300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析與處理

劉文華,甘 勇,劉志高

(華能岳陽(yáng)電廠,湖南岳陽(yáng) 414002)

某廠 4號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽反動(dòng)式汽輪機(jī),型號(hào)為 N300-16.7/537/537-2型。發(fā)電機(jī)型號(hào) QFSN-300-2,定子繞組水冷、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子氫冷卻,可控硅靜態(tài)勵(lì)磁。

高中壓汽缸采用合缸結(jié)構(gòu)。1,2號(hào)軸承為 4瓦塊可傾瓦,位于高中壓缸前后的軸承箱內(nèi);3號(hào)軸承下部是 2個(gè)活動(dòng)瓦塊、上部是橢圓瓦,4號(hào)軸承為橢圓瓦,3,4號(hào)座落在低壓排汽缸上;5,6號(hào)軸承為橢圓瓦,支撐在發(fā)電機(jī)端蓋上。發(fā)電機(jī)采用雙流程的空、氫側(cè)密封油分離系統(tǒng)。高中壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值 1689r/min,低壓轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值1 597 r/min,發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值 1 290 r/min。軸系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1。

1 振動(dòng)故障特征

圖 1 哈汽 300MW機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)

1.1 突發(fā)性非穩(wěn)定高幅振動(dòng)

4號(hào)機(jī)組首次整套啟動(dòng)過(guò)程中,2006-05-16T 17∶14首次啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)至 600 r/min時(shí),5號(hào)軸承 5X,5Y軸相對(duì)振動(dòng)增至 121μm,后因左側(cè)主汽門(mén)打不開(kāi),打閘停機(jī)。20∶08機(jī)組重新啟動(dòng),至 1 960 r/min時(shí),6號(hào)軸承 6X,6Y軸相對(duì)振動(dòng)最大增至181μm,20∶30轉(zhuǎn)速升至 2 040 r/min開(kāi)始高速暖機(jī),6號(hào)軸承振動(dòng)逐步降低。5月 19日機(jī)組進(jìn)行主汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)由 3 000 r/min降速至 1 300 r/min時(shí)開(kāi)始出現(xiàn) 5號(hào)軸承 5X,5Y軸相對(duì)振動(dòng)上升,在1 300至 760 r/min狹小范圍內(nèi)突然急速上升,轉(zhuǎn)速760 r/min時(shí) 5X軸相對(duì)振動(dòng)最大增至 334μm,在760 r/min后開(kāi)始下降,至 100 r/min時(shí)振動(dòng)仍維持在 150μm左右 (如圖 2所示)。

機(jī)組 TSI監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置為 Bently 3500型。在 1-6號(hào)瓦垂直方向裝設(shè)了 9200型速度傳感器測(cè)量軸承瓦振,每個(gè)軸瓦的軸頸附近左右 45°安裝 2套電渦流傳感器測(cè)量軸系各轉(zhuǎn)子軸相對(duì)振動(dòng),在前箱小軸前端安裝了電渦流傳感器,與小軸上的凹槽配合測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速和振動(dòng)相位。

圖 2 5號(hào)軸承波德圖

1.2 穩(wěn)定性偏高振動(dòng)

5月 20日,機(jī)組完成超速試驗(yàn)、汽門(mén)嚴(yán)密性試驗(yàn)、鍋爐蒸汽嚴(yán)密性試驗(yàn)后,重新掛閘沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min,機(jī)組各軸承振動(dòng)平穩(wěn),未再出現(xiàn) 5,6號(hào)軸承的振動(dòng)急驟變化現(xiàn)象。機(jī)組于 7∶00發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷,12∶30機(jī)組負(fù)荷至 150 MW,5月 21日 5∶53負(fù)荷達(dá) 300MW。機(jī)組帶負(fù)荷后,從100MW負(fù)荷至 300 MW負(fù)荷,6號(hào)軸承振動(dòng)平穩(wěn),但 6X,6Y軸相對(duì)振動(dòng)逐步由 87μm增至 98μm,并相當(dāng)穩(wěn)定。振動(dòng)具體情況見(jiàn)表 1。

表 1 4號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷及 “168”期間機(jī)組振動(dòng)μm/°

2 振動(dòng)故障分析

2.1 突發(fā)性非穩(wěn)定高幅振動(dòng)

機(jī)組主汽門(mén)關(guān)閉試驗(yàn)中 5號(hào)軸承振動(dòng)頻譜圖如圖 3所示。圖中可見(jiàn)該突發(fā)性振幅并無(wú)明顯的倍頻特征,僅在約 10 Hz時(shí)急驟增加,并快速上升,隨后在再次啟動(dòng)過(guò)程中又未再出現(xiàn)。結(jié)合首次啟動(dòng)過(guò)程中 5號(hào)軸相對(duì)振動(dòng)增至121μm,6號(hào)軸相對(duì)振動(dòng)增至 181μm的 2次出現(xiàn)振動(dòng)明顯增加的現(xiàn)象,對(duì)該振動(dòng)故障的分析集中在發(fā)電機(jī)密封瓦的碰磨原因上。

圖 3 5號(hào)軸振動(dòng)頻譜圖

經(jīng)對(duì)該突發(fā)性振動(dòng)的進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析,在主汽門(mén)關(guān)閉后,曾伴隨有短暫的發(fā)電機(jī)密封瓦調(diào)端空、氫側(cè)差壓不平衡的現(xiàn)象。當(dāng)密封瓦軸向推力不平衡時(shí),密封瓦與瓦套拉觸,浮動(dòng)受阻,從而導(dǎo)致突發(fā)性振動(dòng)。并且該高幅振動(dòng)在轉(zhuǎn)速下降至 100 r/min時(shí)仍保持了超過(guò) 0.15 mm的振幅,直至轉(zhuǎn)速為 0。從密封瓦的安裝數(shù)據(jù)分析,軸向間隙為最小0.19 mm,僅比安裝要求 0.20～0.23 mm偏小0.01 mm,周向間隙均勻,判斷并不是影響密封瓦碰磨的主要因素。在重新啟動(dòng)汽輪機(jī)后,經(jīng)對(duì)密封油空、氫側(cè)差壓的嚴(yán)密關(guān)注,該振動(dòng)消失且未再出現(xiàn),判斷因密封瓦差壓出現(xiàn)的突發(fā)性振動(dòng)并未對(duì)密封瓦造成嚴(yán)重影響,發(fā)電機(jī)漏差率檢測(cè)也在合格范圍內(nèi)。

該類型密封瓦突發(fā)振動(dòng)在同類型機(jī)組中較為多見(jiàn),多為油質(zhì)有夾渣造成密封瓦卡澀或密封油空、氫側(cè)壓力不平衡造成的密封瓦碰磨等密封瓦方面的原因。但如此高幅的振幅較為少見(jiàn),反映當(dāng)時(shí)該密封瓦確實(shí)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的偏磨或卡澀現(xiàn)象,但在隨后的再次啟動(dòng)過(guò)程中已恢復(fù)正常。

2.2 穩(wěn)定性偏高振動(dòng)

機(jī)組帶負(fù)荷后 6號(hào)軸振動(dòng)數(shù)據(jù)如圖 4所示。分析認(rèn)為,該振動(dòng)為周期性的突起現(xiàn)象非常明顯,工頻分量與 3 000 r/min空轉(zhuǎn)時(shí)比較基本無(wú)變化,僅為 47μm,相位穩(wěn)定,頻譜圖中增加大量 2～9倍頻的高頻分量成分。先行檢查 6號(hào)瓦電渦流檢測(cè)裝置,其間隙電壓均正常。因剛出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)密封瓦的高幅振動(dòng),故對(duì)該振動(dòng)的分析當(dāng)時(shí)大多傾向于密封瓦周期性碰磨。但在機(jī)組第 1次達(dá)到 3 000 r/min時(shí),6號(hào)軸振動(dòng)均為 59.1μm,且隨后在帶負(fù)荷過(guò)程中振幅逐步增加,現(xiàn)象穩(wěn)定,并非密封瓦碰磨表現(xiàn)的突發(fā)性非穩(wěn)定性振動(dòng)現(xiàn)象。

圖 4 6號(hào)軸振動(dòng)頻譜圖和波形圖

在對(duì) 6號(hào)軸承側(cè)密封瓦解體后,查密封瓦各部件正常,均無(wú)明顯的碰磨痕跡。對(duì)該故障原因的檢查排除了密封瓦的原因,隨后現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大對(duì) 6號(hào)軸承的檢查范圍。檢查 6號(hào)瓦振動(dòng)探頭處曾發(fā)現(xiàn)軸頸有明顯小塊發(fā)黑痕跡,清理后檢查軸頸橢圓度僅0.01 mm,認(rèn)為并非軸頸橢圓度的影響。對(duì)振動(dòng)探頭位置軸頸檢查亦未發(fā)現(xiàn)軸頸表面的問(wèn)題,由此排除轉(zhuǎn)子軸頸異物的影響。并檢查油檔正常,無(wú)異物進(jìn)入造成碰磨的痕跡。

從圖 4軸振動(dòng)波形看,每個(gè)正峰值頂部都凸出了一節(jié) “尾巴”,在正常的振動(dòng)波形上疊加了 1個(gè)不是真實(shí)振動(dòng)的干擾因素。在再次檢查中,對(duì)該發(fā)黑痕跡全部清理后檢查距振動(dòng)探頭軸向調(diào)端約 15～20 mm處存在 1處鋼印字碼,且檢查該軸頸處并無(wú)碰磨痕跡。至此,經(jīng)分析并確認(rèn)該鋼印字碼是造成振動(dòng)高的真正原因。在第 1次 3 000 r/min時(shí),因轉(zhuǎn)子向發(fā)電機(jī)端膨脹尚未到位,振動(dòng)探頭未檢測(cè)到鋼字碼,因此軸振仍在 59.1μm,且 X,Y方向均保持相同。而當(dāng)帶滿負(fù)荷后,轉(zhuǎn)子開(kāi)始熱膨脹,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子向勵(lì)端延伸并到位,振動(dòng)探頭開(kāi)始檢測(cè)到鋼字碼,電渦流對(duì)鋼字碼的凸起發(fā)生感應(yīng),從而造成虛假的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

3 振動(dòng)故障處理

3.1 突發(fā)性非穩(wěn)定高幅振動(dòng)

在判斷機(jī)組主汽門(mén)關(guān)閉試驗(yàn)中出現(xiàn)的突發(fā)性非穩(wěn)定高幅振動(dòng)為密封瓦空、氫側(cè)油壓失衡后,加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)密封瓦的油差監(jiān)測(cè),機(jī)組未再出現(xiàn)突發(fā)性非穩(wěn)定高幅振動(dòng)。

3.2 穩(wěn)定性偏高振動(dòng)

對(duì) 6號(hào)瓦軸頸該鋼字碼處理打磨后,至 7月21日 4號(hào)機(jī)帶至滿負(fù)荷時(shí),軸振最大 3號(hào)瓦 X方向 56.8μm,Y方向 55.7μm,瓦振最大的 4號(hào)瓦32μm。6號(hào)瓦軸振偏大的問(wèn)題得到解決。

4 結(jié) 論

4.1 同類型機(jī)組中因結(jié)構(gòu)的原因,發(fā)電機(jī)密封瓦碰磨的振動(dòng)比較常見(jiàn),且多為突發(fā)性非穩(wěn)定振幅。造成密封瓦碰磨的原因多種多樣,在密封瓦恢復(fù)正常后,該類型的振動(dòng)可避免再次出現(xiàn)。

4.2 對(duì)于 6號(hào)軸頸處調(diào)端約 15～20 mm處鋼印字碼造成的穩(wěn)定性偏高振幅現(xiàn)象較為少見(jiàn),其間伴隨有隨機(jī)組熱膨脹到位逐步增加并保持穩(wěn)定的振動(dòng)現(xiàn)象。該類型振動(dòng)比較隱蔽,需仔細(xì)檢查。

〔1〕湖南省電力調(diào)試所 .華能岳陽(yáng)電廠二期擴(kuò)建工程 2×300MW機(jī)組 4號(hào)機(jī)組振動(dòng)測(cè)試分析和動(dòng)平衡試驗(yàn)報(bào)告 〔R〕.