9H聯(lián)合循環(huán)電廠汽輪機(jī)振動(dòng)分析及處理

崔連峰

摘? 要：在巴基斯坦新建的某9H重型燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠，其采用的二托一，多軸的布置方式。在調(diào)試期間，汽輪機(jī)在做PPA8.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)1瓦，5瓦振動(dòng)偏大，振動(dòng)值超過(guò)165μm出現(xiàn)報(bào)警。為了解決這個(gè)問(wèn)題，文章首先介紹了9H重型燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);振動(dòng)的分析采用的通常方法;然后分析了振動(dòng)可能發(fā)生的原因及處理振動(dòng)的措施，并針對(duì)本項(xiàng)目通過(guò)調(diào)整軸封間隙以及對(duì)高壓轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡后等措施后，高振動(dòng)消失，達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán);汽輪機(jī);高振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TM621? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）17-0137-02

Abstract： A new 9H heavy-duty gas turbine combined cycle power plant in Pakistan adopts the arrangement of two supports and one multi-shaft. During the commissioning period， in the PPA8.2 experiment of the steam turbine， it is found that the vibration of 1 watt and 5 watts is too large， and the vibration value is more than 165μm. In order to solve this problem， this paper first introduces the structural characteristics of 9H heavy-duty gas turbine combined cycle steam turbine and the usual methods used in vibration analysis， and then analyzes the possible causes of vibration and measures to deal with vibration. In view of this project， by adjusting the shaft seal clearance and the dynamic balance of the high-pressure rotor， the high vibration disappears， and the expected effect is achieved.

Keywords： combined cycle; steam turbine; high vibration

1 聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電組機(jī)特點(diǎn)

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠具有污染小、熱效率高、調(diào)峰性能好、建設(shè)周期短的特點(diǎn)。聯(lián)合循環(huán)汽輪發(fā)電組機(jī)與普通煤電汽輪機(jī)組主要區(qū)別，首先蒸汽的通流量在透平各級(jí)的分配有很大的不同，而且通常沒(méi)有低汽量的調(diào)節(jié)級(jí)[1];另外聯(lián)合循環(huán)電廠一般要求具備調(diào)峰和黑啟動(dòng)的功能，從而發(fā)揮燃?xì)廨啓C(jī)快速啟停的優(yōu)勢(shì)，汽輪機(jī)要盡可能地達(dá)到快速熱適應(yīng)性強(qiáng)，因此汽輪機(jī)的氣缸，氣閥門(mén)都盡量對(duì)稱布置（如圖1所示）。

2 汽輪機(jī)振動(dòng)一般分析方法

2.1 波形分析法

通過(guò)原機(jī)和增加的臨時(shí)振動(dòng)探頭采集振動(dòng)的波形，方差，峰值，均方根，均值是波形分析的四個(gè)基本參數(shù)。通過(guò)專用軟件來(lái)分析波形，高次諧波，削波相位等。再通過(guò)分析波形周期、諧波、脈沖，來(lái)判斷故障的性質(zhì)和大概位置[2]。比如光滑的正弦波規(guī)律出現(xiàn)，大概率是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡出了問(wèn)題;如果不規(guī)律的波峰可能是轉(zhuǎn)動(dòng)部件的松動(dòng);如果出現(xiàn)等周期的尖峰，可能是出現(xiàn)了其他外力干擾。

2.2 頻譜分析法

頻譜分析法是機(jī)械振動(dòng)分析中最常使用的方法之一，頻譜分析法就是將振動(dòng)探頭采集到振動(dòng)的信號(hào)里按照頻率的順序展開(kāi)，轉(zhuǎn)化為頻率的關(guān)系函數(shù)，并分析該函數(shù)的變化規(guī)律。通過(guò)把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域內(nèi)進(jìn)行處理，其目的是把時(shí)間周期函數(shù)，通過(guò)傅里葉變換分解成各個(gè)諧波分量來(lái)進(jìn)行比較分析，計(jì)算得出這些信號(hào)的諧波信息及相位信息頻率構(gòu)成等[3]。當(dāng)某一機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)部件都有其固有頻率，通過(guò)頻譜分解，分析其產(chǎn)生特征頻率，

可推斷其振動(dòng)的部位。

2.3 轉(zhuǎn)子軸心軌跡分析法

當(dāng)汽輪機(jī)開(kāi)始沖轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子首先是高速自轉(zhuǎn)，除此之外轉(zhuǎn)子的中心還會(huì)在滑動(dòng)軸承中環(huán)繞某一中心線進(jìn)行一定軌跡的公轉(zhuǎn)。通過(guò)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心軌跡圖和時(shí)域圖，來(lái)具體分析汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)，正常運(yùn)行時(shí)各個(gè)負(fù)載下以及停機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)子中心軌跡特點(diǎn)。其中轉(zhuǎn)子圓周質(zhì)量不平衡是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子常見(jiàn)的問(wèn)題[4]，其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生周期性的離心力將強(qiáng)迫轉(zhuǎn)子產(chǎn)生周向振動(dòng)，極端情況破壞轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定運(yùn)行導(dǎo)致振動(dòng)加劇。其他產(chǎn)生中心運(yùn)動(dòng)軌跡的原因有滑動(dòng)軸承的油膜擾動(dòng)、轉(zhuǎn)子軸也線不對(duì)中、動(dòng)靜部位摩擦等。

3 汽輪機(jī)各類振動(dòng)特點(diǎn)

3.1 轉(zhuǎn)子的圓周質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子的圓周質(zhì)量不平衡可能是生產(chǎn)過(guò)程造成，也可能是運(yùn)輸和安裝過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題。無(wú)論哪種原因，我們可以把轉(zhuǎn)子看成的若干截面的圓柱體，當(dāng)個(gè)別圓柱體質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心不重合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)的頻率主要為基頻，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，其質(zhì)量不平衡也會(huì)隨之發(fā)現(xiàn)一次。軸向振動(dòng)較小，與角速度成正比，振輻會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高有所增加，通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)有共振峰值。

3.2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的物理中心和電磁中心不重合

汽輪機(jī)組運(yùn)行時(shí)汽機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸系會(huì)發(fā)生熱膨脹，如果膨脹后如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的物理中心和電磁中心不重合，就會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力，振動(dòng)波形中有2倍頻出現(xiàn)，軸向振動(dòng)比較大，剛性聯(lián)軸器如果出現(xiàn)角度不對(duì)中，這時(shí)也基頻振動(dòng)也會(huì)增加，軸向振動(dòng)幅值也會(huì)明顯增大。

3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分摩擦

首先，動(dòng)靜摩擦可能是動(dòng)靜間隙過(guò)小，這可能是由于設(shè)計(jì)數(shù)值不當(dāng)，也可能是生產(chǎn)或安裝期間隙沒(méi)有完全按照?qǐng)D紙施工。其他原因的振動(dòng)振幅大于動(dòng)靜間隙時(shí)，也會(huì)發(fā)生摩擦;其次如果軸系對(duì)中性不好，也可能造成整個(gè)轉(zhuǎn)子偏斜，從而引發(fā)碰摩。動(dòng)靜摩擦通常會(huì)伴隨著熱彎曲，從而引出動(dòng)平衡的振動(dòng)[5]。動(dòng)靜摩擦發(fā)生時(shí)通常波形中有很多毛刺;譜圖里噪聲水平很高; 出現(xiàn)1/2次倍頻，1/3次倍頻，1/4次倍頻等成分。

3.4 熱彎曲引起的振動(dòng)

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸系較長(zhǎng)，葉片也較大，容易受到溫度的影響，因此一定要按規(guī)定進(jìn)行起機(jī)前逐步暖機(jī)，停機(jī)后盤(pán)車?yán)鋮s。當(dāng)發(fā)生動(dòng)靜部位碰摩時(shí)，由于周向各部位的摩擦程度不同，從而轉(zhuǎn)子表面的溫度在整個(gè)圓周上分布是很不均勻的，因此使轉(zhuǎn)子各位置的膨脹也不均勻，這便會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，而熱彎曲又會(huì)反過(guò)來(lái)加劇碰摩，造成惡性循環(huán)。

3.5 固定或轉(zhuǎn)動(dòng)部件松動(dòng)

當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件松動(dòng)時(shí)就會(huì)發(fā)生破壞之前動(dòng)平衡狀態(tài)，造成振動(dòng)變大。有些固定部件發(fā)生松動(dòng)時(shí)也可能改變之前機(jī)組的共振頻率，造成振動(dòng)超標(biāo)。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)頻譜里會(huì)出現(xiàn)毛刺，而且出現(xiàn)精確的2倍頻，3倍頻成分。

4 振動(dòng)采用措施

本項(xiàng)目在第一次沖轉(zhuǎn)PPA8.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，暖機(jī)，啟動(dòng)，并網(wǎng)后各個(gè)瓦的振動(dòng)都是50μm左右，但隨著負(fù)荷的增加，發(fā)現(xiàn)1瓦，5瓦振動(dòng)逐漸變大，振動(dòng)超過(guò)165μm出現(xiàn)報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)馬上停機(jī)并組織主機(jī)廠技術(shù)人員進(jìn)行分析，安裝公司進(jìn)行了如下措施：首先，復(fù)測(cè)軸的直線度，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的物理中心和電磁中心測(cè)量，高壓缸，中壓缸軸環(huán)封間隙檢查，目的是排除間隙過(guò)小，發(fā)生動(dòng)靜摩擦，發(fā)現(xiàn)符合主機(jī)廠圖紙要求。重新測(cè)量六號(hào)勵(lì)磁機(jī)軸承座高度，頂部間隙按主機(jī)廠家新給的調(diào)整，重新盤(pán)車2小時(shí)后，測(cè)量六號(hào)軸承座軸瓦受力，目的是保證轉(zhuǎn)子熱膨脹后保證發(fā)電機(jī)勵(lì)磁碳刷受力均勻。重新測(cè)量發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)之間的五號(hào)軸承座絕緣間隙（左，右，上部）調(diào)整，保證熱膨脹后沒(méi)有間隙。通過(guò)調(diào)整四號(hào)軸承回油孔板，避免出現(xiàn)油膜擾動(dòng)出現(xiàn)。.對(duì)氣缸的軸封環(huán)內(nèi)徑進(jìn)行刮研磨，防止運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子軸心軌跡在某些工況下與轉(zhuǎn)子軸頸發(fā)生動(dòng)靜摩擦。另外重新做高壓缸的負(fù)荷分配，并調(diào)整了高壓缸底部橫向定位鍵的位置，向左側(cè)移動(dòng)0.2mm。另外在高壓缸前端1和4平衡孔，后端11和14孔加動(dòng)平衡配種塊。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了汽機(jī)振動(dòng)常用的分析方法，波形分析法，頻譜分析法，轉(zhuǎn)子軸心軌跡分析法。然后介紹了汽機(jī)常見(jiàn)振動(dòng)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子的圓周質(zhì)量不平衡，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的物理中心和電磁中心不重合，轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分摩擦，熱彎曲引起的振動(dòng)，潤(rùn)滑油油膜振蕩，固定或轉(zhuǎn)動(dòng)部件松動(dòng)。并以巴基斯坦旁遮普省新建的某9H聯(lián)合循環(huán)電廠汽輪機(jī)為背景，通過(guò)以上分析方法結(jié)合振動(dòng)波形的特點(diǎn)，介紹了本項(xiàng)目采取的檢查項(xiàng)和具體處理方式，通過(guò)歷時(shí)1個(gè)多月的檢查和處理，最終達(dá)到了比較理想的振動(dòng)值。并在后面一年多的時(shí)間里一直平穩(wěn)安全運(yùn)行，為業(yè)主創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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