汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因分析及處理

萬(wàn)興倡

摘? 要：某電廠經(jīng)檢修啟動(dòng)運(yùn)行一周后，在正常運(yùn)行中，因負(fù)荷調(diào)整、停運(yùn)循環(huán)水泵后，突發(fā)汽輪機(jī)3X/4X軸承振動(dòng)大幅升高，立即啟動(dòng)循環(huán)水泵并快減負(fù)荷后振動(dòng)恢復(fù)正常，這之后多次出現(xiàn)振動(dòng)突升，通過(guò)快速降負(fù)荷、調(diào)整潤(rùn)滑油溫、啟停潤(rùn)滑油事故直流油泵、開(kāi)關(guān)低壓缸排汽噴水、調(diào)整凝汽器真空等其中一種或多種方法均只能暫時(shí)使其降低至正常值，均未找到任何規(guī)律，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全性。后通過(guò)振動(dòng)頻率曲線診斷，判斷為油膜失穩(wěn)。根據(jù)油膜失穩(wěn)的特征，制定檢修方案，最終開(kāi)機(jī)運(yùn)行檢驗(yàn)正常，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)組? 油膜失穩(wěn)? 振動(dòng)? 檢修和處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TK26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0104-03

Abstract： One week after the maintenance and start-up of a power plant， in the normal operation， after the load adjustment and shutdown of the circulating water pump， the vibration of the 3x / 4x bearing of the steam turbine suddenly increased significantly， the circulating water pump was immediately started and the vibration returned to normal after the quick load reduction. After that， the vibration suddenly increased for many times. Through the quick load reduction， adjustment of the lubricating oil temperature， start and stop of the lubricating oil emergency DC oil pump， low-pressure cylinder exhaust and water spray， adjusting condenser vacuum， switch one or more of the methods， can only temporarily reduce it to normal value， and no rule has been found， which seriously affects the operation safety of the unit. After the vibration frequency curve diagnosis， it is judged that the oil film is unstable. According to the characteristics of oil film instability， develop maintenance plan， and finally start up and run normally to ensure the safe and stable operation of the unit.

Key Words： Steam turbine unit; Oil film instability; Vibration; Maintenance and treatment

某電廠#3汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)：N300-16.7/537/537-8，汽輪機(jī)高中壓和低壓轉(zhuǎn)子由#1～#4軸承支持，其中#1、#2瓦為非對(duì)稱(chēng)可傾五瓦塊軸承，#3、#4軸承為帶球面軸瓦套的橢圓軸承，汽輪發(fā)電機(jī)組共6個(gè)支持軸承。#3～#6軸承下瓦設(shè)有頂軸油孔。該機(jī)組于2007年06月正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。2019年7月29日大修完成，并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行至2019年12月19日23時(shí)打閘停機(jī)。

2020年2月28日晚因電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度再次啟動(dòng)，3月5日凌晨1點(diǎn)機(jī)組正常運(yùn)行中，因負(fù)荷調(diào)整、啟停循環(huán)水泵后，突發(fā)汽輪機(jī)3X/4X軸承振動(dòng)大幅升高，截止4月13日停機(jī)，期間多次發(fā)生振動(dòng)突升情況，通過(guò)快速降負(fù)荷、調(diào)整潤(rùn)滑油溫、啟停潤(rùn)滑油事故直流油泵、開(kāi)關(guān)低壓缸排汽噴水、調(diào)整凝汽器真空等其中一種或多種方法均只能暫時(shí)使其降低至正常值，均未找到任何規(guī)律，其中最大振幅286um（跳閘值300um，延時(shí)5s），嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行安全性。

1? 振動(dòng)異常情況概述

通過(guò)對(duì)振動(dòng)曲線及數(shù)據(jù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)此次振動(dòng)異常主要表現(xiàn)為：（1）振動(dòng)突增，變化突然，振動(dòng)幅度較大，經(jīng)采取快速降低負(fù)荷、啟停直流油泵等進(jìn)行操作調(diào)整后，振動(dòng)消除較快，振動(dòng)持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。

（2）振動(dòng)異常與機(jī)組負(fù)荷情況、機(jī)組運(yùn)行真空等運(yùn)行工況無(wú)顯著關(guān)聯(lián)，振動(dòng)異常無(wú)較好預(yù)見(jiàn)性。

（3）振動(dòng)曲線表現(xiàn)出，振動(dòng)曲線毛刺感強(qiáng)烈。

2? 振動(dòng)原因分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行連續(xù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)，在振動(dòng)異常發(fā)生過(guò)程中，16.5Hz的低頻振動(dòng)成分明顯，且占據(jù)較大比重，振動(dòng)發(fā)生時(shí)，軸心軌跡的變化也較為明顯。而工頻等其他頻率成分與正常運(yùn)行時(shí)相比沒(méi)有明顯變化。根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷，造成本次機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)異常的原因?yàn)橛湍なХ€(wěn)。

另外，對(duì)#3機(jī)組大修以來(lái)的所有啟停過(guò)程進(jìn)行追溯，發(fā)現(xiàn)在2019年12月19日機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，低壓轉(zhuǎn)子在952r/min 左右存在顯著峰值，根據(jù)失穩(wěn)機(jī)理，油膜失穩(wěn)力產(chǎn)生后，推動(dòng)轉(zhuǎn)子以系統(tǒng)的最低階共振頻率渦動(dòng)，而16.5Hz的低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)速基本接近952r/min。

在2019年12月19日機(jī)組停機(jī)后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)#5軸承頂軸油管發(fā)生斷裂，懷疑在機(jī)組滑停轉(zhuǎn)速980～952r/min過(guò)程中#5軸承頂軸油管發(fā)生斷裂，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子失去有效支撐而下墜，軸系已發(fā)生不對(duì)中，3號(hào)軸承負(fù)荷脫空?，F(xiàn)場(chǎng)查看#3機(jī)組軸瓦油膜壓力發(fā)現(xiàn)，3號(hào)軸瓦的油膜壓力要明顯低于其余各瓦，處于2.3～2.8MPa之間波動(dòng)。其余各軸瓦油膜壓力相對(duì)較為穩(wěn)定，為4.0MPa左右。

3? 振動(dòng)檢修方案

#1-#4軸承的解體檢查，數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果如表1。

通過(guò)對(duì)1-4瓦烏金接觸面檢查發(fā)現(xiàn)，無(wú)脫胎、裂胎，及胎面發(fā)黑現(xiàn)象，烏金完好潤(rùn)滑。但軸承側(cè)隙明顯低于設(shè)計(jì)值。

#3機(jī)組油膜失穩(wěn)的特征明顯，是導(dǎo)致振動(dòng)異常的主要原因。同時(shí)#3/#4軸瓦橢圓比與設(shè)計(jì)偏差較大（軸承側(cè)隙明顯低于設(shè)計(jì)值），為無(wú)法對(duì)低壓轉(zhuǎn)子行程有效約束。同時(shí)由于#3/#4載荷較小，加劇振動(dòng)的發(fā)散。

針對(duì)油膜失穩(wěn)，特制定如下檢修方案：

（1）軸瓦中分面研銑。

本次軸瓦中分面研銑，旨在按制造廠設(shè)計(jì)要求的下限減小軸承頂隙，增大軸承橢圓比，提高軸承穩(wěn)定性。

①對(duì)軸瓦上半部中分面進(jìn)行0.10～0.12mm的研銑（外送專(zhuān)業(yè)精加工車(chē)間進(jìn)行）。

②研銑需確保軸瓦上部中分面平整度，不得超過(guò)0.01mm。

（2）軸系標(biāo)高調(diào)整。

結(jié)合機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，#2軸承的金屬溫度上升，本次檢修調(diào)整機(jī)組軸系標(biāo)高，將#2軸承標(biāo)高下調(diào)0.05～0.10mm，#4軸承標(biāo)高上調(diào)0.05～0.10mm，旨在降低#2軸承負(fù)荷，進(jìn)一步提高#3軸承負(fù)荷，提高#3軸承壓力比，提升軸承穩(wěn)定性。

4? 檢修結(jié)果

檢修結(jié)果如表2所示。

5? 機(jī)組啟動(dòng)檢驗(yàn)

05月14日，機(jī)組開(kāi)機(jī)，機(jī)組一次性開(kāi)機(jī)成功，在1750r/min左右的臨界轉(zhuǎn)速情況下，四號(hào)軸承振動(dòng)最高在70μm左右，三號(hào)軸承振動(dòng)在65μm，完全符合要求。并網(wǎng)加負(fù)荷后，四號(hào)軸承振動(dòng)下降至50μm左右，三號(hào)軸承振動(dòng)往上漲在85μm左右穩(wěn)定。05月15日，機(jī)組負(fù)荷250MW，四號(hào)軸承振動(dòng)穩(wěn)定在45μm左右，三號(hào)軸承振動(dòng)穩(wěn)定在70μm左右。經(jīng)過(guò)幾天負(fù)荷加減觀察，四號(hào)軸承振動(dòng)穩(wěn)定在45μm左右，三號(hào)軸承振動(dòng)穩(wěn)定在60μm左右，完全負(fù)荷機(jī)組設(shè)計(jì)要求，圓滿完成了此次檢修任務(wù)。

6? 結(jié)語(yǔ)

振動(dòng)是有很多原因的，通過(guò)各種辦法仍找不到其規(guī)律時(shí)，可以考慮為油膜失穩(wěn)，在機(jī)組發(fā)生油膜失穩(wěn)時(shí)，我們應(yīng)該根據(jù)所產(chǎn)生的現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量振動(dòng)和頻率來(lái)預(yù)測(cè)油膜振蕩產(chǎn)生的可能性，確定振動(dòng)來(lái)源、軸承間隙和油膜的影響，經(jīng)過(guò)各種調(diào)整辦法仍不能消除時(shí)，及時(shí)停運(yùn)機(jī)組檢修，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

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