600 MW機組給水泵汽輪機振動故障分析及處理

肖繼妙

（湛江中粵能源有限公司，廣東湛江524099）

1 設(shè)備概述

某電廠#2機B給水泵汽輪機是杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的，其型號為NK63/71/0，型式為單缸、單流、反動式、純凝汽、再熱器冷端蒸汽外切換。汽動給水泵為沈陽水泵股份有限公司生產(chǎn)的型號為14×14×16-4HDB的四級離心泵（未含增壓級）。

2 給水泵汽輪機振動情況介紹

2011年，#2機B給水泵汽輪機首次大修后出現(xiàn)過#1軸瓦振動大而跳閘的故障；2012年12月11號，再次發(fā)生碰摩故障而導(dǎo)致跳閘。

2.1 跳閘情況

#2機B給水泵汽輪機跳閘前后#1、#2軸振情況如表1所示。

表1 #2機B給水泵汽輪機跳閘前后#1、#2軸振列表

如圖1所示，從跳機前的軸振趨勢上看，給水泵汽輪機前瓦（#1軸瓦）和后瓦（#2軸瓦）的軸振呈現(xiàn)先降低后緩慢升高的變化趨勢，而給水泵兩端軸振無明顯變化趨勢。后續(xù)過程給水泵汽輪機#1軸振增大發(fā)散，直至保護跳機。

圖1 故障過程中給水泵汽輪機前后瓦軸振趨勢圖

2.2 振動特征分析

跳機前，給水泵汽輪機前瓦軸振在較短時間內(nèi)大幅上長，后瓦軸振呈相同趨勢，但振幅比前瓦小。根據(jù)跳機前后振動趨勢分析，應(yīng)是前瓦側(cè)發(fā)生碰摩故障導(dǎo)致振動不斷增大。

正常運行條件下，雖然給水泵汽輪機軸振都在合格范圍內(nèi)，但前瓦軸振幅值與后瓦軸振幅值相差近1倍；如圖2所示，從軸心軌跡來看，#1瓦轉(zhuǎn)子主要呈現(xiàn)上下方向渦動，左右方向振動幅值很小，表明上下方向油膜剛度弱，左右方向油膜剛度大。在運行過程中，該轉(zhuǎn)子前瓦向左上方偏移，主要承載油膜分布在軸瓦左側(cè)，軸承支撐狀態(tài)異常，穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子易受外界擾動。

圖2 給水泵汽輪機前、后瓦軸心軌跡（實際轉(zhuǎn)向反向）

3 振動原因查找及分析

分析周向密封間隙不合理是導(dǎo)致碰摩故障多次發(fā)生的主要原因；給水泵汽輪機前瓦穩(wěn)定性較差，轉(zhuǎn)子容易受到擾動，發(fā)生較大的偏移量。針對#2機B給水泵汽輪機自2011年以來存在的振動突增的隱患，嘗試過更換#1軸瓦、現(xiàn)場添加平衡塊、更換并改大不銹鋼材質(zhì)本體疏水管等措施，都無法徹底解決振動突增的問題。

3.1 汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹不同步

每次#2機B給水泵汽輪機剛投入運行時，由于轉(zhuǎn)子與汽缸膨脹不同步，觀察汽缸就地測量膨脹的指針，轉(zhuǎn)速超過3 000 r/min以后，汽缸就只膨脹出1.5 mm左右，相對其他正常給水泵汽輪機的膨脹量2.5～3.5 mm較少，導(dǎo)致汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹速度不同步。所以振動突增多發(fā)生在給水泵汽輪機剛投入運行時、升速較快以及轉(zhuǎn)速超過5 000 r/min以上的情況下。

3.2 汽輪機臺板受排汽管應(yīng)力作用而膨脹不一致

運行中，該給水泵汽輪機排汽缸與臺板接觸面兩側(cè)間隙不一致，靠電側(cè)間隙為0.15 mm，爐側(cè)間隙為0 mm；而排汽管與排汽缸相連，因排汽管安裝時殘留應(yīng)力，運行中給水泵汽輪機工況壓力與溫度偏差，導(dǎo)致電側(cè)排汽缸與臺板接觸面間隙大，而正常標(biāo)準(zhǔn)為貼合為0 mm，所以兩側(cè)汽缸膨脹不一致。

不同的坐標(biāo)系統(tǒng)之間，由于橢球參數(shù)不同，兩個橢球之間沒有完全統(tǒng)一的方法實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[8]。但是，兩個橢球所指的同一區(qū)域內(nèi)，由于橢球彎曲度較小，該區(qū)域同名點在不同的橢球系上存在一定的曲面數(shù)學(xué)關(guān)系，因此可以通過區(qū)域轉(zhuǎn)換模型進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。通常采用的轉(zhuǎn)換方法有4參數(shù)和7參數(shù)轉(zhuǎn)換法。

3.3 聯(lián)軸器間隙大，有效定中差

給水泵汽輪機與給水泵連接聯(lián)軸器的內(nèi)齒套筒與外齒軸轂間隙大，靠近汽輪機側(cè)間隙為0.18 mm，泵側(cè)間隙為0.10 m，采用捻打齒頂臨時處理，但是機側(cè)半齒套聯(lián)軸器與輪轂外齒間隙仍有0.12 mm，不在標(biāo)準(zhǔn)0.04～0.10 mm控制范圍內(nèi)。外齒凸臺外徑與內(nèi)齒齒根圓直徑配磨間隙過大，造成外齒與凸臺對中差，是導(dǎo)致軸系振動過大的原因之一。

3.4 給水泵汽輪機與給水泵中心不正

2015年以前，給水泵汽輪機中心都是按零對零（端面偏差≤0.03 mm，圓周偏差≤0.03 mm）標(biāo)準(zhǔn)找中心；其他給水泵汽輪機雖然沒有出現(xiàn)振動突增的現(xiàn)象，但是多重因素疊加，給水泵汽輪機與汽泵受熱后中心變化方向一致，也可能是給水泵汽輪機轉(zhuǎn)軸振動突增的一個因素。

結(jié)合#2機B給水泵汽輪機振動大多次檢查情況及振動突增各參數(shù)分析，認(rèn)為振動突增的原因為：

（1）機組升負(fù)荷率過快，汽缸受熱膨脹不均勻，周向某一位置處動靜間隙消失，導(dǎo)致動靜部件碰摩。

（2）汽缸滑銷系統(tǒng)存在一定程度的卡澀情況，在給水泵汽輪機運行期間，因滑銷卡澀，導(dǎo)致汽缸膨脹不暢，使其靜止部件間隙消失，導(dǎo)致動靜部件碰摩。

（3）汽缸與轉(zhuǎn)子動靜間隙不合理（缸體局部變形所致），轉(zhuǎn)子在高速區(qū)域內(nèi)向某方向移動，而該位置處在安裝狀態(tài)下未預(yù)留充足的間隙，導(dǎo)致碰摩故障。

綜上所述，振動主要原因是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、滑銷生銹卡澀，振動次要原因是齒形聯(lián)軸器內(nèi)外齒間隙大、給水泵汽輪機與給水泵中心不正等。

4 消除振動措施及實施

利用機組大修機會，制定綜合治理給水泵汽輪機振動計劃，以徹底解決振動問題。具體措施包括：轉(zhuǎn)子返廠做動平衡試驗、滑銷部件清理、排汽管割開檢查、套筒聯(lián)軸器更換、給水泵汽輪機與水泵中心重新修定標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 給水泵汽輪機轉(zhuǎn)子返回杭州汽輪機股份有限公司做動平衡

該轉(zhuǎn)子重量為5 330 kg，型號為NK63/71/0，動平衡試驗報告如表2所示。

4.2 檢查處理汽缸滑銷、排汽管等存在的缺陷

（1）給水泵汽輪機汽缸前貓爪橫銷調(diào)整塊生銹嚴(yán)重，滑動性差。

檢查給水泵汽輪機汽缸前貓爪橫銷調(diào)整塊，發(fā)現(xiàn)前貓爪螺釘生銹嚴(yán)重，靈活性差，汽缸前貓爪擱在前軸承座上，汽缸受熱膨脹時貓爪推動前軸承座一起向前移動，所以貓爪螺釘生銹可能會影響汽缸膨脹，導(dǎo)致膨脹受限。檢查滑銷及間隙，清理積垢；校正膨脹指示器在冷狀態(tài)下為零。

（2）排汽管切割、自然恢復(fù)，解決排汽缸與臺板間隙不一致問題。

1）在汽缸排汽管底部加支撐撐住汽缸，防止管道切開后汽缸移位。

2）在汽缸排汽管的垂直段選擇切口部位，后進行環(huán)切；切開排汽管檢查汽缸、排汽管的變化情況。

表2 #2機B給水泵汽輪機轉(zhuǎn)子動平衡試驗報告

3）汽缸臺板水平調(diào)整、排汽管經(jīng)調(diào)整及定位后進行焊接恢復(fù)，拆除臨時支撐材料。

4.3 更換聯(lián)軸器

針對內(nèi)齒套筒與外齒聯(lián)軸器之間配合間隙大，更換新的整體聯(lián)軸器；間隙控制在標(biāo)準(zhǔn)值0.04～0.10 mm內(nèi)，能迫使內(nèi)齒套筒在高轉(zhuǎn)速運行時有效自動定中，阻止齒套瞬時偏離中心線而引起軸系有較大的不平衡量，阻止軸系產(chǎn)生較大的強迫振動。

4.4 修正給水泵汽輪機與給水泵中心調(diào)整的數(shù)據(jù)

根據(jù)杭州汽輪機股份有限公司說明書及該公司現(xiàn)場檢修經(jīng)驗豐富的檢修師傅建議，結(jié)合給水泵設(shè)備廠家找中心要求，給出給水泵汽輪機與給水泵中心值修正標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示。

表3 給水泵汽輪機與給水泵中心值修正標(biāo)準(zhǔn)

5 給水泵汽輪機大修后運行效果

2016年5月，對#2機B給水泵汽輪機進行大修，大修前后該汽輪機推力瓦、前后軸瓦瓦溫正常，變化不大；因大修前#1、#2軸振突增隱患，影響機組帶高負(fù)荷，下面重點列舉振動值。大修前后運行數(shù)據(jù)如表4所示。

根據(jù)表4進行分析，給水泵汽輪機大修后設(shè)備運行狀態(tài)良好，在高轉(zhuǎn)速階段，#1、#2軸瓦振動值都比大修前小，并且從來未發(fā)生過振動突增的現(xiàn)象，徹底解決了該給水泵汽輪機振動突增的問題。

6 結(jié)論

通過對#2機B給水泵汽輪機振動突增進行原因分析和處理，總結(jié)了如下經(jīng)驗：

表4 #2機B給水泵汽輪機大修前后運行數(shù)據(jù)

（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量動不平衡必須返回廠家做動平衡試驗，徹底解決轉(zhuǎn)子質(zhì)量動不平衡問題。

（2）汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹不同步，必須釋放汽缸排汽管應(yīng)力，保證汽缸與臺板左右側(cè)間隙一致，解體清理滑銷部件使之滑動順暢。

（3）汽輪機與給水泵中心必須按照汽輪機廠要求，保證汽輪機與給水泵熱脹與冷縮時同步一致。

（4）給水泵汽輪機內(nèi)齒套筒與外齒聯(lián)軸器間隙必須控制在該類設(shè)備出廠標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。