；(2)调整2号轴承座轴瓦垫片[4]。由于揭缸花费的时间较长，考虑到工期较紧，所以采用调整轴瓦垫片来调整2号轴承座标高的措施，并继续监测低压缸轴封端的间隙变化，若轴瓦垫片调整到最大限度后，低压缸轴封端的上部间隙仍旧过小，则采取揭缸措施。

5 结语

该机组在安装之后出现了低压缸轴封上部间隙过小的现象，针对此问题，提出以下建议：

(1) 整个机组选址应建在硬质的持力层上，且较早完成大部件的安装，尽可能加上对基础下沉影响较大的荷载，例如凝汽器灌水、抽真空等荷载，使整个机组能够较早地完成大幅度大波动的沉降，以保证机组在后续的正常开机和安全运行。

(2) 在安装时，调整轴封间隙应考虑到基础下沉对整个标高的影响，在调整前应详细咨询土建部门机组有可能出现的最大基础沉降量，在允许范围内，预留出一定的轴封间隙。

(3) 持续监测低压轴封端的间隙变化，若低压缸上部轴封间隙变得过小，则需要重新对间隙调整后，再确定是否开机。