超臨界機(jī)組小汽輪機(jī)振動(dòng)分析與處理

閆 旭

(國(guó)家能源集團(tuán)銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244153)

0 引言

汽動(dòng)給水泵組汽輪機(jī)(小汽輪機(jī))作為現(xiàn)代大容量燃煤電廠的重要輔機(jī),其運(yùn)行的可靠性對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響較大。汽動(dòng)給水泵組跳閘,一方面會(huì)造成機(jī)組降低出力運(yùn)行從而影響機(jī)組發(fā)電,另一方面,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)組跳閘,給電力系統(tǒng)的安全帶來不利影響。而小汽輪機(jī)振動(dòng)大是造成汽動(dòng)給水泵組跳閘的最主要的原因之一,因此,必須從管理上、技術(shù)上引起足夠的重視。

某電廠一期工程1,2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠制造的630 MW超臨界壓力純凝汽式汽輪機(jī),每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)50 %容量的汽動(dòng)給水泵組和1臺(tái)30 %容量的電動(dòng)給水泵組。小汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的單缸、單軸、沖動(dòng)式、下排汽純凝汽式汽輪機(jī),其連續(xù)運(yùn)行調(diào)速范圍為2800～6000 r/min,一階臨界轉(zhuǎn)速為2145 r/min,二階臨界轉(zhuǎn)速為9324 r/min。

引起小汽輪機(jī)振動(dòng)異常增大的原因有多種,主要包括：測(cè)振元件故障、滑銷系統(tǒng)卡澀、汽流激振、軸封溫度過低、動(dòng)靜摩擦、軸承磨損、軸承座松動(dòng)、汽動(dòng)給水泵組轉(zhuǎn)子中心不正、轉(zhuǎn)子熱彎曲、聯(lián)軸器松動(dòng)、軸承油溫過低、軸承供油不足、油膜振蕩和轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡等。公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的80 %以上的振動(dòng)故障是由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子中心不正和動(dòng)靜摩擦這三類原因引起的。

1 小汽輪機(jī)振動(dòng)情況

某電廠2號(hào)機(jī)組小汽輪機(jī)前后軸承分別為1瓦(前軸承)和2瓦(后軸承),均配有x和y方向的軸振探頭,軸振報(bào)警值設(shè)定為80 μm,跳閘值設(shè)定為125 μm。

2017-07-26,2B小機(jī)轉(zhuǎn)速4500～4700 r/min之間,前軸承振動(dòng)突發(fā)性異常增大,嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。為此,電廠技術(shù)人員采用EVM-8動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)對(duì)2B給水泵組振動(dòng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、診斷。

7月27日,2號(hào)機(jī)組負(fù)荷基本穩(wěn)定在450 MW,2B小機(jī)轉(zhuǎn)速在4500～4700 r/min之間波動(dòng),小機(jī)前軸承x向軸振波動(dòng)明顯,由60 μm左右上升到100 μm。機(jī)組升負(fù)荷后,2B小機(jī)轉(zhuǎn)速超出4700 r/min,小機(jī)前軸承x向軸振由100 μm快速降到50 μm左右,繼續(xù)升負(fù)荷,振動(dòng)維持在50 μm附近。當(dāng)2號(hào)機(jī)組負(fù)荷下降,小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速回落至4700 r/min以下時(shí),2B小機(jī)前軸承x向軸振又由65 μm升至最高101 μm。

7月28日凌晨,2號(hào)機(jī)組降負(fù)荷過程中,2B小機(jī)轉(zhuǎn)速在4500～4700 r/min之間時(shí),小機(jī)前軸承振動(dòng)突變現(xiàn)象再次發(fā)生,而7月28日上午升負(fù)荷時(shí),2B小機(jī)轉(zhuǎn)速在4500～4700 r/min之間時(shí),振動(dòng)穩(wěn)定,并未出現(xiàn)振動(dòng)突變現(xiàn)象。

對(duì)于2B小機(jī)后軸承,發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)與轉(zhuǎn)速直接相關(guān),在高負(fù)荷運(yùn)行期間,2B小機(jī)后軸承振動(dòng)較大,最高可達(dá)100 μm。在轉(zhuǎn)速升降過程中同一轉(zhuǎn)速下,振動(dòng)重復(fù)性較好。

2 振動(dòng)原因分析

(1) 汽流激振。2號(hào)機(jī)組在2017年多次啟停,小汽輪機(jī)也曾經(jīng)過多次啟停,每次啟動(dòng)汽源不同（四抽或者輔汽）,每次啟動(dòng)參數(shù)均有一定差異,但小汽輪機(jī)前后軸承振動(dòng)數(shù)值差異不大,因此,小汽輪機(jī)振動(dòng)增大與小汽輪機(jī)的啟動(dòng)參數(shù)選擇無(wú)關(guān)；又因小汽輪機(jī)振動(dòng)突變只在特定轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)發(fā)生,且具有一定偶然性,故可排除汽流激振。

(2) 膨脹受阻。現(xiàn)場(chǎng)檢查小汽輪機(jī)外殼與基礎(chǔ)之間未發(fā)現(xiàn)任何異常,滑銷系統(tǒng)良好,說明小汽輪機(jī)振動(dòng)突變并非因膨脹受阻引起。

(3) 臺(tái)板與預(yù)埋地腳螺栓間隙。現(xiàn)場(chǎng)檢查小汽輪機(jī)基礎(chǔ)臺(tái)板與預(yù)埋的地腳螺栓間隙,發(fā)現(xiàn)熱態(tài)下,地腳螺栓螺桿與基礎(chǔ)臺(tái)板預(yù)留膨脹間隙為2 mm,符合小汽輪機(jī)廠家設(shè)計(jì)要求；檢查軸承座和聯(lián)軸器,均無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象,可排除上述原因。

(4) 軸封與軸承潤(rùn)滑油參數(shù)。查閱2B小機(jī)振動(dòng)突增前后的歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)軸封壓力和溫度均在規(guī)定值,潤(rùn)滑油壓力、流量和油溫也均在規(guī)定值范圍內(nèi),未發(fā)生任何異常變化。因此,可排除軸封溫度過低、軸承油溫過低或軸承供油不足等原因。

(5) 油膜振蕩。油膜振蕩的一個(gè)重要特征是只有當(dāng)小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)才會(huì)發(fā)生,同時(shí)振動(dòng)發(fā)生時(shí)振幅突然驟增,振動(dòng)非常劇烈甚至有可能造成軸瓦的損壞。查閱2B小機(jī)歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn),在轉(zhuǎn)速4250 r/min (約為一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍)附近,前后軸承振動(dòng)幅值平穩(wěn),變化不大,故可排除油膜振蕩的原因。

(6) 動(dòng)靜碰摩或振動(dòng)探頭故障。從2B小機(jī)前軸承采集的數(shù)據(jù)來看,振動(dòng)保持穩(wěn)定期間,振動(dòng)幅值穩(wěn)定在50 μm。振動(dòng)變化主要出現(xiàn)4500～4700 r/min且轉(zhuǎn)速快速變化的階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化較緩慢時(shí),未發(fā)生振動(dòng)突變。分析發(fā)現(xiàn),振動(dòng)主要以1倍頻為主,變化過程也是以1倍頻變化為主,表明轉(zhuǎn)子可能存在動(dòng)靜碰摩等問題,初步判斷可能是1號(hào)軸承存在碰摩故障；同時(shí)由于1x向振動(dòng)變化時(shí),1y向振動(dòng)基本不變,故不能排除存在信號(hào)異常的可能性。綜上所述,1x向振動(dòng)可能原因有兩個(gè)：一是碰摩故障,可能是軸封、阻汽片或油擋處發(fā)生了摩擦；二是1x向振動(dòng)探頭共振,該振動(dòng)在4500～4700 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)域有時(shí)出現(xiàn),可能與支架的松動(dòng)程度有關(guān)。

當(dāng)振動(dòng)探頭松動(dòng)或者傳輸線故障時(shí),也會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)異常增大。該類振動(dòng)的顯著特征是小汽輪機(jī)打閘后振動(dòng)幅值會(huì)保持不變。查閱2B小機(jī)歷史打閘數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),打閘保護(hù)動(dòng)作后2B小機(jī)前后軸承的振動(dòng)幅值顯著下降。同時(shí),聯(lián)系熱控專業(yè)人員檢查振動(dòng)探頭、傳輸線、卡件等,均未發(fā)現(xiàn)異常。因此,可以排除1x向振動(dòng)探頭共振,最終確認(rèn)1x向振動(dòng)的原因?yàn)榕瞿收?碰磨的原因有可能是軸封、阻汽片或油擋處發(fā)生了瞬間摩擦。

(7) 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)主要有穩(wěn)定型質(zhì)量不平衡、突發(fā)型質(zhì)量不平衡、漸變型質(zhì)量不平衡及隨機(jī)型質(zhì)量不平衡等類型。2B小機(jī)后軸承高負(fù)荷時(shí)振動(dòng)大,從采集的數(shù)據(jù)來看,振動(dòng)與轉(zhuǎn)速直接相關(guān),且重復(fù)性較好,轉(zhuǎn)速越高,振動(dòng)越大。振動(dòng)現(xiàn)象基本符合穩(wěn)定型質(zhì)量不平衡引起的震動(dòng)故障特征。頻率成分主要以1倍頻為主,且振動(dòng)穩(wěn)定。由于機(jī)組在一階臨界轉(zhuǎn)速附近振動(dòng)不大,說明轉(zhuǎn)子的振動(dòng)主要是由二階質(zhì)量不平衡所致,因此判斷為二階質(zhì)量不平衡故障。

3 故障處理

(1) 碰摩故障處理。2B小機(jī)前軸承振動(dòng)故障,初步分析認(rèn)為是碰摩故障。因此,在2號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行中加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整,盡量避免小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速4500～4700 r/min區(qū)間快速變化。2017-08-31,2號(hào)機(jī)組停機(jī)A修,期間對(duì)2B小機(jī)進(jìn)行徹底檢查,主要檢查1號(hào)軸承軸封間隙、軸瓦、油擋等裝置。檢查發(fā)現(xiàn),小汽輪機(jī)缸內(nèi)汽封處部分碰磨、1號(hào)軸承油擋處明顯碰磨,這也證明了之前的判斷。在A修中對(duì)2B小機(jī)進(jìn)行了以下處理：對(duì)2B小機(jī)軸封間隙按標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)整,對(duì)小機(jī)軸瓦墊塊進(jìn)行研磨,以保證良好的接觸面積,小機(jī)軸瓦間隙均按標(biāo)準(zhǔn)值下限進(jìn)行調(diào)整。

(2) 質(zhì)量不平衡故障處理。2B小機(jī)后軸承振動(dòng)故障,初步分析認(rèn)為是二階質(zhì)量不平衡所致。由于加重位置受限,現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡效果無(wú)法保障。本次A修期間2B小機(jī)轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行了高速動(dòng)平衡處理,在2B小機(jī)轉(zhuǎn)子1瓦側(cè)110°位置和2瓦側(cè)290°位置的配重孔上,各加裝了120 g的平衡塊。

11月13日,2號(hào)機(jī)組A修結(jié)束,對(duì)2B小機(jī)進(jìn)行6300 r/min超速試驗(yàn),小機(jī)1x和1y軸振均在20 μm左右,2x和2y軸振均在50 μm左右。我國(guó)現(xiàn)行的汽輪機(jī)軸振標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在3000 r/min及以上時(shí),軸振在25 μm以下為良好,50 μm以下為合格。因此判定,2B小機(jī)檢修后軸振達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。在隨后的幾個(gè)月中,2號(hào)機(jī)組多次滿負(fù)荷,2B小機(jī)在不同負(fù)荷段、不同轉(zhuǎn)速區(qū)間振動(dòng)均正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

引起小汽輪機(jī)振動(dòng)的原因比較復(fù)雜,在分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí),還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行、檢修情況,同時(shí)應(yīng)重視設(shè)備基礎(chǔ)安裝、檢修數(shù)據(jù)的收集、整理和匯總,從小汽輪機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)的變化分析機(jī)組運(yùn)行狀況,進(jìn)而對(duì)設(shè)備異常及故障進(jìn)行診斷,才能達(dá)到事半功倍的效果。