一种大功率汽轮发电机组轴承静态标高的调整方法

摘要

一种大功率汽轮发电机组轴承静态标高的调整方法，其步骤为：S1：测量机组冷态启动至某稳定带负荷工况下的各轴承动态标高绝对变化量；S2：测量机组在该稳定带负荷工况下各轴承轴瓦温度的增量；S3：选择动态“0”标高轴承，计算各轴承相对该轴承的标高变化量；S4：计算各轴承动态载荷变化强度指标；S5：对n个稳定负荷工况，重复步骤，计算各个轴承在不同负荷工况下的平均动态载荷变化强度值；S6：计算各轴承动态标高相对变化量与瓦温增量的相关性判别指标minR

说明书

技术领域

本发明主要涉及到汽轮发电机组领域，特指一种适用于大功率汽轮发电机组中轴承静态标高的调整方法。

背景技术

大功率汽轮发电机组的转子由多个滑动轴承支撑。为确定各个轴承的载荷分布，安装时要求各轴承的垂直方向的高度不同，即存在静态标高。标高变化是现场实际运行中引起系统不稳定的主要因素之一，对于滑动轴承支承的多跨转子系统而言，由于外界条件变化等因素会导致多跨转子支承轴承的标高抬起或下沉，影响系统的对中状态，系统产生附加应力和附加弯矩，会引起异常振动。而且轴承的载荷将会重新分配，使载荷分配偏离设计要求，进而影响油膜力的动力特性，容易产生油膜失稳。

汽轮发电机组中各轴承的静态标高及载荷分布计算方法已经较成熟，但机组运行中由于受种种因素的影响，使轴系中各轴承标高发生变化，如：坐落在排汽缸上的轴承受真空和排汽温度影响较大；发电机端盖式轴承受氢温、氢压影响；高中压转子两端轴承受汽缸散热、轴封漏汽等影响。此外，轴承标高还与瓦温、回油温度及周围环境温度等有关。

对于刚性对轮连接的轴系，各轴承标高变化可直接影响到轴承间的负载分配。负载分配不均时会导致部分轴承的载荷异常升高，从而出现瓦温升高、轴瓦磨损、碎裂，引起异常振动；同时，载荷减小的轴承会使轴承油膜不稳，低频振动增大，诱发油膜振荡等，严重者还会使轴系临界转速发生变化，振型变化，引发其他振动问题。近几年来，特别是300MW、600MW、1000MW机组陆续投运以来，因轴系标高设置、调整不当，轴承动态标高变化规律没有摸清楚等，产生了一系列的振动问题和轴瓦故障等问题。

虽然应用标高变化与轴承载荷灵敏度的计算可以为静态下标高调整提供理论依据，但是一方面该方法仅仅对轴承标高调整时，标高变化对轴承载荷的影响进行了计算，并未提供定量的轴承载荷判定依据，另一方面，该方法理论性较强，对于现场工程技术人员来说具有一定的操作难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、可靠性好的大功率汽轮发电机组轴承静态标高的调整方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大功率汽轮发电机组轴承静态标高的调整方法，其步骤为：

S1：测量机组冷态启动至某一稳定带负荷工况下的各轴承动态标高绝对变化量(△H)_i；

S2：测量机组在该稳定带负荷工况下各轴承轴瓦温度的增量

S3：选择动态“0”标高轴承，计算各轴承相对该轴承的标高变化量(△H)_ir；

S4：计算各轴承动态载荷变化强度指标：

S5：对n个稳定负荷工况，则重复上述步骤，并计算各个轴承在不同负荷工况下的平均动态载荷变化强度值：

${\overline{\left(\mathrm{DL}\right)}}_i=\frac{1}{n}\times \underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(\mathrm{\Delta H}\right)}_{\mathrm{ir}}^j\times {\left(\Delta \bar{t}\right)}_i^j;$其中，j＝1,2,…,n；

式中(△H)^j_ir表示第i个轴承在第j个负荷工况下的相对标高变化量，表示第i个轴承在第j个负荷工况下的轴瓦温度增量；

S6：计算各轴承动态标高相对变化量与其瓦温增量的相关性判别指标：

$\min R_i=\mathrm{Min}\left(R_i^j\right)(j=\mathrm{1,2},...,n)$

$R_i^j=\frac{{\left(\mathrm{\Delta H}\right)}_{\mathrm{ir}}^j\times {\left(\Delta \bar{t}\right)}_i^j}{{\overline{\left(\mathrm{DL}\right)}}_i};$

S7：进行标高调整判别：选取min>i在预设范围内的轴承，计算其在不同负荷工况下的动态载荷变化强度最大值；依据动态载荷变化强度最大值来选定轴承进行标高调整。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S2的具体流程为：

S201：测量机组在该稳定工况下的各个轴承轴瓦温度平均值其中：i＝1,2,…,N，用来表示轴承编号，以下相同；即，分别表示机组#1～#N轴承在带稳定负荷工况下瓦温的平均值；

S202：计算N个轴承轴瓦温度的平均值：

${\bar{t}}_{\mathrm{total}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\bar{t}}_i;$

S203：计算各轴承轴瓦温度的增量：

${\left(\Delta \bar{t}\right)}_i={\bar{t}}_i-{\bar{t}}_{\mathrm{total}}$

即，用来定义单个轴承轴瓦温度的增量。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3的具体流程为：

S301：将各轴承座中分面的动态标高变化量用符号(△H)_i表示，式中下标i表示轴承编号；

S302：根据现场检测的各轴承动态标高变化量(△H)_i转换成各轴承相对标高变化量(△H)_ir；(△H)_ir由下式计算得出：

(△H)_ir＝(△H)_i-(△H)_o

上式中，(△H)_o为参考动态标高值。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S302中的参考动态标高值按下列方法进行取值：在原静态零标高轴承中，取动态标高的变化量绝对值最小者做为动态的零标高轴承，其(△H)_ir取值为“0”。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S7中选取min>i≥0.6的轴承，计算其在不同负荷工况下的动态载荷变化强度最大值。

作为本发明的进一步改进：对所述选取的轴承按大小顺序排序，其中max>i排列前面的轴承是最需要调整轴承静态标高的轴承；max>i值相近则瓦温增量大者优先考虑调整；即为各轴承静态标高的调整量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的大功率汽轮发电机组轴承静态标高的调整方法，是在工程中诊断汽轮发电机组各轴承标高动态变化引起的轴承载荷变化和估算静态标高预调整量，以实现各轴承在动态下具有合理载荷分布的方法。本发明基于轴承动态标高与轴承载荷之间的关联性诊断，将汽轮发电机组各轴承动态标高的变化量测量值与各轴承轴瓦温度的差异值的组合定量关系用于定量诊断各轴承载荷动态变化的问题。整个方法原理简单、简明直观，并能直接计算出轴承静态标高调整量值，可操作性强。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是本发明具体应用实例中600MW汽轮发电机组轴系结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

汽轮发电机组轴承的动态标高是相对静态(机组未启动，金属温度与环境温度一致)工况而言的。轴系在静态工况下形成一条合理的曲线(扬度曲线)，各轴承的静态标高分布与转子的曲线相匹配。在静态工况下，各轴承承载均匀合理的转子静载荷。

对于汽轮发电机组轴承而言，在润滑油供油正常的情况下，轴承承载的动态载荷大小与轴承的轴瓦金属温度成一一对应关系。动态载荷增大时，轴瓦金属温度升高；动态载荷降低时，轴瓦金属温度下降。基于上述原理，在本发明中，将汽轮发电机组各轴承动态标高的变化量测量值与各轴承轴瓦温度的差异值的组合定量关系用于定量诊断各轴承载荷动态变化的问题。

由于现代大型汽轮发电机组的转子由多轴承支撑，一般不少于6个轴承，为此本发明针对多轴承(轴承数量用N表示)机组，提供一种基于轴承动态标高与轴承载荷之间的关联性诊断进行轴承动态标高调整的方法。

如图1所示，本发明的一种大功率汽轮发电机组轴承静态标高的调整方法，其步骤为：

S1：测量机组冷态启动至某一稳定带负荷工况下的各轴承动态标高绝对变化量(△H)_i；

S2：测量机组在该稳定工况下各轴承轴瓦温度的增量

在本实施例中，上述步骤S2的具体流程为：

S201：测量机组在该稳定工况下的各个轴承轴瓦温度平均值其中：i＝1,2,…,N，用来表示轴承编号，以下相同；即，分别表示机组#1～#N轴承在带稳定负荷稳定工况下瓦温的平均值。

S202：计算N个轴承轴瓦温度的平均值：

${\bar{t}}_{\mathrm{total}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\bar{t}}_i;$

S203：计算各轴承轴瓦温度的增量：

${\left(\Delta \bar{t}\right)}_i={\bar{t}}_i-{\bar{t}}_{\mathrm{total}}$

即，用来定义单个轴承轴瓦温度的增量；

S3：选择动态“0”标高轴承，计算各轴承相对该轴承的标高变化量(△H)_ir；

在本实施例中，上述步骤S3的具体流程为：

S301：将各轴承座中分面的动态标高变化量(冷态启动至满负荷稳定工况的全过程标高 累计变化量)用符号(△H)_i表示，式中下标i表示轴承编号。

S302：根据现场检测的各轴承动态标高变化量(△H)_i转换成各轴承相对标高变化量(△H)_ir；(△H)_ir由下式计算得出：

(△H)_ir＝(△H)_i-(△H)_o

上式中，(△H)_o为参考动态标高值；

在具体实施例中，可以按下列方法进行取值：在原静态零标高轴承中，取动态标高的变化量绝对值最小者做为动态的零标高轴承，其(△H)_ir取值为“0”。

S4：计算各轴承动态载荷变化强度指标：

${{\mathrm{DL}}_i}^j={\left(\mathrm{\Delta H}\right)}_{\mathrm{ir}}\times {\left(\Delta \bar{t}\right)}_i$

DL(Dynamic Load)为轴承的动态标高变化量与瓦温增量的乘积。式中：(△H)_ir表示第i个轴承相对标高变化量，根据上述步骤S3可以计算得到；式中表示第i个轴承的轴瓦温度增量，根据上述步骤S2可以计算得到。

S5：对n个稳定带负荷工况，则重复上述步骤，并计算各个轴承在不同负荷工况下的平均动态载荷变化强度值：

${\overline{\left(\mathrm{DL}\right)}}_i=\frac{1}{n}\times \underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(\mathrm{\Delta H}\right)}_{\mathrm{ir}}^j\times {\left(\Delta \bar{t}\right)}_i^j;$其中，j＝1,2,…,n；

式中(△H)^j_ir表示第i个轴承在第j个负荷工况下的相对标高变化量，表示第i个轴承在第j个负荷工况下的轴瓦温度增量。

S6：计算各轴承动态标高相对变化量与其瓦温增量的相关性判别指标：

$\min R_i=\mathrm{Min}\left(R_i^j\right)(j=\mathrm{1,2},...,n)$

$R_i^j=\frac{{\left(\mathrm{\Delta H}\right)}_{\mathrm{ir}}^j\times {\left(\Delta \bar{t}\right)}_i^j}{{\overline{\left(\mathrm{DL}\right)}}_i}$

S7：进行标高调整判别：

min>i的理论取值范围为(0～1)。min>i的取值越接近1，说明第i个轴承动态标高变化 测量值与该轴承载荷动态变化值关联性越大。一般来说，若min>i≥0.6，则表明第i个轴承动态标高变化测量值与该轴承载荷动态变化有明显的相关性，可通过调整第i个轴承的静态标高值即可实现控制该轴承动态载荷异常变化的目标。

例如，选取min>i≥0.6的轴承，计算其在不同负荷工况下的动态载荷变化强度最大值：

$\max {\mathrm{DL}}_i=\mathrm{Max}\left[{\left(\mathrm{DL}\right)}_i^j\right](j=\mathrm{1,2},...,n)$

对于符合R判据的机组，选取符合min>i判据的轴承，对这些轴承的max>i在按大小顺序排序。其中，max>i排列前面的轴承则是最需要调整轴承静态标高的轴承；max>i值相近则瓦温增量大者优先考虑调整。

在具体应用实例中，若某一轴承的max>i>500(μm·℃)，则对该轴承的静态标高进行调整。在较佳实施例中，标高调整量为各轴承不同负荷工况下的相对动态标高变化量的均值。相反，则可以考虑不调整该轴承的静态标高。

在具体应用实例中，在进行轴承静态标高调整量时：

(1)合理选择动态“0”标高轴承；

原静态零标高轴承中，取动态标高的变化量绝对值最小者做为动态的零标高轴承。

(2)相对动态标高值计算；

以选定的动态“0”标高轴承为参考，计算各轴承不同负荷工况下的相对动态标高变化量，再计算其均值即为各轴承静态标高的建议调整量。

在一个具体应用实例中，将本发明的方法应用于对某电厂600MW汽轮发电机组轴系标高动态变化情况进行了测量和分析，该机组轴系结构如图2所示，机组从冷态启动至带满负荷过程各轴承动态标高变化测量结果如表1所示。

表1机组冷态启动过程各轴承标高净变化量(单位：μm)

以#3轴承作为热态工况下的标高参考，得到机组冷态全过程中各轴承的动态标高相对值见表2，同时给出各轴承平均瓦温增量见表2。

表2各轴承动态标高变化与瓦温平均增量对比

根据表2的数据，结合上述轴承动态标高变化与轴瓦温度增量变化判断准则可以看出，#2轴承与#6轴承动态标高变化测量值与该轴承载荷动态变化有明显的相关性，可通过调整这两个轴承的静态标高值实现控制轴承动态载荷异常变化的目标。根据本发明的方法对该机组静态标高进行调整，解决了该机组#2和#6、#7轴承运行中振动偏大的问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。