某電廠350MW汽輪機振動分析與診斷

引言

某350MW機組采用東方汽輪機廠生產(chǎn)的超臨界、單軸、一次中間再熱、三缸兩排汽、單抽汽空冷凝汽式汽輪機,高、中壓缸為分缸結(jié)構(gòu),低壓缸為雙流、雙排汽,高、中、低轉(zhuǎn)子均為無中心孔整鍛轉(zhuǎn)子。機組共8個支持軸承,其中汽輪機6個、發(fā)電機2個,為了軸系定位和承受轉(zhuǎn)子軸向力,還有1個獨立結(jié)構(gòu)的推力軸承,位于高、中壓轉(zhuǎn)子之間。1#～4#支持軸承為可傾瓦軸承,5#～6#支持軸承、發(fā)電機軸承為橢圓軸承,勵磁機帶穩(wěn)定小軸承。

12、3瓦振動大處理

1.1振動現(xiàn)象

2018年1月10日,2號機首次沖轉(zhuǎn)至3000r/min時,2號軸瓦振動超標(biāo),并網(wǎng)帶負(fù)荷后,2、3號軸承振動X、y向都有明顯增大。2月8日,負(fù)荷180MW,2、3號瓦振最大110_m、88_m,在此過程中,通過調(diào)整潤滑油溫和低壓軸封溫度,一定程度上起到了抑制作用,其中低壓軸封溫度影響較明顯。同時發(fā)現(xiàn)超速試驗轉(zhuǎn)速超過3100r/min時,所有軸承振動明顯減小,最小降低到20～28_m,2y軸振由95_m降至60_m。4月9日,由于鍋爐爆管機組停運,安裝單位對2、3號軸承翻瓦檢查,未查出異常。4月19日,2號機組重新開機沖轉(zhuǎn)3000r/min,振動沒有明顯改善,帶上負(fù)荷,2y振動幅值維持在120～128_m。調(diào)試期間,為控制2、3號軸承振動,運行人員從參數(shù)調(diào)整上進行了多種試探。

(1）控制低壓軸封蒸汽溫度在一定范圍。運行中發(fā)現(xiàn)調(diào)整低壓軸封蒸汽溫度能使2、3號軸承振動穩(wěn)定,且使振動在一定范圍內(nèi)減小。實驗證明,高壓軸封蒸汽溫度控制在380～395C比較合適。

(2）真空對2、3號軸承振動的影響:運行中真空突然升高,振動加大。特別是在啟動備用循環(huán)水泵時,振動即時上升,但上升的幅度不大。

(3）機組負(fù)荷對2、3號軸承振動的影響:隨著負(fù)荷增加,2號瓦和4號瓦振動上升,但這種關(guān)聯(lián)沒有一定的規(guī)律性。有時負(fù)荷增加,振動反而減小或變化很小。4號瓦振動在負(fù)荷增加時都會在一定范圍上升10～15_m,負(fù)荷穩(wěn)定振動會緩慢下降后穩(wěn)定。

(4）風(fēng)壓、風(fēng)溫、潤滑油溫對振動影響較小。

(5）勵磁電流對振動有一定影響,但關(guān)系不是很明顯。

為找出2、3瓦振動的根本原因,2018年4月25日進行了帶負(fù)荷階段的振動測試,并記錄其中的典型數(shù)據(jù)。

1.2頻譜圖分析

由圖1可知,振動頻譜以1倍頻為主,且均有部分2倍頻、3倍頻分量。因此,判斷該振動為部分摩擦振動和高中壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡二者疊加所致。

1.3數(shù)據(jù)及趨勢分析

由圖2可知:

(1）15:32一15:52為穩(wěn)定運行時段,15:52一16:40為振動變化時段,16:40一17:09為振動恢復(fù)后穩(wěn)定運行時段:

(2）振動變化時4X振幅波動較明顯,達(dá)20_m,2y、3X、3y均發(fā)生不同程度的波動,但幅度較小,說明4X振動明顯位于軸系振動末端,而2、3瓦處于振動中心位置,或者中低壓聯(lián)軸器對中稍有偏差:

(3）各點振動相位差不超過109,再次驗證質(zhì)量不平衡為高、中壓轉(zhuǎn)子振動大的最可能原因。

1.4結(jié)論及處理方案

東方汽輪機廠對轉(zhuǎn)子部件的裝配、動平衡存在一定缺陷,致使轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定性不良,殘余振動過大,導(dǎo)致高壓轉(zhuǎn)子存在輕微碰磨。通過振動數(shù)據(jù)基本可以排除振動原因來自發(fā)電機轉(zhuǎn)子的電氣故障,如繞阻匝間短路。1倍頻分量較大表明轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量偏高,這里除與生產(chǎn)廠有關(guān)外,還與現(xiàn)場的中低壓對輪連接狀態(tài)不當(dāng)有關(guān)。

綜上所述,2號機組2、3瓦振動是由部分摩擦振動和高、中壓轉(zhuǎn)子存在一定質(zhì)量的不平衡綜合所致。

建議:

(1）檢查高壓和中壓汽封間隙情況:

(2）檢查機組滑銷系統(tǒng):

(3）對高中壓轉(zhuǎn)子進行動平衡。

為了快速將機組振動降至可接受水平,結(jié)合各瓦振動數(shù)據(jù),采用動平衡方案。高中對輪加重:P2-3=0.45kg/315°:中壓轉(zhuǎn)子#4瓦側(cè)加重:P4=0.3kg/340°(注:加重角度以機組鍵相缺口為零度逆轉(zhuǎn)向增大計量,且鍵相在機組頂部時）。經(jīng)過動平衡加重后,2、3瓦振動幅度得以降低,各瓦振動均在50μm以下。

26瓦振動大處理

2.1振動現(xiàn)象

2號機組進入整套試運以來一直存在冷態(tài)啟機定速和帶低負(fù)荷時(100MW以下）6瓦軸振偏高的缺陷。多次測試結(jié)果顯示,6號軸承(低壓缸后瓦）存在兩個問題:

(1）冷態(tài)啟機低負(fù)荷(100MW以下）振動較大,在低負(fù)荷約2h內(nèi)軸振爬升,通頻振幅最高133μm,然后緩慢下降,滿負(fù)荷最終穩(wěn)定在90μm左右。大振動只出現(xiàn)在冷態(tài)啟機,熱態(tài)啟機低負(fù)荷振動不大:振動的增加取決于時間,與負(fù)荷無直接關(guān)系。振動變化量是1倍頻分量,相位變化不大。

(2）大振動時振幅波動大(50～100μm）。為確定原因,測試了5、6號軸承蓋振動,發(fā)現(xiàn)波動同樣劇烈,可以明顯感覺到復(fù)合傳感器有不規(guī)則振動。瀑布圖顯示除1倍頻外,主要成分是19Hz和58Hz,沒有發(fā)現(xiàn)其他分量,但這兩個分量與1倍頻幅值相比較小。初步懷疑為動靜碰磨引起6瓦振動大。

2.2診斷分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析,造成6瓦1倍頻振動變化的原因除質(zhì)量不平衡外,軸承油膜特性或轉(zhuǎn)子支撐特性改變會導(dǎo)致同樣現(xiàn)象。冷態(tài)啟機數(shù)小時內(nèi)的變化主要是機組金屬溫度升高造成軸承支撐特性變化,進而使6瓦振幅改變所致。如果安裝有缺陷,變化會更為明顯。從熱態(tài)啟機6號軸承振動看,轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量不大。因此,對軸瓦等結(jié)構(gòu)狀況進行了檢查,包括軸瓦與瓦枕的接觸、緊力,同時還檢查了對輪螺栓緊力和對中。

2.3解體檢查結(jié)果

6號軸承振動最可能的原因是碰磨,碰磨部位可能在油檔、軸端汽封。2018年9月該機組C修期間,對6號軸承進行了全面檢查。6瓦解體發(fā)現(xiàn):

(1）大軸軸頸與盤車齒輪罩殼上部有嚴(yán)重摩擦:

(2）下瓦塊烏金表面磨痕明顯:

(3）瓦蓋與瓦枕之間存在0.03mm的間隙。

3結(jié)語

本文對某350MW汽輪機在在調(diào)試期間出現(xiàn)的振動現(xiàn)象以及處理過程進行了分析,對于2、3瓦振動,振動數(shù)據(jù)和特征圖譜分析表明振動頻譜以1倍頻為主,且均有部分2倍頻、3倍頻分量。因此,該振動為部分摩擦振動和高中壓轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡二者疊加所致。高中對輪加重0.45kg/315°,中壓轉(zhuǎn)子#4瓦側(cè)加重0.3kg/340°,振動問題得以解決:6號軸承振動的原因是碰磨,而碰磨部位在大軸軸頸與盤車齒輪罩殼上部,后通過調(diào)整軸頸與盤車齒輪罩殼上部間隙,更換5、6號軸瓦瓦塊,調(diào)整6號瓦蓋與瓦枕緊力,使6瓦振動下降至正常范圍。