300 MW機(jī)組汽輪機(jī)軸瓦振動診斷及處理

武進(jìn)猛

(大唐清苑熱電有限公司，河北 保定 071100)

1 軸系結(jié)構(gòu)及特點

某廠2號汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的300 MW亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、高中壓合缸單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為C300/226-16.7/0.43/537/537，發(fā)電機(jī)為QFSN-300型水-氫-氫冷卻方式，采用靜態(tài)勵磁。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由高中壓轉(zhuǎn)子(HIP)、低壓轉(zhuǎn)子(LP)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(G)及集電環(huán)轉(zhuǎn)子(E)組成，各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性聯(lián)接。軸系由7個軸承支撐，汽輪機(jī)2個轉(zhuǎn)子為雙支承方式，發(fā)電機(jī)與集電環(huán)采用三支承，高中壓轉(zhuǎn)子兩瓦(1號、2號)為可傾瓦、落地式，低壓轉(zhuǎn)子兩瓦(3號、4號)坐落在排汽缸上，發(fā)電機(jī)兩瓦(5號、6號)為端蓋式橢圓瓦。集電環(huán)勵磁機(jī)瓦(7號)采用落地式可傾瓦[1-2]。

高中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子之間采用剛性聯(lián)軸器連接。2個聯(lián)軸器間裝有墊片，安裝時可調(diào)整轉(zhuǎn)子的軸向位置。低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間也采用剛性聯(lián)軸器連接。在低壓轉(zhuǎn)子電機(jī)端裝有盤車用大齒輪，該齒輪也作為聯(lián)軸器墊片，調(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向位置。

2 1號瓦振動分析

2號機(jī)組自2011年12月投產(chǎn)以來，在啟停機(jī)過程中，1號軸瓦軸振在啟停過臨界時逐漸增大。2013年，高中壓轉(zhuǎn)子過臨界時1號軸瓦軸振值最大239.5 μm，2014年出現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子過臨界時1號軸瓦軸振最大增至338 μm。在額定工況下1號軸瓦最大軸振1X為76 μm、1Y為85 μm。

從2號機(jī)組在2013年2月至2016年5月的啟動數(shù)據(jù)看，冷態(tài)啟動(調(diào)節(jié)級金屬溫度小于204 ℃)9次、溫態(tài)啟動(調(diào)節(jié)級金屬溫度204～350 ℃)7次、熱態(tài)啟動(調(diào)節(jié)級金屬溫度350～450 ℃)6次，1號軸瓦過臨界時均呈現(xiàn)增長趨勢，其中溫態(tài)啟動時，1號軸瓦軸振最大增至311 μm。2號機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動過臨界振動數(shù)據(jù)如表1—表3所示。

表1 2號機(jī)組冷態(tài)啟動過臨界振動數(shù)據(jù)

表2 2號機(jī)組溫態(tài)啟動過臨界振動數(shù)據(jù)

表3 2號機(jī)組熱態(tài)啟動過臨界振動數(shù)據(jù)

2號機(jī)組在22次停機(jī)過臨界時，1號軸瓦過臨界軸振同樣呈現(xiàn)增長趨勢，軸瓦軸振最大增至338 μm。如表4所示。

2號機(jī)組各轉(zhuǎn)子設(shè)計臨界轉(zhuǎn)速如表5所示，單轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速與連接成軸系后臨界轉(zhuǎn)速會有所差別。由于單轉(zhuǎn)子連成軸系后，轉(zhuǎn)子自由端增加了約束，每根轉(zhuǎn)子的剛度都會有所增加，軸系中相應(yīng)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速也會有不同程度增加。因此，在機(jī)組進(jìn)行啟停過程中應(yīng)注意機(jī)組各轉(zhuǎn)子實測臨界轉(zhuǎn)速與設(shè)計值的區(qū)別。

表4 2號機(jī)組停機(jī)過臨界振動數(shù)據(jù)

表52號機(jī)組汽輪機(jī)各轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計值

r/min

3 振動特征分析及處理

3.1 機(jī)組振動特征分析

3.1.1 振動監(jiān)測

2號機(jī)組在啟停過程中，1號軸瓦軸振在過臨界時均超標(biāo)。通過對2號機(jī)組啟停過程振動監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，2號機(jī)組高中壓轉(zhuǎn)子存在一定的一階失衡，導(dǎo)致機(jī)組在通過一階臨界轉(zhuǎn)速時高中壓轉(zhuǎn)子軸振動超標(biāo)[3]。

3.1.2 檢修數(shù)據(jù)

查找2號機(jī)組轉(zhuǎn)子的出廠報告、汽輪機(jī)廠的軸系標(biāo)高標(biāo)準(zhǔn)以及2臺機(jī)組大修的揚度檢修記錄，如表6、表7所示。經(jīng)過計算2號機(jī)組軸系標(biāo)高、設(shè)計標(biāo)高以及軸系揚度[4]，均在合格范圍內(nèi)。

表6 2號機(jī)組歷次大修標(biāo)高 mm

表7 2號機(jī)組歷次大修揚度 mm

查找2號機(jī)組聯(lián)軸器的檢修記錄數(shù)據(jù)均在合格范圍內(nèi)，如表8所示。

表82號機(jī)組歷次大修聯(lián)軸器中心記錄數(shù)據(jù)

mm

3.1.3 振動特征分析[5]

a. 在啟動過程中由于轉(zhuǎn)子和汽缸受熱膨脹速度不一樣，可能存在輕微動靜磨擦，使轉(zhuǎn)子存在輕微質(zhì)量不平量。

b. 機(jī)組軸系的熱穩(wěn)定性差，在啟動過程中熱態(tài)下的轉(zhuǎn)子不平衡量一直存在，隨著轉(zhuǎn)子膨脹均勻后，轉(zhuǎn)子不平衡量逐漸減小。

c. 機(jī)組轉(zhuǎn)子于2014年5月和2016年9月大修，大修期間未發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子存在彎曲，但并未排除轉(zhuǎn)子局部彎曲，有可能彎曲量不大，所以在機(jī)組啟停機(jī)時表現(xiàn)比較突出，導(dǎo)致振動增大，過臨界后又趨于平穩(wěn)。

d. 機(jī)組轉(zhuǎn)子本身存在殘余應(yīng)力，在過臨界時表現(xiàn)比較明顯。

3.2 2號機(jī)組處置過程

機(jī)組停機(jī)前1周聯(lián)系上汽廠家進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，根據(jù)所得數(shù)據(jù)，安排檢修和返廠動平衡，在機(jī)組解體檢修中需要完成以下工作[6-7]。

a. 檢查滑銷系統(tǒng)中持環(huán)、內(nèi)缸與外缸定位鍵、貓爪與軸承座的支撐鍵配合間隙、前軸承座與臺板間隙及導(dǎo)向鍵、螺栓和前軸承座的裝配間隙等，按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整間隙。

b. 檢查軸系及轉(zhuǎn)子的揚度，隨著機(jī)組運行時間延長，標(biāo)高可能有一定變化，因此需按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整標(biāo)高。2號機(jī)組大修標(biāo)高和揚度如表9、表10所示，歷次大修聯(lián)軸器中心記錄數(shù)據(jù)如表11所示。

表9 2號機(jī)組大修標(biāo)高 mm

表10 2號機(jī)組大修揚度 mm

表11 2號機(jī)組歷次大修聯(lián)軸器中心記錄數(shù)據(jù) mm

c. 檢查軸瓦烏金面有無裂紋、脫胎、局部剝落等現(xiàn)象，軸瓦墊鐵與軸承座有無間隙，軸承兩側(cè)及頂部間隙是否合格，按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整間隙。

d. 檢查轉(zhuǎn)子是否有彎曲，動葉是否有松動、磨損現(xiàn)象，如有問題提出解決方案，并進(jìn)行直軸、動葉修復(fù)。

e. 檢查汽輪機(jī)通流間隙，間隙變大或變小都可能影響機(jī)組啟停振動，本次檢修對高中壓缸進(jìn)行汽封改造，調(diào)整合理的通流間隙。

f. 檢查汽輪機(jī)外缸、內(nèi)缸、隔板有無變形，如有問題及時處理。

從轉(zhuǎn)子出廠報告中發(fā)現(xiàn)，出廠時電端加裝的平衡塊比較多，進(jìn)行現(xiàn)場動平衡工作困難較大，因此必須安排轉(zhuǎn)子返廠動平衡，清除原有轉(zhuǎn)子平衡塊，并對所有配重孔進(jìn)行清理，在轉(zhuǎn)子動平衡合格后，按照標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整軸系。

通過分析機(jī)組歷次啟動過程數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)冷態(tài)、溫態(tài)在沖轉(zhuǎn)過程中汽輪機(jī)脹差會減小2～2.5 mm，熱態(tài)汽輪機(jī)脹差會減小3～3.5 mm，因此在機(jī)組啟動過程中按照啟動暖機(jī)曲線進(jìn)行暖機(jī)，在冷態(tài)、溫態(tài)啟動過程中脹差值要在2.5 mm以上，避免出現(xiàn)負(fù)脹差，造成汽輪機(jī)動靜碰磨，影響機(jī)組振動。2號機(jī)組脹差記錄數(shù)據(jù)如表12所示。

表12 2號機(jī)組脹差記錄數(shù)據(jù)

為保證機(jī)組啟動過程中的振動問題能及時處理，提前進(jìn)行現(xiàn)場動平衡準(zhǔn)備工作。

a. 準(zhǔn)備各種型號平衡塊，根據(jù)平衡量選取合適型號。

b. 準(zhǔn)備一小桶煤油或便于螺栓拆卸的滲透劑。

c. 準(zhǔn)備加重專用工具，必須進(jìn)行確認(rèn)、檢查及清潔。

d. 準(zhǔn)備方便加重人員上下的腳手架及架子。

e. 準(zhǔn)備強光手電、防燙服、防顆粒口罩、連體服。

f. 根據(jù)現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)，分析計算加重位置，并按順序進(jìn)行配重工作。

3.3 處理結(jié)果

經(jīng)過解體檢修和高中壓轉(zhuǎn)子返廠動平衡，2號機(jī)組于2016年11月15日一次啟動成功。在啟動過程中，1瓦軸振在過臨界時1X為48.8 μm，1Y為61.5 μm，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。2號機(jī)組啟動記錄數(shù)據(jù)如表13所示。

表13 2號機(jī)組啟動記錄數(shù)據(jù)(2016-11-15)

4 結(jié)束語

2號機(jī)組1號瓦經(jīng)過停機(jī)后高中壓缸解體檢修和高中壓轉(zhuǎn)子返廠動平衡工作，在機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動數(shù)據(jù)有逐漸增大的趨勢，但均未超過報警值127 μm，并且在停機(jī)過程中也均未超過報警值，為此類機(jī)組異常振動診斷及處理提供參考。