汽輪機(jī)#1瓦軸振動(dòng)異常原因分析及處理措施

李東升

[摘? ? 要]許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組350MW亞臨界單軸雙缸雙排汽、一次再熱冷凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組正常運(yùn)行中，在低負(fù)荷階段，頻繁發(fā)生#1瓦軸振波動(dòng)問(wèn)題，振動(dòng)波動(dòng)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約2h。針對(duì)#1瓦軸振波動(dòng)情況，邀請(qǐng)大唐華中電力試驗(yàn)研究院，對(duì)#1瓦軸振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線采集，并進(jìn)行故障診斷，分析認(rèn)為#1瓦軸振動(dòng)是軸承外油擋積碳嚴(yán)重導(dǎo)致動(dòng)靜碰磨，引起振動(dòng)波動(dòng)大，通過(guò)對(duì)#1瓦軸油擋處積碳進(jìn)行清理，并將油擋間隙調(diào)整至設(shè)計(jì)值，機(jī)組啟動(dòng)后，振動(dòng)正常，未出現(xiàn)波動(dòng)情況，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]汽輪發(fā)電機(jī)組;軸系;振動(dòng);波動(dòng)

[中圖分類號(hào)]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）10–00–03

Cause Analysis and Treatment Measures for Abnormal Vibration of

Steam Turbine 1 Bearing

Li Dong-sheng

[Abstract]In the normal operation of 350MW subcritical single shaft double cylinder double exhaust and once reheat condensing steam turbine generator unit of Xuchang Longgang Power Generation Co.， Ltd.， in the low load stage， the vibration fluctuation of? bearing shaft occurs frequently， and the vibration fluctuation lasts for about two hours. According to the vibration fluctuation of Normal， no fluctuations， to ensure the safe and stable operation of the unit.

[Keywords]steam turbine generator set; shafting; vibration; fluctuation

許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺(tái)350 MW機(jī)組（編號(hào)分別為#1、#2）由美國(guó)西屋公司總承包，上海汽輪機(jī)廠組裝建造，2001年投入商業(yè)運(yùn)行，該機(jī)組為亞臨界單軸雙缸雙排汽、一次再熱冷凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，高中壓缸采用合缸，高中壓轉(zhuǎn)子一體，采用整體鍛造，為減少機(jī)組運(yùn)行時(shí)的軸向推力，在設(shè)計(jì)和制造上采用高、中壓缸合缸對(duì)稱布置，低壓缸雙缸、進(jìn)汽分流布置，這樣可以在運(yùn)行時(shí)相互抵消部分軸向推力，從而可以減輕推力軸承的負(fù)荷，并可減小推力軸承的尺寸，大大提高安全運(yùn)行系數(shù)。

汽輪機(jī)的通流部分分為：高缸、中缸、低缸3部分組成，由鍋爐過(guò)熱器來(lái)的新蒸汽首先進(jìn)入高壓缸做功，做過(guò)功的蒸汽返回到鍋爐再熱器進(jìn)行加熱，溫度提到額定值后再到中缸做功，而后排到低缸，乏汽回到凝汽器。汽輪機(jī)缸體均采用雙層缸結(jié)構(gòu)，由內(nèi)缸和外缸分別承受機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，雙層缸可減輕每層缸所承受的綜合應(yīng)力，由于每層缸所承受的應(yīng)力下降，可相應(yīng)的降低每層汽缸的厚度，減少貴重金屬的消耗量，降低設(shè)備的成本，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)噴嘴隔板組裝在內(nèi)缸上，每級(jí)隔板與轉(zhuǎn)子之間均有梳齒汽封，使汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)損失減小到最小以提高機(jī)組的內(nèi)效率。高缸有一個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)、和14個(gè)壓力級(jí)，中缸有8個(gè)壓力級(jí)，低缸有2×7個(gè)壓力級(jí)，其低壓缸末級(jí)葉片長(zhǎng)度為980 mm。本機(jī)組共有7個(gè)軸瓦，#1、#2軸瓦支撐高中壓轉(zhuǎn)子，#3、#4軸瓦支撐低壓轉(zhuǎn)子，#5、#6軸瓦為發(fā)電機(jī)的2個(gè)端蓋軸瓦，#7軸瓦為勵(lì)磁機(jī)支撐軸承。其中#1、#2、#3、#4、#5、#6軸瓦為可傾瓦。支持軸承形式：巴氏合金自找中圓形推力軸承組成，各轉(zhuǎn)子之間用剛性聯(lián)軸器連接。

由鍋爐過(guò)熱器來(lái)的一次汽經(jīng)過(guò)汽機(jī)側(cè)主蒸汽管道三通后，分為兩路經(jīng)高壓主汽門(mén)、調(diào)節(jié)汽門(mén)進(jìn)入高壓缸做功，鍋爐再熱器來(lái)的二次汽經(jīng)過(guò)汽機(jī)側(cè)再熱蒸汽管道三通后，分為兩路經(jīng)中壓主汽門(mén)、調(diào)節(jié)汽門(mén)進(jìn)入中、低壓缸做功。高壓缸有兩個(gè)主汽門(mén)和四個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)，中壓缸有兩個(gè)主汽門(mén)和兩個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)，由上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，性能可靠，使汽輪機(jī)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)能夠隨意選擇節(jié)流調(diào)節(jié)與噴嘴調(diào)節(jié)，并能夠?qū)崿F(xiàn)兩者間無(wú)擾切換，從而達(dá)到有效控制汽機(jī)出力及轉(zhuǎn)速的目的。

軸系結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

#1軸承是由四塊巴氏合金組成的自找中型軸承軸承油系統(tǒng)，潤(rùn)滑油通過(guò)四個(gè)位于水平和垂直中心線的明管進(jìn)入軸承瓦塊，同時(shí)為了防止大量的油從軸承端泄漏，采用了油密封環(huán)和油封環(huán)護(hù)圈由軸承支承環(huán)支撐并被其平分。

1 事件描述

2018年3月1日4點(diǎn)55分，監(jiān)盤(pán)發(fā)現(xiàn)：2號(hào)機(jī)1瓦X向振動(dòng)由77 μm突增至106 μm，Y向振動(dòng)由88 μm突增至114 μm，后緩慢下降至突變前數(shù)值，盤(pán)前檢查機(jī)組負(fù)荷、大機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度、大機(jī)潤(rùn)滑油溫、主汽溫穩(wěn)定，派巡檢就地檢查未發(fā)現(xiàn)異常。查歷史數(shù)據(jù)，2號(hào)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)175 MW穩(wěn)定負(fù)荷下#1瓦軸振動(dòng)為61 μm/68 μm，現(xiàn)175 MW穩(wěn)定負(fù)荷下#1瓦軸振動(dòng)逐步增大至72 μm/81 μm。

2018年3月23日至3月24日，聯(lián)系大唐華中電力試驗(yàn)研究院對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行分析，并對(duì)機(jī)組振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。自3月1日以來(lái)，運(yùn)行中，#1瓦軸承軸振出現(xiàn)多次波動(dòng)，其中，x軸振最大至111 μm，y軸振最大至119 μm，振動(dòng)波動(dòng)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約1-2h。查看運(yùn)行數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)與振動(dòng)趨勢(shì)明顯相關(guān)參數(shù)，振動(dòng)波動(dòng)以基頻分量為主，分析認(rèn)為振動(dòng)波動(dòng)是動(dòng)靜部件碰磨導(dǎo)致，如表1所示。

2019年4月11日前夜班，23：30監(jiān)盤(pán)發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)大機(jī)#1瓦軸振緩慢上漲，x：上漲至113 μm（正常73 μm），y：上漲至118 μm（正常80 μm）;#2瓦軸振下降，x：下降至37 μm（正常47 μm），y：下降至38 μm（正常48 μm），其他軸振無(wú)明顯變化。查看大機(jī)高低加、潤(rùn)滑油、TSI各參數(shù)無(wú)異常，00：15#1瓦軸振自動(dòng)逐步恢復(fù)至正常值。查看運(yùn)行數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)與振動(dòng)趨勢(shì)明顯相關(guān)參數(shù)。

2 原因分析

2號(hào)機(jī)組#1瓦軸自2018年3月1日以來(lái)，機(jī)組正常重，頻繁出現(xiàn)#1瓦軸振動(dòng)波動(dòng)問(wèn)題，然后緩慢下降至突變前數(shù)值，查詢歷史數(shù)據(jù)，未未發(fā)現(xiàn)與振動(dòng)趨勢(shì)明顯相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)2號(hào)機(jī)#1瓦軸振動(dòng)波動(dòng)數(shù)據(jù)以及華中院對(duì)#1瓦軸振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)情況，結(jié)合#1瓦軸結(jié)構(gòu)，分析振動(dòng)原因如下：

2.1 汽流激振引起#1瓦軸振波動(dòng)

汽流激振多發(fā)生在高中壓轉(zhuǎn)子上，屬于典型的低頻失穩(wěn)振動(dòng)，振動(dòng)分量以0.5倍頻分量為主，結(jié)合華中院振動(dòng)分析報(bào)告，#1瓦軸承振動(dòng)波動(dòng)以基頻分量為主，排處汽流激振引起#1瓦軸振波動(dòng)。

2.2 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥運(yùn)行方式不合理造成#1瓦軸振波動(dòng)

2號(hào)機(jī)組配汽機(jī)構(gòu)采用噴嘴調(diào)節(jié)，噴嘴配汽如果設(shè)計(jì)不合理，調(diào)節(jié)級(jí)在部分進(jìn)汽時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的配汽不平衡汽流力，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)由于轉(zhuǎn)子軸心位置發(fā)生偏移，支撐高壓轉(zhuǎn)子的油膜厚度發(fā)生變化，造成軸瓦穩(wěn)定性差，振動(dòng)增加。高壓部分配置2個(gè)高壓主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合閥，共2個(gè)主汽閥、4個(gè)高壓調(diào)閥;對(duì)應(yīng)關(guān)系為T(mén)V1—GV1/3、TV2—GV2/4。高壓調(diào)閥原設(shè)計(jì)閥序?yàn)镚V3/4→GV2→GV1，布置示意圖如圖2所示，聯(lián)系熱控人員將閥序改為GV3/4→GV1→GV2，通過(guò)運(yùn)行，#1瓦軸在低負(fù)荷時(shí)仍出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)情況，排除汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥閥序設(shè)計(jì)不合理造成#1瓦軸振波動(dòng)。

2.3 油膜振蕩引起#1瓦軸振波動(dòng)

發(fā)生油膜振蕩時(shí)，振幅突然增加，聲音異常，軸承潤(rùn)滑油溫度變化對(duì)振動(dòng)有明顯的影響，降低潤(rùn)滑油溫度可以有效低抑制振動(dòng)。通過(guò)就地聽(tīng)針檢查#1瓦軸未發(fā)現(xiàn)異常聲音，同時(shí)，聯(lián)系運(yùn)行人員調(diào)整潤(rùn)滑油溫度，振動(dòng)變化趨勢(shì)不明顯，排除油膜振蕩引起#1瓦軸振波動(dòng)。

2.4 #1瓦軸零部件松動(dòng)或有缺陷導(dǎo)致振動(dòng)波動(dòng)

汽輪機(jī)軸瓦對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子起支撐作用，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，各種振動(dòng)會(huì)使零部件發(fā)生松動(dòng)，無(wú)法有效地汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行約束，同時(shí)，零部件松動(dòng)會(huì)造成與轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨，導(dǎo)致振動(dòng)大，另外，軸瓦有缺陷，如軸瓦巴氏合金脫胎、龜裂，軸瓦按照間隙不合格，瓦殼在軸承座中松動(dòng)等均會(huì)造成振動(dòng)波動(dòng)，對(duì)#1瓦解體未發(fā)現(xiàn)零部件松動(dòng)問(wèn)題，復(fù)測(cè)軸瓦間隙，金相檢查軸瓦鎢金均正常。

2.5 #1瓦軸外油擋積碳導(dǎo)致動(dòng)靜碰磨引起振動(dòng)波動(dòng)

高中壓缸調(diào)速器端與#1瓦軸承室間距較小，受軸封體處保溫層厚度和保溫質(zhì)量的影響，高中壓轉(zhuǎn)子油檔處的溫度較高，機(jī)組運(yùn)行中高中壓轉(zhuǎn)子油檔處溫度始終在100 ℃以上。在軸承箱的微負(fù)壓作用下，進(jìn)入油擋的贓物也隨之增多，油擋內(nèi)殘留的潤(rùn)滑油和軸承室負(fù)壓吸進(jìn)來(lái)的保溫棉絮等雜質(zhì)混合物黏結(jié)在油擋密封齒上，形成碳化固體顆粒，堵塞在油擋上銅齒間，在高溫作用下形成積碳。當(dāng)積碳高出銅齒并達(dá)到一定高度后，與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨引起振動(dòng)。機(jī)組振動(dòng)將積碳磨掉后，軸系重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，軸承振動(dòng)恢復(fù)正常值，隨著新積碳的產(chǎn)生，又發(fā)生振動(dòng)，如此反復(fù)。

3 處理措施

2019年6月22日，針對(duì)2號(hào)機(jī)#1瓦軸承軸振運(yùn)行中振動(dòng)波動(dòng)大，通過(guò)修前對(duì)1瓦軸承振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)合就地檢查情況，以及1瓦振動(dòng)頻譜圖，認(rèn)為2號(hào)機(jī)#1瓦軸處外油擋存在碰磨導(dǎo)致，6月24日，揭開(kāi)#1瓦軸后，軸瓦本體檢查正常，安裝間隙等符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，檢查外油擋后發(fā)現(xiàn)1瓦外油擋處積碳嚴(yán)重，對(duì)2號(hào)機(jī)#1瓦軸外油擋處積碳進(jìn)行清理后，2019年7月3日，2號(hào)機(jī)啟動(dòng)后并網(wǎng)運(yùn)行后，#1瓦軸承軸振正常，未出現(xiàn)波動(dòng)情況。

4 結(jié)語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)組擔(dān)負(fù)著火力發(fā)電企業(yè)發(fā)電任務(wù)的重點(diǎn)，由于其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、關(guān)鍵部位長(zhǎng)期磨損等原因，汽輪機(jī)組故障時(shí)常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見(jiàn)故障中較為復(fù)雜的一種，汽輪機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)大小，是機(jī)組安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要指標(biāo)，也是判斷機(jī)組檢修的重要指標(biāo)。汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中振動(dòng)大，可能會(huì)造成軸封磨損、軸瓦損壞、轉(zhuǎn)動(dòng)部件材料的疲勞強(qiáng)度降低、調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定、危急遮斷器誤動(dòng)作等，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

積碳碰磨引起的振動(dòng)波動(dòng)問(wèn)題主要原因是#1瓦軸外油檔齒處積碳造成的動(dòng)靜摩擦引起，通過(guò)按照檢修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整油擋間隙，并定期清理油擋積碳，以減緩油檔積碳速度、降低發(fā)生碰磨引起振動(dòng)的可能性。

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