350MW機(jī)組1#瓦振動(dòng)原因分析及處理

徐乃華，閆 鏘，張?zhí)靹伲敌熊?/p>

（1.東南大學(xué)火電機(jī)組振動(dòng)國(guó)家工程研究中心，江蘇 南京 210096；2.陽城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

一、350MW汽輪機(jī)簡(jiǎn)介

某發(fā)電廠汽輪機(jī)為德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的K30-40-16，N30-2×10型亞臨界、反動(dòng)式、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組額定負(fù)荷為350MW。機(jī)組高中壓缸為雙層缸結(jié)構(gòu)，采用合缸布置，水平中分式上下缸都為整體鑄件。低壓缸為雙分流設(shè)計(jì)，也為雙層缸。汽輪機(jī)采用兩轉(zhuǎn)子三支撐結(jié)構(gòu)，高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子都采用合金鋼整鍛轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間均采用剛性法蘭式聯(lián)軸器聯(lián)接。高中壓轉(zhuǎn)子由16個(gè)50%反動(dòng)度的反動(dòng)級(jí)組成，中壓轉(zhuǎn)子由13個(gè)50%反動(dòng)度的反動(dòng)級(jí)組成，低壓轉(zhuǎn)子葉片為2×6個(gè)帶50%反動(dòng)度的反動(dòng)級(jí)，為了避免沖擊損失，低壓最后三級(jí)設(shè)計(jì)成長(zhǎng)扭葉片，末級(jí)葉片長(zhǎng)976.6mm。為了平衡軸向推力，本機(jī)除了采用對(duì)稱布置外，還設(shè)有平衡盤，余下的由組合式支持推力軸承平衡。本機(jī)組共有六個(gè)軸承，1#軸承為組合式支持推力軸承，其他為橢圓形軸承，各軸承均是單側(cè)供油軸承。汽輪機(jī)的三個(gè)軸承座均為落地式軸承座，與基礎(chǔ)通過地腳螺栓直接固定。軸系支撐方式見圖1。

圖1 350MW汽輪機(jī)軸系圖

1.1 #瓦振動(dòng)的產(chǎn)生和發(fā)展

汽輪機(jī)投產(chǎn)初期，各軸承振動(dòng)及其他參數(shù)運(yùn)行狀況良好，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

2004年3月，機(jī)組檢查性大修后1#瓦相對(duì)軸振開始緩慢增大，且隨機(jī)組負(fù)荷化而波動(dòng)，從總體變化趨勢(shì)看負(fù)荷升高時(shí)，振動(dòng)略有減小，但沒有嚴(yán)密的對(duì)應(yīng)關(guān)系，機(jī)組啟停過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)相對(duì)軸振值也在不斷增大。正常運(yùn)行中軸振值最大達(dá)180μm，停機(jī)過臨界達(dá)280μm。相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表1 汽輪機(jī)投產(chǎn)初期振動(dòng)情況

表2 汽輪機(jī)最大軸振數(shù)據(jù)

2.機(jī)組主要檢修情況

汽輪機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和表現(xiàn)形式較復(fù)雜，針對(duì)可能引起機(jī)組振動(dòng)的原因，利用停機(jī)機(jī)會(huì)也做過相關(guān)檢查處理，發(fā)現(xiàn)的問題及主要處理方案有：（1）兩支撐可傾瓦有輕微磨損，修刮處理。（2）1#瓦球面部分與瓦枕接觸不均，自定位性不好，瓦揚(yáng)度與軸頸揚(yáng)度偏差較大，瓦后揚(yáng)，軸頸前揚(yáng)，軸瓦內(nèi)下油擋磨損。后對(duì)瓦球面接觸部分進(jìn)行研刮處理，調(diào)整軸瓦各插板壓板間隙使符合制造廠標(biāo)準(zhǔn)。（3）調(diào)整高中壓缸與轉(zhuǎn)子中心，使其符合制造廠標(biāo)準(zhǔn)，消除可能由于汽隙不均引起的蒸汽激振。（4）對(duì)軸系重新找正，調(diào)整中低對(duì)輪張口為下張口0.025mm。消除軸系對(duì)中不良引起的振動(dòng)。（5）在1#瓦下面適當(dāng)加墊調(diào)整增加1#瓦載荷，消除輕載可能引起的轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性下降造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)。（6）查軸頸對(duì)輪晃度都在0.02mm以內(nèi)，排除晃度大引起的振動(dòng)。每次檢修后機(jī)組振動(dòng)值略有好轉(zhuǎn)，但效果不明顯，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，振動(dòng)值又開始爬升。

二、機(jī)組振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

由于1#瓦軸振過大，影響機(jī)組安全運(yùn)行，機(jī)組被迫停機(jī)，2010年3月21日嘗試開機(jī)，開機(jī)過程中，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)了1#、2#、3#瓦的振動(dòng)情況，表3為升速過程的振動(dòng)數(shù)據(jù)，圖2是機(jī)組1#瓦升速過程的波特圖。

表3 機(jī)組升速過程1#瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)

圖2 機(jī)組升速過程1瓦的波特圖

從數(shù)據(jù)和波德圖中可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組1#瓦X方向軸振明顯過大，且振動(dòng)成分以1倍頻為主。

三、振動(dòng)故障分析及處理方案

1.振動(dòng)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的振動(dòng)數(shù)據(jù)可知1#瓦軸振90%是1倍頻成分，從以往檢修后的情況可以排除以下故障：（1）軸瓦的穩(wěn)定性問題。（2）軸頸、對(duì)輪晃度大的問題。

經(jīng)檢測(cè)分析認(rèn)為2號(hào)機(jī)存在不平衡振動(dòng)故障，不平衡故障的來源為高中壓轉(zhuǎn)子或中低靠背輪，可能的原因有兩方面，一是高中壓轉(zhuǎn)子（特別是中壓段）可能存在彎曲或者套裝部件松動(dòng)現(xiàn)象；二是中低靠背輪存在不同心、瓢偏或者滑移等連接缺陷。

2.故障處理方法

以前對(duì)1#瓦振動(dòng)問題進(jìn)行過動(dòng)平衡處理，在1#、2#瓦兩側(cè)平衡槽反對(duì)稱加配重600g，但平衡效果不明顯，1#瓦軸振仍很大。此次分析了以往處理方案及其效果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行第一次試加重，將1#瓦側(cè)平衡槽原有配重全部去掉后加重619.5g∠330°，然后啟機(jī)1#瓦振動(dòng)改善不明顯，第二次在2#瓦側(cè)加重1 147g∠270°，再次啟機(jī)沖轉(zhuǎn)，1#瓦軸振過臨界時(shí)降低到249μm∠88°，3 000r/min時(shí)降到127μm∠130°，振動(dòng)雖仍不滿意，根據(jù)加重前后振動(dòng)的相位沒有變化，幅值減小，可以明確加重方向是準(zhǔn)確的，考慮到1、2側(cè)平衡槽加重半徑較小，導(dǎo)致影響系數(shù)偏小，最后決定在缸內(nèi)靠近中壓轉(zhuǎn)子末級(jí)葉輪的平衡槽內(nèi)加重600g∠270°。2010年5月30日啟機(jī)沖轉(zhuǎn)，過臨界時(shí)1#瓦軸振降到100μm以內(nèi)，此次加重取得了很好的效果。機(jī)組升、降速過程中各軸承的振動(dòng)特性曲線如圖3所示。

圖3 處理后起機(jī)過程1瓦的波特圖

機(jī)組啟機(jī)的升、降速過程以及帶負(fù)荷過程中，各瓦振動(dòng)良好穩(wěn)定，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 最后啟機(jī)過程最大軸振 μm

四、結(jié)論

該汽輪機(jī)1#瓦軸振偏大的振動(dòng)故障來源于高中壓轉(zhuǎn)子的不平衡，通過兩次加重后發(fā)現(xiàn)1、2側(cè)的平衡槽由于直徑只有600mm，使得影響系數(shù)偏小，同時(shí)考慮到不平衡位置對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的影響，高中壓轉(zhuǎn)子存在較大的不平衡，導(dǎo)致平衡效果較差。最后在缸內(nèi)靠中壓末級(jí)葉輪側(cè)平衡槽加重，平衡槽直徑為1 140mm，加重600g后振動(dòng)取得良好的效果。因此，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡要達(dá)到滿意的效果，首先要明確不平衡位置，然后決定加重位置，其次是采用合理的動(dòng)平衡方法。

[1]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.