影響600MW亞臨界汽輪機(jī)組振動(dòng)異常波動(dòng)的幾點(diǎn)因素及處理

郭煒

摘 要：某火力發(fā)電廠(chǎng)600MW亞臨界汽輪機(jī)組#2、#3軸瓦“X”向軸振持續(xù)呈不定期波動(dòng)現(xiàn)象，波動(dòng)峰值最大達(dá)到182um，其他各瓦振動(dòng)值也隨之?dāng)[動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全。運(yùn)行中采取改變高壓調(diào)節(jié)閥閥序，改變軸承負(fù)載，達(dá)到降低軸承振動(dòng)，穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行的目的。停機(jī)檢修后發(fā)現(xiàn)可傾瓦支持銷(xiāo)銷(xiāo)孔磨損，彈簧斷裂，更換備件并調(diào)整軸瓦間隙后機(jī)組振動(dòng)恢復(fù)正常。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；高調(diào)閥閥序；可傾瓦；振動(dòng)

前言

某電廠(chǎng)#7機(jī)組、#8機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的2×600MW亞臨界，一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、間接空冷凝汽式機(jī)組，型號(hào)為NJK600-16.7/538/538。#8機(jī)組于2007年7月投產(chǎn)發(fā)電，2008年9月至11月完成第一次檢查性大修（A級(jí)檢修）。2012年4月至10月間，#8機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)#2軸瓦、#3軸瓦X向軸振呈間歇性、無(wú)規(guī)律波動(dòng)，且振幅逐漸增大，2X向軸振最大值達(dá)182um。通過(guò)采取調(diào)整高調(diào)閥閥序，停機(jī)更換可傾瓦瓦塊、彈簧，調(diào)整瓦頂間隙、軸瓦緊力等措施，有效降低了機(jī)組振動(dòng)。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

#8機(jī)組軸系由高中壓轉(zhuǎn)子（HIP）、低壓#1轉(zhuǎn)子（LP1）、低壓#2轉(zhuǎn)子（LP2）、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子（GEN）和勵(lì)磁小軸（EXT）組成。機(jī)組軸系簡(jiǎn)圖如圖1所示。

其中#1～#6軸瓦均采用四瓦可傾式軸承，上部?jī)蓚€(gè)瓦塊弧形背面有銷(xiāo)孔，與瓦架銷(xiāo)孔間有彈簧及支持銷(xiāo)定位。下部?jī)蓚€(gè)瓦塊均有頂軸油孔及雙菱形油槽，潤(rùn)滑油從底部供油槽供油，在軸瓦于軸之間形成油膜，從軸承兩側(cè)排出。在油膜的壓力作用下，每個(gè)瓦塊在支持點(diǎn)上可以單獨(dú)自動(dòng)調(diào)整位置，以適應(yīng)轉(zhuǎn)速、軸承負(fù)荷和油溫的變化。發(fā)電機(jī)#7瓦、#8瓦及勵(lì)磁小軸#9軸瓦采用圓筒型軸承、單側(cè)進(jìn)油、為上瓦開(kāi)槽式結(jié)構(gòu)。

鍋爐過(guò)熱蒸汽從高溫過(guò)熱器通過(guò)主蒸汽管道送入汽機(jī)房，經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)2個(gè)高壓主汽門(mén)后進(jìn)入4個(gè)共腔室的高壓調(diào)汽門(mén)，后通過(guò)四根高導(dǎo)管從高壓缸上缸、下缸分別進(jìn)入缸內(nèi)做功。高調(diào)門(mén)閥序配置如圖2所示。

高調(diào)閥對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)噴嘴數(shù)量為#1-29、#2-23、#3-29、#4-35。#1～#6軸承可傾瓦軸振測(cè)點(diǎn)、瓦溫測(cè)點(diǎn)位置如圖3所示。

該機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)時(shí)高調(diào)閥配汽方式采用單閥進(jìn)汽，即#1、#2、#3、#4高調(diào)閥同時(shí)開(kāi)啟，節(jié)流調(diào)節(jié)進(jìn)氣量。負(fù)荷升至350MW后單閥進(jìn)汽切換為順閥調(diào)節(jié)，500MW時(shí)#1、#2、#3高調(diào)閥開(kāi)度約為65%，#4高調(diào)閥開(kāi)度約為4%。在高負(fù)荷時(shí)，開(kāi)啟#4高調(diào)閥以增加進(jìn)汽量。

#8機(jī)組裝備了本特利3500振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TSI），振動(dòng)故障出現(xiàn)后現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)試采用在TSI緩沖輸出端接入本特利208振動(dòng)數(shù)據(jù)采集儀的方法。同時(shí)結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TDM）相關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)機(jī)組各軸瓦振動(dòng)歷次增大的趨勢(shì)過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)#1、#2、#3、#4瓦軸振進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析。

2011年11月17日，#8機(jī)停機(jī)列備，停機(jī)前#8機(jī)各瓦各項(xiàng)振動(dòng)數(shù)據(jù)均處于正常值。2012年2月4日，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中#2瓦X向軸振最大值為103.296um（負(fù)荷369MW時(shí)），升負(fù)荷至520MW后振動(dòng)下降至80-90um之間平穩(wěn)運(yùn)行。

2 存在問(wèn)題及分析

2.1 故障前期的表現(xiàn)及分析處理

2012年4月至7月為機(jī)組振動(dòng)故障的發(fā)生、發(fā)展期。這一階段設(shè)備劣化傾向明顯，尤其是以#2瓦、#3瓦X向軸振的頻繁并逐漸增大的波動(dòng)為表現(xiàn)。

2012年4月底至5月初，#2瓦X向軸振幅值開(kāi)始在90-110um之間波動(dòng)。5月9日，#8機(jī)負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定在550MW附近，#2瓦X向軸振值增長(zhǎng)至130.783um，首次超過(guò)W報(bào)警值（125um）?，F(xiàn)場(chǎng)檢查，#3軸瓦處有輕微的異音，頻率間隔在1秒左右。#2軸瓦處無(wú)明顯異音。

5月至7月，#8機(jī)組#2軸瓦、#3軸瓦X向軸振多次波動(dòng)，峰值在120～140um之間，波動(dòng)時(shí)間在1小時(shí)左右。7月初以后，現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)#3瓦“咔噠”異音明顯增大，頻率較之前加快。同時(shí)#2瓦處也能聽(tīng)到細(xì)小的異音。機(jī)組其他軸承軸振、瓦振也隨之波動(dòng)，但波動(dòng)峰值均小于#2瓦、#3瓦。

7月10日TDM系統(tǒng)記錄的#2、#3瓦軸振動(dòng)歷史曲線(xiàn)如下圖：

依照各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)與在線(xiàn)振動(dòng)系統(tǒng)（TDM）數(shù)據(jù)基本一致，且軸振動(dòng)異常變化時(shí)瓦振動(dòng)有相同的變化趨勢(shì)，因此振動(dòng)異常應(yīng)是機(jī)組運(yùn)行情況的真實(shí)反映。振動(dòng)異常波動(dòng)過(guò)程中各軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)均以工頻為主，屬普通強(qiáng)迫振動(dòng)，同時(shí)#1、#2、#3、#4瓦均呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，且峰值逐漸增大，因此波動(dòng)持續(xù)的時(shí)間也明顯變長(zhǎng)。比較#1、#2、#3、#4瓦振動(dòng)增大過(guò)程及前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)，可以看出振動(dòng)幅值#3、#4瓦變化較小，在25um以?xún)?nèi)，相位變化也小于15°；而#2瓦幅值變化有時(shí)從正常的90um左右最大增至185um，之后有降到90um左右，相位變化小于20°。

在機(jī)組運(yùn)行中監(jiān)測(cè)到#3瓦處異音，初步原因判斷是上部左側(cè)可傾瓦塊的柱狀銷(xiāo)（從機(jī)頭看）與瓦塊的銷(xiāo)孔碾大造成及背部彈簧等發(fā)生磨損等故障，同時(shí)不排除油擋松動(dòng)的可能。（在2012年10月份#8機(jī)組停機(jī)翻瓦檢修時(shí)，均證實(shí)以上推斷。）#2瓦幅值的大幅變化由#3瓦傳導(dǎo)影響的可能性較大，但#2瓦自身也存在相同故障的可能。各瓦振動(dòng)異常時(shí)以工頻為主，且幅值、相位均有波動(dòng)，振動(dòng)恢復(fù)過(guò)程明顯長(zhǎng)于振動(dòng)上升過(guò)程，因此也不能排除存在轉(zhuǎn)軸碰磨因素，需在運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)軸封供汽溫度及相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控。同時(shí)，機(jī)組發(fā)生汽流激振可能性較大，目前的順閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣方式可能是導(dǎo)致振動(dòng)故障加劇的原因之一，通過(guò)改變閥序，調(diào)整主蒸汽，熱再蒸汽入機(jī)參數(shù)，應(yīng)能夠改善機(jī)組振動(dòng)，維持機(jī)組可靠運(yùn)行。

7月13日16：45，#8機(jī)組降負(fù)荷至445MW，將順閥配汽方式（#1、#2、#3高調(diào)閥進(jìn)汽、#4高調(diào)閥調(diào)節(jié)）改為單閥配汽方式（#1～#4高調(diào)閥以相同開(kāi)度進(jìn)氣）。#1，#2，#3，#4號(hào)閥門(mén)開(kāi)度均為50%，后又升負(fù)荷為555MW。13日至16日，#8號(hào)機(jī)組的各瓦振動(dòng)一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，其中#1瓦振動(dòng)很小，在20um以下，#2，#3，#4瓦的X方向軸振一直處于90um左右，Y方向的振動(dòng)在70um左右變動(dòng)，各瓦的相位基本不變。

2012-7-15 11：00 555MW負(fù)荷時(shí)各軸承振動(dòng)值：

2.2 故障后期的表現(xiàn)及處理

7月中旬至9月底，#8機(jī)組各瓦振動(dòng)均較為平穩(wěn)，波動(dòng)幅度較小。進(jìn)入10月份后，#2瓦、#3瓦振動(dòng)幅度呈加劇增大趨勢(shì)，#3瓦就地異音明顯，呈現(xiàn)清晰且高頻的“咔噠”聲。10月15日晚#2瓦X向峰值達(dá)到182.287um，#3瓦X向峰值達(dá)140um。依據(jù)相關(guān)趨勢(shì)圖及頻譜圖分析，#2瓦、#3瓦振動(dòng)仍以工頻為主，判斷設(shè)備劣化趨勢(shì)加劇，為保證機(jī)組設(shè)備安全，10月18日#8機(jī)組停機(jī)，#1～#6瓦翻瓦檢修，至10月31日檢修工作結(jié)束。修后機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中各瓦振動(dòng)無(wú)擺動(dòng)，350MW負(fù)荷平穩(wěn)后，各瓦各項(xiàng)振動(dòng)均在合格值范圍內(nèi)。

2.3 檢修主要發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及修復(fù)

2.3.1 #2、#3、#4、#5軸瓦上瓦架銷(xiāo)孔磨損， #2、#3左右側(cè)均有磨損，#4、#5左側(cè)銷(xiāo)孔磨損。通過(guò)在原位置擴(kuò)孔，加入襯套的方法修復(fù)。

2.3.2 #2瓦、#3瓦上瓦塊、#5瓦右側(cè)上瓦塊銷(xiāo)孔均磨損成橢圓狀，均更換新瓦塊。

2.3.3 #1瓦、#3瓦、#4瓦勵(lì)端擋油環(huán)存在緊固螺栓脫落，頂部定位銷(xiāo)斷裂，烏金面磨損等情況，均加以修復(fù)或更換。

2.3.4 #3瓦上瓦右側(cè)兩根彈簧均斷裂，#1瓦至#6瓦均更換新彈簧。

2.3.5 #2瓦下瓦瓦枕左右加鋼墊5絲，正下方加鋼墊5絲。

2.3.6 #1-#6軸瓦間隙檢修記錄（見(jiàn)表3）。

2.4 調(diào)整閥序試驗(yàn)

11月1日下午兩點(diǎn)半#8機(jī)高調(diào)閥單順閥切換，由單閥配汽改為#2、#3、#4高調(diào)閥進(jìn)汽、#1高調(diào)閥調(diào)節(jié)。切換順閥后，#4瓦X向軸振上升至105um左右，#2瓦、#3瓦振動(dòng)平穩(wěn)，均無(wú)波動(dòng)情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

3.1 機(jī)組閥序配汽方式對(duì)軸瓦振動(dòng)的影響較大，均衡進(jìn)汽可使機(jī)組振動(dòng)情況明顯改善。參考配汽機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉數(shù)量差異，在閥序?yàn)?1、#2、#3高調(diào)閥進(jìn)汽，#4調(diào)節(jié)的方式下，相對(duì)于#2、#3噴嘴組而言，#1、#4噴嘴組受力不均衡，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向上的氣流力。各軸瓦位于左上位置（機(jī)頭向機(jī)尾看）的瓦塊會(huì)承受更大的作用力，易導(dǎo)致該位置瓦塊烏金面的磨損，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中加劇了沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生對(duì)瓦座、瓦塊支持銷(xiāo)銷(xiāo)孔的磨損。當(dāng)銷(xiāo)孔發(fā)生磨損后，會(huì)影響瓦塊及油膜的穩(wěn)定性。而瓦塊的不穩(wěn)易導(dǎo)致背部彈簧因碾壓位移發(fā)生斷裂。

3.2 查閱相關(guān)資料，同類(lèi)型多臺(tái)機(jī)組曾多次發(fā)生可傾瓦上瓦塊背后銷(xiāo)孔磨損及彈簧損壞導(dǎo)致軸瓦異常情況，瓦塊材質(zhì)硬度可能偏低，應(yīng)利用機(jī)組中修對(duì)瓦塊彈簧及銷(xiāo)孔定期進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

3.3 依據(jù)以往的檢修記錄及經(jīng)驗(yàn)，軸瓦兩側(cè)的浮動(dòng)油擋是設(shè)備劣化的短板。油擋中分面螺栓松動(dòng)，烏金面磨損脫胎，頂部定位銷(xiāo)斷裂脫落，上半油擋整體斷裂的故障屢有發(fā)生。在做好設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)的同時(shí)，利用機(jī)組小修、中修的機(jī)會(huì)對(duì)軸瓦油擋做定期的專(zhuān)項(xiàng)檢查，可以做到事故預(yù)防，避免故障停機(jī)。

3.4 汽流激振也是影響機(jī)組振動(dòng)的重要因素，產(chǎn)生汽流激振的主要原因有蒸汽力、通流部分間隙以及軸承載荷等方面。優(yōu)化配汽閥序，可減小其影響?？蓢L試先同時(shí)開(kāi)啟#1、#4高調(diào)閥，再開(kāi)啟#3調(diào)閥，最后開(kāi)啟#2調(diào)閥；或者為先同時(shí)開(kāi)啟#2、#3調(diào)閥，再開(kāi)啟#4調(diào)閥，最后開(kāi)啟#1調(diào)閥。但因程序設(shè)定原因，未能在#8機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中得以實(shí)施。

3.5 檢修時(shí)需嚴(yán)格控制軸瓦間隙數(shù)值的調(diào)整，軸瓦緊力及瓦頂間隙應(yīng)控制在設(shè)計(jì)值以?xún)?nèi)，并應(yīng)盡量向下限調(diào)整。同時(shí)應(yīng)對(duì)軸系中心進(jìn)行復(fù)查，特別是中低對(duì)輪中心的各參數(shù)，可使軸系載荷分布合理，各瓦瓦溫正常。機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)對(duì)軸承箱中分面螺栓做定期檢查，防止因局部位置螺栓松動(dòng)導(dǎo)致軸瓦緊力變化，影響機(jī)組振動(dòng)。

3.6 機(jī)組啟動(dòng)后#4瓦X向軸振值相對(duì)于#2瓦、#3瓦偏大，Y向軸振值相對(duì)較小，且#4軸瓦、#5軸瓦一倍頻振動(dòng)相位相差僅20°左右，可考慮在下次停機(jī)時(shí)采取低低對(duì)輪處加配重塊的方法改善機(jī)組振動(dòng)。

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