某電廠350MW汽輪機(jī)振動(dòng)分析與診斷

引言

某350MW機(jī)組采用東方汽輪機(jī)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(jī),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(jī)組共8個(gè)支持軸承,其中汽輪機(jī)6個(gè)、發(fā)電機(jī)2個(gè),為了軸系定位和承受轉(zhuǎn)子軸向力,還有1個(gè)獨(dú)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(jī)軸承為橢圓軸承,勵(lì)磁機(jī)帶穩(wěn)定小軸承。

1 2、3瓦振動(dòng)大處理

1.1振動(dòng)現(xiàn)象

2018年1月10日,2號(hào)機(jī)首次沖轉(zhuǎn)至3000r/min時(shí),2號(hào)軸瓦振動(dòng)超標(biāo),并網(wǎng)帶負(fù)荷后,2、3號(hào)軸承振動(dòng)X、y向都有明顯增大。2月8日,負(fù)荷180MW,2、3號(hào)瓦振最大110μm、88μm,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(shí)發(fā)現(xiàn)超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速超過3100r/min時(shí),所有軸承振動(dòng)明顯減小,最小降低到20~28μm,2y軸振由95μm降至60μm。4月9日,由于鍋爐爆管機(jī)組停運(yùn),安裝單位對2、3號(hào)軸承翻瓦檢查,未查出異常。4月19日,2號(hào)機(jī)組重新開機(jī)沖轉(zhuǎn)3000r/min,振動(dòng)沒有明顯改善,帶上負(fù)荷,2y振動(dòng)幅值維持在120~128μm。調(diào)試期間,為控制2、3號(hào)軸承振動(dòng),運(yùn)行人員從參數(shù)調(diào)整上進(jìn)行了多種試探。

(1)控制低壓軸封蒸汽溫度在一定范圍。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)調(diào)整低壓軸封蒸汽溫度能使2、3號(hào)軸承振動(dòng)穩(wěn)定,且使振動(dòng)在一定范圍內(nèi)減小。實(shí)驗(yàn)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(hào)軸承振動(dòng)的影響:運(yùn)行中真空突然升高,振動(dòng)加大。特別是在啟動(dòng)備用循環(huán)水泵時(shí),振動(dòng)即時(shí)上升,但上升的幅度不大。

(3)機(jī)組負(fù)荷對2、3號(hào)軸承振動(dòng)的影響:隨著負(fù)荷增加,2號(hào)瓦和4號(hào)瓦振動(dòng)上升,但這種關(guān)聯(lián)沒有一定的規(guī)律性。有時(shí)負(fù)荷增加,振動(dòng)反而減小或變化很小。4號(hào)瓦振動(dòng)在負(fù)荷增加時(shí)都會(huì)在一定范圍上升10~15μm,負(fù)荷穩(wěn)定振動(dòng)會(huì)緩慢下降后穩(wěn)定。

(4)風(fēng)壓、風(fēng)溫、潤滑油溫對振動(dòng)影響較小。

（5)勵(lì)磁電流對振動(dòng)有一定影響,但關(guān)系不是很明顯。

為找出2、3瓦振動(dòng)的根本原因,2018年4月25日進(jìn)行了帶負(fù)荷階段的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)為部分摩擦振動(dòng)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(yùn)行時(shí)段,15:52一16:40為振動(dòng)變化時(shí)段,16:40一17:09為振動(dòng)恢復(fù)后穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)段;

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

（3)各點(diǎn)振動(dòng)相位差不超過10o,再次驗(yàn)證質(zhì)量不平衡為高、中壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)大的最可能原因。

1.4結(jié)論及處理方案

東方汽輪機(jī)廠對轉(zhuǎn)子部件的裝配、動(dòng)平衡存在一定缺陷,致使轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定性不良,殘余振動(dòng)過大,導(dǎo)致高壓轉(zhuǎn)子存在輕微碰磨。通過振動(dòng)數(shù)據(jù)基本可以排除振動(dòng)原因來自發(fā)電機(jī)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(hào)機(jī)組2、3瓦振動(dòng)是由部分摩擦振動(dòng)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(jī)組滑銷系統(tǒng):

(3)對高中壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡。

為了快速將機(jī)組振動(dòng)降至可接受水平,結(jié)合各瓦振動(dòng)數(shù)據(jù),采用動(dòng)平衡方案。高中對輪加重:P2-3=0.45kg/3159:中壓轉(zhuǎn)子#4瓦側(cè)加重:P4=0.3kg/3409(注:加重角度以機(jī)組鍵相缺口為零度逆轉(zhuǎn)向增大計(jì)量,且鍵相在機(jī)組頂部時(shí))。經(jīng)過動(dòng)平衡加重后,2、3瓦振動(dòng)幅度得以降低,各瓦振動(dòng)均在50um以下。

26瓦振動(dòng)大處理

2.1振動(dòng)現(xiàn)象

2號(hào)機(jī)組進(jìn)入整套試運(yùn)以來一直存在冷態(tài)啟機(jī)定速和帶低負(fù)荷時(shí)(100MW以下)6瓦軸振偏高的缺陷。多次測試結(jié)果顯示,6號(hào)軸承(低壓缸后瓦)存在兩個(gè)問題:

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

(2)大振動(dòng)時(shí)振幅波動(dòng)大(50~100um)。為確定原因,測試了5、6號(hào)軸承蓋振動(dòng),發(fā)現(xiàn)波動(dòng)同樣劇烈,可以明顯感覺到復(fù)合傳感器有不規(guī)則振動(dòng)。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(gè)分量與1倍頻幅值相比較小。初步懷疑為動(dòng)靜碰磨引起6瓦振動(dòng)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(dòng)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(huì)導(dǎo)致同樣現(xiàn)象。冷態(tài)啟機(jī)數(shù)小時(shí)內(nèi)的變化主要是機(jī)組金屬溫度升高造成軸承支撐特性變化,進(jìn)而使6瓦振幅改變所致。如果安裝有缺陷,變化會(huì)更為明顯。從熱態(tài)啟機(jī)6號(hào)軸承振動(dòng)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(jìn)行了檢查,包括軸瓦與瓦枕的接觸、緊力,同時(shí)還檢查了對輪螺栓緊力和對中。

2.3解體檢查結(jié)果

6號(hào)軸承振動(dòng)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(jī)組C修期間,對6號(hào)軸承進(jìn)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(jī)在在調(diào)試期間出現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象以及處理過程進(jìn)行了分析,對于2、3瓦振動(dòng),振動(dòng)數(shù)據(jù)和特征圖譜分析表明振動(dòng)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(dòng)為部分摩擦振動(dòng)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/3159,中壓轉(zhuǎn)子#4瓦側(cè)加重0.3kg/3409,振動(dòng)問題得以解決:6號(hào)軸承振動(dòng)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(hào)軸瓦瓦塊,調(diào)整6號(hào)瓦蓋與瓦枕緊力,使6瓦振動(dòng)下降至正常范圍。