汽輪機(jī)組振動(dòng)故障分析及處理

付 成

（甕福達(dá)州化工有限責(zé)任公司裝備部，四川達(dá)州 635000）

0 引言

汽輪機(jī)組振動(dòng)的大小直接關(guān)系到機(jī)組能否安全運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組長(zhǎng)期在振動(dòng)超標(biāo)下運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行壽命減短。汽輪機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)是較為復(fù)雜的故障，由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，因此對(duì)汽輪機(jī)組振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試和診斷，找準(zhǔn)原因是解決汽輪機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的關(guān)鍵。

1 故障現(xiàn)象

抽汽背壓式蒸汽輪發(fā)電機(jī)組，CB25-3.43/1.6/0.6型汽輪機(jī)由青島捷能汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)，額定轉(zhuǎn)速3000 r/min；QF-25-2型發(fā)電機(jī)由四川東方電機(jī)有限公司生產(chǎn)，額定功率25 MW。由于生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際蒸汽量和汽輪機(jī)額定進(jìn)汽量差距較大，使得汽輪機(jī)長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，發(fā)電效率低，汽耗率高。2017年8月青島捷能汽輪機(jī)有限公司對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了節(jié)能改造，將原機(jī)組改造為CB6.8-3.43/1.6/0.6。機(jī)組改造后啟動(dòng)，汽輪機(jī)前軸相對(duì)軸振達(dá)到210 μm以上（報(bào)警值160 μm），并有持續(xù)增大趨勢(shì)。

2 故障原因分析

2.1 振動(dòng)測(cè)試

通過(guò)負(fù)荷調(diào)整，在機(jī)組負(fù)荷6.8 MW，2 MW和0.5 MW時(shí)，分別測(cè)試汽輪機(jī)前后軸兩垂直方向（X向與Y向）上的相對(duì)軸振值，見(jiàn)表1、表2和表3；在負(fù)荷6.8 MW時(shí)還對(duì)汽輪機(jī)軸承座振動(dòng)值進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量見(jiàn)表4，注：表中所有振幅為峰峰值（p-p）。

2.2 機(jī)組存在的振動(dòng)問(wèn)題

由上訴振動(dòng)測(cè)試得知，該機(jī)存在的主要問(wèn)題是機(jī)組在帶負(fù)荷6.8 MW時(shí)，汽輪機(jī)前軸X向相對(duì)軸振增大至214 μm，汽輪機(jī)前軸Y向相對(duì)軸振增大至155 μm。

2.3 振動(dòng)故障診斷

振動(dòng)增大主要表現(xiàn)在汽輪機(jī)前軸相對(duì)振動(dòng)上，通過(guò)測(cè)試軸承座振動(dòng)，汽輪機(jī)前軸承座振動(dòng)也有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這說(shuō)明振動(dòng)為真實(shí)振動(dòng)，可以排除傳感器假信號(hào)的問(wèn)題。其中振動(dòng)增大成分為工頻振動(dòng)（圖1），波形圖為正弦波（圖2），軸心軌跡為橢圓形（圖3）。

表1 負(fù)荷6.8 MW時(shí)的汽輪機(jī)相對(duì)軸振值

表2 負(fù)荷 2MW時(shí)的汽輪機(jī)相對(duì)軸振值

表3 負(fù)荷0.5 MW時(shí)的汽輪機(jī)相對(duì)軸振值

表4 負(fù)荷6.8 MW時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軸承座振動(dòng)值

圖1 ch1振動(dòng)頻譜

圖2 ch1振動(dòng)波形

通過(guò)11月9日降負(fù)荷試驗(yàn)得知，其振動(dòng)跟負(fù)荷有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖4），振動(dòng)穩(wěn)定，且存在著明顯的時(shí)滯現(xiàn)象，經(jīng)計(jì)算汽輪機(jī)前軸和汽輪機(jī)后軸相對(duì)振動(dòng)熱變量相位基本相同，幅值來(lái)看汽輪機(jī)前軸相對(duì)振動(dòng)是汽輪機(jī)后軸的2倍。由此可以推斷出，轉(zhuǎn)子發(fā)生了熱彎曲現(xiàn)象，且重點(diǎn)發(fā)生在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的前半部分。汽輪機(jī)振動(dòng)機(jī)理：當(dāng)蒸汽流量增大后，轉(zhuǎn)子受熱增加，當(dāng)在徑向方向膨脹系數(shù)或者溫度不一致時(shí)，一側(cè)膨脹大，一側(cè)膨脹小，即出現(xiàn)彎曲變形，這個(gè)彎曲變形由于離開(kāi)了回轉(zhuǎn)中心線，所以造成振動(dòng)直接疊加在原始振動(dòng)上使其增加。由于這個(gè)現(xiàn)象是受熱狀態(tài)后改變，所以存在明顯的延時(shí)現(xiàn)象。這也是為什么加負(fù)荷后一段時(shí)間振動(dòng)才開(kāi)始增加，降負(fù)荷后一段時(shí)間振動(dòng)才開(kāi)始減小的原因（圖2）。

圖3 ch1軸心軌跡

3 解體檢查情況

停機(jī)揭開(kāi)汽輪機(jī)前軸承座，檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)前軸瓦嚴(yán)重?fù)p壞（圖5），驗(yàn)證了汽輪機(jī)前軸振動(dòng)的真實(shí)性。同時(shí)，檢查還發(fā)現(xiàn)主油泵葉輪套裝緊力不足（實(shí)測(cè)有60 μm的間隙），導(dǎo)致與軸配合松動(dòng)的問(wèn)題。

圖4 降負(fù)荷試驗(yàn)中振幅變化情況

圖5 汽輪機(jī)前軸瓦損壞情況

4 處理措施

（1）更換汽輪機(jī)前軸瓦。汽輪機(jī)前軸瓦主體材料為巴氏合金，更換軸瓦時(shí)，安排技術(shù)嫻熟經(jīng)驗(yàn)豐富的鉗工對(duì)軸瓦進(jìn)行刮削，回裝時(shí)各部位間隙和配合嚴(yán)格滿足安裝說(shuō)明書(shū)的要求。

（2）調(diào)整主油泵葉輪套裝緊力。通過(guò)對(duì)主油泵泵軸進(jìn)行激光熔覆，然后上車床重新加工外圓，保證主油泵葉輪孔徑與軸徑有約30 μm的過(guò)盈配合量，重新銑鍵槽和加工鍵，并回裝到位。

（3）高速動(dòng)平衡校正。轉(zhuǎn)子做高速動(dòng)平衡校正，對(duì)轉(zhuǎn)子熱彎曲角度進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)在其對(duì)面加重一定的計(jì)算補(bǔ)償重量，來(lái)補(bǔ)償熱態(tài)下的轉(zhuǎn)子彎曲量。轉(zhuǎn)子經(jīng)高速動(dòng)平衡校正后，在3000 r/min轉(zhuǎn)速下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：進(jìn)氣側(cè)振動(dòng)烈度為0.247 mm/s，排氣側(cè)振動(dòng)烈度為0.373 mm/s（圖6），低于允許振動(dòng)烈度值1.5 mm/s，試驗(yàn)合格。

圖6 轉(zhuǎn)子經(jīng)高速動(dòng)平衡校正后的振動(dòng)烈度

通過(guò)上述處理后，汽輪機(jī)重新回裝開(kāi)車，振動(dòng)值明顯下降，其中汽輪機(jī)前軸相對(duì)振動(dòng)值降到140 μm以下，故障解決。