某聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)軸振異常分析和處理

劉柳

（江蘇華電通州熱電有限公司， 江蘇 南通， 226300）

0 引言

某雙軸布置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)在運(yùn)行兩年后出現(xiàn)#1-2 軸承軸振異?，F(xiàn)象， 具體表現(xiàn)為#1-2 軸承軸振值迅速爬升并在半小時(shí)內(nèi)快速回落至基礎(chǔ)軸振值。 電廠專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)研究分析軸振異常現(xiàn)象由汽輪機(jī)動(dòng)靜部件摩擦引起， 并在機(jī)組大修中成功發(fā)現(xiàn)摩擦部位并進(jìn)行處理， 機(jī)組修后啟動(dòng)運(yùn)行， 軸振異?，F(xiàn)象消除。

1 機(jī)組運(yùn)行概況

1.1 機(jī)組概況

某電廠使用的西門子V94.2 型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為雙軸布置， 其配套的聯(lián)合循環(huán)汽機(jī)為上海汽輪廠生產(chǎn)。 本汽輪機(jī)為次高壓、 單缸、 單軸、 雙壓、 無(wú)再熱、 無(wú)回?zé)帷?抽汽凝汽式汽輪機(jī)，汽缸前部（第1-5 級(jí)）為雙層結(jié)構(gòu)， 之后為單層結(jié)構(gòu)。 汽缸內(nèi)裝有高壓內(nèi)缸， 中壓隔板套， 1 個(gè)中壓蒸汽室， 低壓隔板套， 前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14 級(jí)壓力級(jí)和1 級(jí)中壓調(diào)節(jié)級(jí)組成。 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為雙支點(diǎn)， #1-2 軸承為可傾瓦，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承為橢圓瓦， 汽輪機(jī)軸系布置見(jiàn)圖1。 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)借助與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子一體的鋼性聯(lián)軸器相連[1]。

圖1 汽輪機(jī)軸系布置圖

1.2 軸振異?，F(xiàn)象描述

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配套的汽輪機(jī)自2016 年12 月投入商業(yè)運(yùn)行以來(lái)軸系振動(dòng)一直良好。 運(yùn)行兩年后， 從2019 年開(kāi)始， 汽輪機(jī)在供熱量或者負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)軸振異?，F(xiàn)象， 具體表現(xiàn)為汽機(jī)#1-2 可傾瓦的X 向及Y 向軸振值會(huì)在半小時(shí)內(nèi)快速爬升至120 μm 左右后回落至基礎(chǔ)振動(dòng)值， 瓦振增幅不明顯， 軸振先突升后突降的異常現(xiàn)象無(wú)明顯規(guī)律變化可尋， 主要發(fā)生于汽機(jī)供熱量和負(fù)荷變化時(shí)， 軸振最高已達(dá)130 μm,超過(guò)報(bào)警值127 μm， 嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2 原因分析

2.1 振動(dòng)發(fā)生時(shí)的參數(shù)

通過(guò)DCS 及汽輪機(jī)TDM 系統(tǒng)， 調(diào)取汽輪機(jī)軸振異常發(fā)生的振動(dòng)參數(shù)及圖表， 分別見(jiàn)表1 和圖2-5。

表1 軸振異常發(fā)生時(shí)#1-4 軸承軸振數(shù)值 μm

圖2 振動(dòng)時(shí)域波形圖

圖3 振動(dòng)時(shí)頻譜圖

圖4 振動(dòng)時(shí)#1 瓦軸心軌跡

圖5 振動(dòng)時(shí)#2 瓦軸心軌跡

2.2 軸振異常原因分析

（1）軸振異?，F(xiàn)象始發(fā)于 2019 年初， 2016 年12 月機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)汽輪機(jī)各軸承軸振值一直穩(wěn)定無(wú)異常波動(dòng)， 應(yīng)將動(dòng)靜摩擦作為軸振異常的重點(diǎn)原因進(jìn)行排查；

（2）由表 1 數(shù)據(jù)可以看出， 1X 向軸振增大時(shí)，1Y 也同時(shí)增大， 2X 向振動(dòng)增大時(shí)， 2Y 也同時(shí)增大， 而發(fā)電機(jī)軸承 3X， 3Y， 4X， 4Y 軸振值幾乎無(wú)變化， 排除汽輪機(jī)軸系存在問(wèn)題， 推斷#1～2 軸承振動(dòng)可能因?yàn)閯?dòng)靜摩擦引起， 且#1 軸承處摩擦相對(duì)劇烈；

（3）查閱系統(tǒng)振動(dòng)歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)， 隨運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)， 振動(dòng)量值和相位發(fā)生明顯的波動(dòng)， 波動(dòng)幅值和波動(dòng)周期都是隨機(jī)的。 由圖2 時(shí)域波形圖及圖3 頻譜圖可以看出， 剛開(kāi)始發(fā)生碰磨時(shí)， 轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)頻率成分幅值較高， #1-2 軸承振動(dòng)頻率均以工頻為主， #1 軸承有時(shí)伴隨出現(xiàn)了少量半頻、 倍頻和高頻， #2 軸承的1 倍頻及2 倍頻分量較#1 軸承偏高并伴有少量高頻， 顯示#2 軸承的軸振是受到#1 軸承的軸振直接影響， 此時(shí)轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定圓周局部碰摩狀態(tài)， 這是典型早期碰磨振動(dòng)特征[2]；

（4）由圖2 時(shí)域波形圖及圖4-5 軸承軸心軌跡可以分析： 當(dāng)軸振異?，F(xiàn)象發(fā)生時(shí)， 時(shí)域波形為正弦波， 附帶有明顯毛刺,有時(shí)波形存在 “削頂”現(xiàn)象， 且軸心軌跡呈現(xiàn)出 “花狀”， 這些都是動(dòng)靜摩擦振動(dòng)的顯著特征。

2.3 分析結(jié)論

通過(guò)汽輪機(jī)軸振異常發(fā)生時(shí)的振動(dòng)參數(shù)及圖表分析得出： 軸振異常由汽輪機(jī)內(nèi)部動(dòng)靜部分構(gòu)件摩擦引起。

3 明確振動(dòng)原因及處理過(guò)程

3.1 軸振異常原因確認(rèn)

汽輪機(jī)開(kāi)缸后， 發(fā)現(xiàn)第一級(jí)動(dòng)葉葉頂汽封（汽機(jī)側(cè)）阻汽片（鑲嵌于第一級(jí)隔板上）破損， 上半隔板第一道高齒破損， 下半隔板第三道高齒破損， 破損照片如圖6。 阻汽片破損后卷邊導(dǎo)致葉頂汽封軸向間隙變小， 汽機(jī)在供熱量或者負(fù)荷波動(dòng)時(shí)汽機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移發(fā)生變化（推力間隙范圍內(nèi)），轉(zhuǎn)子葉頂凸肩與卷邊的阻汽片發(fā)生動(dòng)靜碰磨造成汽機(jī)振動(dòng)加劇， 軸振迅速攀升， 碰磨點(diǎn)磨平后軸振又迅速回落至基礎(chǔ)振動(dòng)值。

圖6 破損的汽封齒

汽輪機(jī)揭缸后的發(fā)現(xiàn)明確了汽機(jī)軸振異常原因是動(dòng)靜摩擦。

3.2 缺陷處理過(guò)程

在機(jī)組檢修過(guò)程中， 對(duì)破損的汽封阻汽片進(jìn)行修復(fù)， 剔除舊的阻汽片， 按照工藝要求鑲嵌新的阻汽片， 調(diào)整通流間隙至合格值。

3.3 修后機(jī)組運(yùn)行情況

本次檢修通過(guò)調(diào)整1/2 號(hào)軸承間隙， 有效降低了1/2 號(hào)瓦基礎(chǔ)軸振值， 修后 2 號(hào)汽機(jī) 1 瓦 X 向34 μm， Y 向 33 μm， 2 瓦 X 向 37 μm， Y 向 33 μm， 基礎(chǔ)軸振值較修前降低 15 μm 以上， 極大提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性， 修后值詳見(jiàn)表2。 同時(shí)，修后2 號(hào)汽機(jī)1/2 瓦軸振曲線平穩(wěn)， 不隨供熱及負(fù)荷波動(dòng)出現(xiàn)急劇爬升的異?，F(xiàn)象。

表2 修后#1-4 軸承軸振數(shù)值 μm

4 結(jié)束語(yǔ)

這是一起典型的由于動(dòng)靜摩擦引起的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)振動(dòng)異常案例， 從這起案例的分析和處理過(guò)程來(lái)看， 對(duì)于汽輪機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的振動(dòng)異常問(wèn)題， 可以通過(guò)對(duì)振動(dòng)趨勢(shì)、 時(shí)域波形圖、頻譜分析圖、 軸心軌跡、 波特圖等數(shù)據(jù)的分析及時(shí)判斷振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和原因， 有針對(duì)性地進(jìn)行檢修。 汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中軸系振動(dòng)的好壞直接影響到機(jī)組軸承瓦溫， 嚴(yán)重的甚至影響機(jī)組啟動(dòng)。因此， 對(duì)于機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)異常要及時(shí)進(jìn)行分析和處理， 才能有效地減少引起軸系振動(dòng)增大的因素， 保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。