葉片軸技術(shù)在燃機維護中的運用

1、葉片軸技術(shù)在燃機維護中的運用     燃氣輪機是天然氣輸送的主要動力設(shè)備之一，在天然氣長輸管道增壓中應用較廣。燃氣輪機周期保養(yǎng)工作一般由用戶組織人員在現(xiàn)場完成，大中修（航改型燃氣輪機25000h為中修，50000h為大修；工業(yè)輕型燃氣輪機30000h為大修）一般返回制造廠由原始設(shè)備制造商（OEM）完成，可以根據(jù)實際情況選擇零部件的損壞、更新和修復方式。以某壓氣站Taurus70燃機的一次事故維修為例，介紹燃機現(xiàn)場維修葉片排序配平方法以及軸對中關(guān)鍵技術(shù)，以期為燃機現(xiàn)場維修提供指導。1Taurus70燃機主體結(jié)構(gòu)與故障描述Taurus70燃氣輪機由美國索拉公

2、司生產(chǎn)，設(shè)計功率7MW，主體結(jié)構(gòu)為：14級壓氣機葉片（其中包括4級可調(diào)靜葉）、環(huán)形燃燒室、2級燃氣渦輪和2級動力渦輪（圖1）。機組以氣動方式啟動，起動機為蝸桿式氣動馬達。附屬齒輪箱位于進氣側(cè)的軸端，安裝有氣動馬達和主滑油泵。潤滑油系統(tǒng)由兩臺油泵（主滑油泵和輔助滑油泵）及輔助管路組成，輔助滑油泵主要為泵體起動和緊急停機提供潤滑油，由不間斷電源（UPS）供電。除啟動系統(tǒng)和潤滑油系統(tǒng)外，還包括燃料氣系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等。某壓氣站Taurus70燃機燃料氣中含有重烴組分，出現(xiàn)故障時，1級渦輪靜子葉片部分燒蝕，1級渦輪轉(zhuǎn)子葉片全部輕微燒蝕，燃機壓氣機狀態(tài)完好。由于更換受損的熱部件不會對轉(zhuǎn)

3、子動平衡產(chǎn)生太大影響，而且現(xiàn)場需要盡快恢復生產(chǎn)，因此，決定由OEM廠商提供專用工具并派專業(yè)工程師現(xiàn)場更換受損部件。2葉片配平技術(shù)2.1概述由于燃機不同葉片之間存在質(zhì)量差異，且各個葉片的質(zhì)心位置不完全相同，如果不重新排序而僅僅更換葉片，將會破壞渦輪盤的平衡狀態(tài)而出現(xiàn)不平衡量。較大的不平衡量會引起機組振動，當振動超過一定范圍時，不僅會使燃氣輪機緊固件松脫、失效，而且還會誘發(fā)各種受力零部件的疲勞損傷，甚至發(fā)生疲勞斷裂，直接影響燃機的工作可靠性和使用壽命。因此，在安裝或更換葉片過程中，需要改變?nèi)~片在渦輪盤上的排列順序，調(diào)整轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布，將不平衡量控制在最小范圍內(nèi)，該過程叫做葉片配平。通常情況下，葉片配

4、平首先由計算機完成復雜的預排序過程，然后在動平衡機上進行試驗驗證，不平衡量滿足要求時才可裝配使用；或是將數(shù)據(jù)傳真給生產(chǎn)廠家，由生產(chǎn)廠家通過計算機程序模擬計算后，提供葉片排序方案。若不具備上述條件，則需要采取簡易的人工排序方法。人工排序方法既可用作確定平衡機上的初步試驗方案，又可確定葉片的實際排序方案。2.2方法假設(shè)燃機渦輪盤是平衡的，葉片配平方法主要有2種：簡單排序法（如逆序插值法1）和優(yōu)化排序法2。兩種配平方法均采用盡量使所有葉片的總不平衡質(zhì)量矩最小的原則。實際上，渦輪盤的不平衡量一定存在，因此，為了確保結(jié)果的準確性，Taurus70現(xiàn)場維修更換渦輪轉(zhuǎn)子葉片時，考慮了渦輪盤的不平衡量。Tau

5、rus70燃機第1級渦輪轉(zhuǎn)子葉片共有52片，由于每片葉片的過熱燒蝕情況大致相同，基本不會影響整個轉(zhuǎn)子的動平衡。因此，按照舊葉片的質(zhì)量分布對新葉片進行排序配平：分解前，用標記筆在舊葉片的葉形表面上順時針標記序號152，同時，在渦輪盤相對應的榫槽位置上標記序號152；拆除所有舊葉片并稱重，將葉片質(zhì)量按順序輸入計算機排序軟件，得到不平衡質(zhì)量矩的大小和方向；對新葉片稱重，按照質(zhì)量從輕到重依次標記序號152，將質(zhì)量數(shù)值輸入計算機葉片排序軟件中進行運算，使不平衡質(zhì)量矩的大小與舊葉片近似相等；安裝葉片時，調(diào)整渦輪盤與新葉片的角度，使新葉片不平衡量的角度方向與舊葉片方向基本一致（最多相差半個相鄰葉片角間距），

6、確保葉片更換前后整個葉輪的平衡。該排序方法沒有葉片數(shù)量的限制，且考慮了渦輪盤的不平衡量，但不適合舊葉片質(zhì)量損失較大或者變形較嚴重的情況。3軸對中技術(shù)旋轉(zhuǎn)機械故障大多與對中不良有關(guān)，若設(shè)備對不良，運動中會發(fā)生振動、聯(lián)軸器損壞、軸承磨損、油膜失穩(wěn)、軸撓曲變形等故障。對于高速運轉(zhuǎn)的燃氣輪機，對中尤其重要。3.1基本原理與數(shù)學模型軸對中目的是使燃氣輪機軸與壓縮機軸在同一條直線或近乎在同一條直線上。在現(xiàn)場維修過程中，壓縮機軸已經(jīng)固定，只需要調(diào)整燃氣輪機兩個支點的位置來實現(xiàn)燃氣輪機軸與壓縮機軸同軸。在安裝過程中，經(jīng)常遇到的不對中偏差主要有2類：平行偏差和角度偏差。平行偏差是指相互連接的兩軸在互相平行時發(fā)生

7、錯位；角度偏差是指兩軸的軸線不平行，相交成一定角度。以壓縮機輸入軸為基準，利用千分表測量燃機輸出軸上、下、左、右4個位置的端面跳動量（A1、B1、C1、D1）和徑面跳動量（A2、B2、C2、D2）（圖2）。理論上，A1+C1=B1+D1，A2+C2=B2+D2，這也是復核測量數(shù)據(jù)準確與否的依據(jù)。測量時，假設(shè)A點為基準點，則A1與A2均為0，記錄其他各點跳動量。對中時，壓縮機軸水平，燃機軸中心線與壓縮機軸中心線之間的夾角可以分解為燃機軸與水平面之間的夾角和燃機軸與壓縮機軸所在豎直平面的夾角（圖3），然后利用端面跳動的4個數(shù)值進行計算。在豎直平面內(nèi)，兩軸之間的幾何位置關(guān)系（圖4）為：式中：Y1為燃

8、機左右支撐點的高度差，mm；Y2為燃機左支撐點與壓縮機軸的高度差，mm；L為燃機左右支撐點沿燃機軸向的距離，mm；D為測量端面圓跳動時千分表測針的直徑，mm。如果不考慮墊板彈性變形，燃機右端應提高的高度為Y=Y1+Y2，燃機O端應提高的高度為Y2。水平平面內(nèi)角度的調(diào)節(jié)原理與上述豎直平面相似。在水平平面內(nèi)，壓縮機軸與燃機軸的幾何位置關(guān)系（圖5）為：式中：X1為燃機左右支撐點相對壓縮機軸所在豎直平面的距離，mm；X2為燃機左支撐點與壓縮機所在豎直平面的距離，mm。為了使燃機軸移動至壓縮機軸所在豎直平面內(nèi)，燃機的右支撐點應該首先水平移動X1距離，然后燃機在水平方向上整體向壓縮機軸所在豎直平面平移X2

9、距離。3.2冷態(tài)對中補償燃機機組對中通常是在冷態(tài)條件下進行，而絕大多數(shù)設(shè)備運行時均存在一定程度的熱膨脹。只有明確機組的熱膨脹量，才能確定熱對中數(shù)據(jù)以及冷態(tài)對中的補償量3-4。Taurus70燃機冷態(tài)對中補償量通常由OEM廠商提供。定義Y>0為冷態(tài)對中補償量，則A2+Y=C2Y，即C2A2=2Y，這就是Taurus70燃機冷態(tài)對中補償時調(diào)整高度方向的依據(jù)。3.3軸對中方法與步驟及激光對中儀進行對中，所有的對中方法本質(zhì)上是相似的。安裝燃氣輪機時，雙表對中法較適用，該方法采用2個千分表（圖6），其中一個用于測量軸向偏差，主要測量燃氣輪機軸是否與壓縮機軸平行；另一個用于測量徑向偏差，主要測量兩軸

10、平行時燃氣輪機與壓縮機軸的同心度。如果兩軸在軸向上存在竄動量，則需要采用三表法利用千分表測量軸向偏差并消除竄動量。3.4軸對中調(diào)整注意事項（1）Taurus70燃機與ManTurbo壓縮機通過聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器的兩個軸端均采用了撓性軸設(shè)計（考慮熱膨脹問題）。安裝千分表座時應首先擰緊壓縮機聯(lián)軸器的頂絲，擰緊后彈簧鋼板不再起作用，撓性軸變?yōu)閯傂暂S。利用千分表測量端面跳動和徑面跳動時，應測量聯(lián)軸器安裝座的止口處，且測量面應擦拭干凈并涂上潤滑油。（2）燃機兩個支撐點一共有4組墊片，每次增減墊片時，應保持左、右地腳增減墊片的厚度相同，使左持水平。（3）注意垂度的影響。千分表的測量端頭由于受到重力以及千分表架剛度的影響，在測量標準圓的3：00、6：00、9：00和12：00位置時均存在讀數(shù)誤差，此誤差稱為垂度5。通常采用專用的工