給水泵汽輪機振動大跳閘原因分析及防范措施

汪杰斌，章遐林，楊 斌，王 啟

(1.國投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052；2.安徽池州九華發(fā)電有限公司，安徽 池州 247103)

某發(fā)電公司300 MW燃煤發(fā)電機組配備的給水泵汽輪機為哈爾濱汽輪機廠制造的單缸、單流、整鍛單軸、沖動式、純凝汽、新汽內(nèi)切換式變參數(shù)、變功率、變轉(zhuǎn)速汽輪機，其轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速：一階為2 550 r/min；二階為12 200 r/min。給水泵汽輪機是大型火電廠關(guān)鍵輔助設(shè)備，它的安全經(jīng)濟運行對火電廠是至關(guān)重要的，給水泵汽輪機跳閘，輕則要降低機組出力運行，重則會造成鍋爐斷水燒干鍋，必須引起足夠的重視。

1 事件概述

2006-05-05T11:18:36，1號機組負荷310 MW，A，B汽動給水泵運行，轉(zhuǎn)速分別為5 165 r/min和5 159 r/min，電動給水泵備用，聯(lián)鎖保護、搶水保護投用。11:25:29，發(fā)生B汽動給水泵跳閘，C電動給水泵未聯(lián)啟，手動強啟C電動給水泵，控制汽包水位；11:26:00，A汽動給水泵在C電動給水泵啟動過程中轉(zhuǎn)速升至最高5 450 r/min；11:26:36，水位最低下降至－310 mm后開始回升。經(jīng)事后檢查，B給水泵汽輪機前軸承振動大造成振動保護動作跳機；其他3個軸承振動都有明顯增長；各瓦金屬溫度、供油壓力、供回油溫度、軸向位移、脹差等參數(shù)均未見異常。

2006-05-05T14:26:10，1號機B汽動給水泵重新啟動試運轉(zhuǎn)，檢查未見異常，振動情況正常。16:48，B汽動給水泵并入系統(tǒng)，退出C電動給水泵運行。

2006-05-18T17:24:55，1號機組給水進行RB試驗，負荷270 MW，A，B汽動給水泵運行，C電動給水泵備用，聯(lián)鎖保護、搶水保護投入當按試驗方案手動打閘A汽動給水泵，C電動給水泵聯(lián)啟正常，但由于B汽動給水泵給水流量下降，轉(zhuǎn)速上升至5 370 r/min,，B給水泵汽輪機前軸承振動迅速增加至0.125 mm，振動保護動作跳閘，給水RB動作正常，減負荷至160 MW。

2 原因分析

1號機組B給水泵汽輪機(以下簡稱“1B給水泵汽輪機”)跳閘時其他相關(guān)參數(shù)：潤滑油壓力為0.20 MPa，潤滑油溫度為40.14 ℃，凝汽器真空為-92.24 kPa，B小機前軸承溫度為52.97 ℃，B小機軸向位移為-0.35 mm，B小機低壓進汽壓力為0.73 MPa，B小機高壓進汽壓力為17.02 MPa。

1B給水泵汽輪機跳閘前后除軸承振動以外，其他參數(shù)沒有任何異常。1B給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速在5 200 r/min以下時，工作情況良好，轉(zhuǎn)速在5 300 r/min時，失穩(wěn)，引起共振。振動由1B給水泵汽輪機前軸承向后3個軸承輻射，應(yīng)屬于典型的軸瓦自激振動。

汽輪機轉(zhuǎn)速高于2倍一階臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生的軸瓦自激振動，稱為油膜振蕩。軸承載荷小或偏心率小的轉(zhuǎn)子，容易發(fā)生油膜振蕩。油膜振蕩故障的發(fā)生和消失具有突然性，并具有慣性效應(yīng)，即升速時產(chǎn)生振蕩的轉(zhuǎn)速比降速時振蕩消失的轉(zhuǎn)速要大。油膜振蕩故障發(fā)生時，油膜經(jīng)歷了破壞—建立—破壞—建立……這樣的反復(fù)過程，軸頸和軸承不斷碰磨，軸瓦內(nèi)油膜壓力有較大波動。發(fā)生油膜振蕩時，轉(zhuǎn)軸跳動非常劇烈，而且不是1個軸承，而是整個機組的所有軸承都出現(xiàn)激烈的振動，在機組附近還可以聽到“咚咚”的撞擊聲，振動頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速接近，引起共振，振動表現(xiàn)強烈。

調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)，1B給水泵汽輪機轉(zhuǎn)子實際一階臨界轉(zhuǎn)速約為2 650 r/min，1B給水泵汽輪機振動發(fā)生時的振動頻譜的頻譜特征也基本與軸瓦油膜振蕩的頻譜特征相吻合，即軸瓦發(fā)生油膜振蕩時，其振動的主要頻率成分近似等于該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的第一臨界轉(zhuǎn)速頻率。對于油膜振蕩故障，還可以從振動信號中提取如下征兆：振動的0.8～1.0倍頻成分較大。從1號機組啟動至今，由于循環(huán)水溫度低，機組真空較高，帶最大負荷時，汽動給水泵轉(zhuǎn)速都在5 200 r/min以下，所以1B給水泵汽輪機均未發(fā)生過跳閘。

綜上所述，1B給水泵汽輪機振動現(xiàn)象與汽輪機軸承油膜振蕩特征相吻合。通過2006-05-05 1B給水泵汽輪機跳閘現(xiàn)象和歷史記錄數(shù)據(jù)分析，判定1B給水泵汽輪機振動保護動作跳閘是由1B給水泵汽輪機軸承油膜振蕩引起的。

3 防范措施

為了防止和消除油膜振蕩，可以采取以下措施。

(1) 增加軸承比壓。增加軸承比壓就是增加在軸瓦單位垂直投影面積上的軸承載荷，從而提高軸承工作的穩(wěn)定性。增加軸承比壓最方便的辦法是調(diào)整聯(lián)軸器中心。這種方法的缺點是高速幅度有限，只適用于剛性和半撓性聯(lián)軸器附近的軸瓦。在現(xiàn)場應(yīng)用最多的方法是縮短軸瓦長度，即降低長頸比。

(2) 降低潤滑油的粘度。最快捷的辦法是提高軸瓦進油溫度。

(3) 減少軸瓦頂部間隙，擴大兩側(cè)間隙，即增加軸承的橢圓度。

(4) 增大上瓦的烏金寬度，以便形成油膜，增加軸瓦的穩(wěn)定性。

(5) 換用穩(wěn)定性好的軸瓦，如，可傾瓦。

(6) 充分平衡同相的不平衡分量。

電廠消除油膜振蕩基本上都是從提高軸瓦的工作穩(wěn)定性和減小轉(zhuǎn)軸對軸承的擾動力這2個方面來措取措施的。

通過追蹤1B汽動給水泵汽輪機跳閘發(fā)生、發(fā)展的全過程，全面審視各項操作和抄表記錄，研究、分析了振動變化的誘發(fā)因素和運行操作的合理性與安全性，特提出以下防范措施。

3.1 運行技術(shù)措施

(1) 加強對1號機B給水泵汽輪機的振動監(jiān)視。

(2) 1B給水泵汽輪機運行時，控制轉(zhuǎn)速在5 200 r/min以下。

(3) 聯(lián)系熱控專業(yè)人員，在邏輯中限制1B給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速最高5 200 r/min。

(4) 1B給水泵汽輪機轉(zhuǎn)速超過5 100 r/min時，做好1B給水泵汽輪機跳閘事故預(yù)想。

(5) 提高1B給水泵汽輪機軸瓦進油溫度。

3.2 檢修技術(shù)措施

(1) 加強對1B給水泵汽輪機的測振及分析，提出改造方案。

(2) 停機檢修，對1B給水泵汽輪機前軸承進行檢查，調(diào)整軸瓦頂部間隙，將其頂部間隙減少至軸頸直徑的1.2 ‰～1.5 ‰，同時刮大軸瓦兩側(cè)間隙或?qū)⑸贤叩臑踅鸺訉?，由此可以顯著增加上瓦油膜力，提高軸瓦偏心率，增加軸瓦穩(wěn)定性，消除油膜振蕩。

通過以上運行與檢修技術(shù)措施的執(zhí)行，特別是檢修技術(shù)措施的實施，徹底消除了1B給水泵汽輪機軸承的油膜振蕩。

1 李錄平.汽輪機組故障診斷技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.

2 施維新.汽輪發(fā)電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社，1999.

3 傅正祥.汽輪機設(shè)備運行[M].北京：中國電力出版社，1997.