某330 MW機組碰摩振動診斷及處理

吳錫洲，黃琪，于光輝

(東方汽輪機有限公司，四川 德陽，618000)

0 前言

動靜碰摩是汽輪機發(fā)電機組的常見故障[1]，可能發(fā)生在從機組調(diào)試完成首次整套啟動至汽輪發(fā)電機組壽命周期內(nèi)的各個運行工況[2]，絕大部分是由于動靜間隙小或者運行中動靜間隙發(fā)生變化引起的。幾乎所有機組在啟動及運行中都存在動靜碰摩現(xiàn)象，只是程度輕重而已，較輕碰摩不容易引起關(guān)注，但是嚴重碰摩容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲，根據(jù)國內(nèi)汽輪機彎軸事故統(tǒng)計表明：86%是由于轉(zhuǎn)軸動靜碰摩引起的[3]。因此準(zhǔn)確判斷碰摩故障、發(fā)生位置及制定合理處理措施非常重要。

近年來，由于節(jié)能減排的壓力，大量機組檢修過程中，將動靜間隙調(diào)整至中下限，甚至比下限還小，這種做法極易帶來啟機過程中振動大，啟動困難的現(xiàn)象[4～6]。

本文結(jié)合某電廠330 MW機組大修后發(fā)生的振動故障，分析了碰摩發(fā)生時的振動特點，介紹了診斷過程，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行了處理。

該機組軸系由高中壓、低壓、發(fā)電機轉(zhuǎn)子剛性連接組成，1#、2#支持瓦為可傾瓦，其余各支撐瓦均為橢圓瓦，軸系結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 軸系示意圖

1 振動過程分析、診斷及特點

1.1 振動過程描述

該機組于6月29日完成大修工作，16∶22開始第一次沖轉(zhuǎn)，17∶36∶52定速 1 100 r/min暖機，剛定速時，除4x軸振為70 μm外，軸系其余軸振均在50 μm以內(nèi)，定速2.5 min后，4x軸振迅速上漲至170 μm，如圖2所示，由于漲幅快，打閘停機。

圖2 第一次升速過程4x振動趨勢圖

振動爬升主要以工頻為主，倍頻成份較小，隨工頻變化同步變化，軸心軌跡存在反相進動，時域波形存在一定削波和畸變現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 1 100 r/min暖機時4#軸頸軸心軌跡及時域波形圖

圖4為打閘后惰走過程3y、4y的波特圖，從圖中可以看出，低壓轉(zhuǎn)子在惰走過程中，振動繼續(xù)爬升，其中3y振動在700 r/min以后，振動達到了 300 μm （滿量程），至29 r/min仍未下降，振動均以工頻為主，且連續(xù)盤車1 h后，晃度值才逐漸恢復(fù)到?jīng)_轉(zhuǎn)前的數(shù)值，表明低壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了嚴重的熱彎曲現(xiàn)象。

圖4 打閘后惰走過程3y、4y的波特圖

1.2 振動特點

從以上分析可以看出，該碰摩故障存在以下特點：

（1）定速后，振動迅速爬升，且爬升的主要分量為工頻，相位也在同步變化，倍頻成份較小，隨工頻變化同步變化，軸心軌跡存在反相進動，時域波形存在一定的削波和畸變現(xiàn)象；

（2）打閘惰走過程振動仍然發(fā)生爬升，振動仍然以工頻為主；

（3）低速下晃度大，且需要較長的時間盤車才能恢復(fù)到?jīng)_轉(zhuǎn)前的數(shù)值。

1.3 振動原因分析

對低壓缸進汽參數(shù)、軸封參數(shù)及疏水進行檢查均未發(fā)現(xiàn)異常，分析振動的變化趨勢，故障發(fā)生過程中的振動信號特征，表明此次升速過程中振動出現(xiàn)了嚴重碰摩現(xiàn)象，結(jié)合惰走過程3y低速下的晃度情況，表明碰摩點發(fā)生在3瓦附近。

對檢修安裝數(shù)據(jù)進行查閱，此次大修中對3#、4#軸承箱改造了空氣油檔及低壓兩端汽封，采用了兩圈接觸式汽封。根據(jù)某油檔供應(yīng)單位的要求，油檔與轉(zhuǎn)子周向徑向間隙均為10絲，在升速過程中，受橢圓支撐軸承特性的影響，轉(zhuǎn)子會偏心一側(cè)，圖5為處理后正常升速過程中3#軸頸軸心位置圖，從圖中可以看出，從沖轉(zhuǎn)到定速過程，轉(zhuǎn)子往左、往上分別浮動了22絲、17絲，因此檢修時油檔與轉(zhuǎn)子徑向間隙小 （10絲）及低壓端汽封采用接觸式汽封是發(fā)生碰摩的主要原因，均勻的徑向間隙是碰摩發(fā)生的次要原因。

圖5 無異常振動時升速過程3#軸頸軸心位置圖

2 振動處理

2.1 升速過程振動處理

考慮到重新調(diào)整動靜間隙需要的工期長，現(xiàn)場采用摩合手段，對動靜間隙進行處理。

2.1.1 第二次沖轉(zhuǎn)過程

機組進行了4 h連續(xù)盤車后，在22∶00進行第二次沖轉(zhuǎn)，為避開葉片共振頻率，采取在500 r/min、650 r/min、980 r/min轉(zhuǎn)速下分別停留10～20 min，觀察振動的變化趨勢再升速的方法，升轉(zhuǎn)速至1 215 r/min進行中速暖機，23∶21，轉(zhuǎn)速至1 954 r/min，在此過程中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子分別順利通過臨界轉(zhuǎn)速，進行高速暖機，暖機至 6月30日0∶31時， 3x、4x分別由71 μm、30 μm 爬升至 167 μm、 166 μm， 觀察趨勢， 仍有上升且漲幅逐步增大，降速至1 192 r/min，振動分別降至124 μm、60 μm，在此階段停留至01∶10，3x振動繼續(xù)爬升至188 μm，機組打閘，在打閘過程中，3x振動最大爬升至207 μm，2∶20轉(zhuǎn)速至0 r/min，投入盤車，整個沖轉(zhuǎn)至停機過程見圖6。

圖6 第二次沖轉(zhuǎn)過程軸振3x、4x、轉(zhuǎn)速隨時間趨勢圖

從圖5可以看出，經(jīng)過第二次沖轉(zhuǎn)過程摩合后，至低轉(zhuǎn)速時，軸振3x、4x工頻幅值已低于50 μm，表明較第一次沖轉(zhuǎn)，動靜間隙已經(jīng)摩大，碰摩現(xiàn)象得到緩解，因此決定盤車一段時間后繼續(xù)進行沖轉(zhuǎn)摩合。

2.1.2 第三次沖轉(zhuǎn)過程

3∶41，機組開始第三次沖轉(zhuǎn)，機組順利通過各臨界轉(zhuǎn)速，于4∶04達到額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，機組進入額定轉(zhuǎn)速暖機，暖機過程中3x、4x振幅分別由定速時的115 μm、104 μm下降然后爬升，至并網(wǎng)時，振動分別為 47 μm、96 μm，如圖 7 所示。

定速3 000 r/min后至7∶40并網(wǎng)前，振動逐步回落至最低點后緩慢爬升，表明低壓模塊動靜部分仍存在碰摩現(xiàn)象。

圖7 第三次沖轉(zhuǎn)過程中，軸振3x、4x、轉(zhuǎn)速隨時間趨勢圖

2.2 帶負荷過程中振動控制

7∶41，機組開始帶負荷暖機，期間軸系各瓦軸振均出現(xiàn)周期性波動，如圖8所示，波動周期約2 h，波動峰值隨著暖機時間增長逐漸減小，表明碰摩現(xiàn)象在逐步得到改善。

圖8 帶負荷暖機過程3x、4x振動趨勢圖

6月30日22∶38，機組完成相關(guān)試驗后，并網(wǎng)升負荷，至7月1日7∶22帶230 MW負荷運行，從振動變化趨勢圖 （見圖9）來看，低壓軸振3x、4x仍然存在時間周期為2 h左右的波動，但是振動的整體趨勢逐步增大，考慮到該機組為直接空冷機組，晝夜溫差大，真空波動較大，限制機組負荷230 MW進行低壓模塊動靜摩合。

圖9 帶負荷暖機過程3x、4x振動趨勢圖

機組帶230 MW負荷摩合至7月6日后，低壓軸振動幅值恢復(fù)正常范圍 （見圖10），但仍有一定波動，后繼續(xù)升負荷至額定值，低壓軸振均在50 μm以內(nèi)。

圖10 3x振動趨勢圖 （通頻幅值，7月6日）

3 結(jié)論

（1）低壓軸承油檔間隙小、低壓端汽封采用接觸式汽封是發(fā)生徑向碰摩振動的主要原因；

（2）徑向碰摩振動發(fā)生時，振動信號成份以工頻為主，成周期性變化趨勢，工頻相位同步發(fā)生變化，倍頻成份較小，隨工頻變化同步變化，軸心軌跡非規(guī)則橢圓，時域波形存在一定削波現(xiàn)象；

（3）發(fā)生嚴重碰摩時，振動需要逐步摩合，需控制好摩合程度，否則劇烈摩擦容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永久彎曲，帶負荷受機組熱狀態(tài)的影響，仍然會存在一定的碰摩現(xiàn)象；

（4）機組由于碰摩原因引起振動大打閘后，應(yīng)連續(xù)盤車至晃度值恢復(fù)沖轉(zhuǎn)前的數(shù)值，并適當(dāng)延長盤車時間，確保轉(zhuǎn)子上的熱應(yīng)力完全消除方可再次沖轉(zhuǎn)；

（5）檢修中采用較小的動靜間隙特別是采用接觸式汽封結(jié)合軸承-轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性來調(diào)整間隙值，避免啟動及運行過程發(fā)生嚴重碰摩。