330 MW機(jī)組給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)分析及對(duì)策

王濱，朱寶森，趙毓勝，彭德軍

(1.華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204;2.青島科技大學(xué)，山東 青島 266042)

1 給水泵汽輪機(jī)概況

某發(fā)電公司330 MW汽輪機(jī)配置1臺(tái)100%容量的汽動(dòng)給水泵和1臺(tái)50%容量的電動(dòng)給水泵。汽動(dòng)給水泵為80CHTA/4型筒式多級(jí)離心泵，由100%容量的單軸、單缸、新汽內(nèi)切換、凝汽式給水泵汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。給水泵汽輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為5400 r/min，一階臨界轉(zhuǎn)速為2 545 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速為11721 r/min，運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍為3 100～5 900 r/min。

給水泵汽輪機(jī)和汽泵用活動(dòng)式齒形聯(lián)軸器連接。支撐給水泵汽輪機(jī)的#1，#2軸承主要由5塊可傾瓦組成，安裝在給水泵汽輪機(jī)下缸上。汽動(dòng)給水泵組軸系形式如圖1所示。

圖1 汽動(dòng)給水泵組軸系

2 給水泵汽輪機(jī)出現(xiàn)的振動(dòng)情況

2009年6月3日，機(jī)組負(fù)荷為261.9 MW，給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為4888 r/min，給水泵汽輪機(jī)#2軸承x向軸振由71.2 μm 瞬間突增到90.7 μm，3 min后下降至65 μm。同時(shí)，#1軸振也發(fā)生了相應(yīng)變化，其x向軸振最大達(dá)71.2 μm。類似現(xiàn)象在此后1個(gè)多月內(nèi)又多次出現(xiàn)，具體情況見(jiàn)表1。

從表1可以看出，給水泵汽輪機(jī)的軸振與負(fù)荷變化有關(guān)，在負(fù)荷突升和突降的過(guò)程中，表現(xiàn)特別明顯。#2軸承x向軸振頻譜圖如圖2所示。

圖2 #2軸承x向軸振頻譜圖

3 振動(dòng)原因分析及處理

3.1 振動(dòng)原因分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)振，給水泵汽輪機(jī)#1，#2瓦的蓋振(水平、垂直、軸向3個(gè)方向)并不大，只有#2瓦水平方向的蓋振為62 μm，其余都在15 μm以內(nèi)，油溫正常。汽動(dòng)給水泵#3軸瓦蓋振水平方向最大，為49 μm，汽動(dòng)給水泵的瓦振 (#3，#4軸承)超過(guò)了給水泵汽輪機(jī)的瓦振(#1，#2軸承)，且振動(dòng)頻譜以1倍頻振動(dòng)為主(如圖2所示)。在水平結(jié)合面上距離差為100mm處，對(duì)基礎(chǔ)軸承座連接剛度進(jìn)行了檢測(cè)，差別振動(dòng)為2 μm，作者認(rèn)為振動(dòng)主要是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡引起的。

3.2 第1次處理

2009年10月1日，機(jī)組在低負(fù)荷期間，對(duì)汽動(dòng)給水泵進(jìn)行了檢修。在拆卸過(guò)程中，作者發(fā)現(xiàn)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)子有明顯的磨損痕跡，磨損點(diǎn)在驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封的冷卻室，泵體口環(huán)處有嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。汽動(dòng)給水泵平衡盤處的支持環(huán)整圈有嚴(yán)重的不均勻沖蝕現(xiàn)象，整個(gè)支持環(huán)最薄處軸向僅剩2.5 mm。因磨損嚴(yán)重，將原芯包整個(gè)更換。10月4日開(kāi)機(jī)后，瓦振測(cè)量正常。分析并總結(jié)振動(dòng)的具體原因有以下2個(gè)方面:

(1)由于口環(huán)間隙不均勻變大，造成水泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)精度降低;再加上轉(zhuǎn)子碰磨引起水泵支撐剛度變化，從而引起臨界轉(zhuǎn)速的變化。

(2)由于水泵平衡盤支持環(huán)沖蝕，造成泵運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡，它所引起的振動(dòng)隨水泵支持環(huán)沖蝕程度而增大，造成水泵轉(zhuǎn)子振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速和時(shí)間緩慢增大。

3.3 振動(dòng)出現(xiàn)的新情況及原因分析

2009年10月6日，#2軸承軸振再次增大，最大軸振為74 μm。10月7日，軸振達(dá)到報(bào)警值75 μm，蓋振也達(dá)到100 μm，根據(jù)蓋振大于軸振的實(shí)際情況，可判斷出軸承座部分出現(xiàn)共振且振動(dòng)呈明顯的沿聯(lián)軸器增加的跡象。從該瓦振、軸振測(cè)量信號(hào)的頻譜分析表明，其振動(dòng)以1x頻為主，查閱復(fù)裝時(shí)的中心數(shù)據(jù)為泵高0.015 mm，上扒口為0.010 mm，泵偏電側(cè)0.045 mm，中心正常。隨后檢查了#2軸承的溫度和進(jìn)、回油溫度，軸溫較修前下降，#2瓦的載荷明顯過(guò)低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)汽動(dòng)給水泵地腳螺絲基礎(chǔ)處溫度偏高，達(dá)到100℃左右，而給水泵汽輪機(jī)#2軸承基礎(chǔ)處溫度為環(huán)境溫度，兩者相差達(dá)70℃左右。綜合振動(dòng)頻譜、中心和瓦溫?cái)?shù)據(jù)，作者分析認(rèn)為，該振動(dòng)是由激振力引起的，其原因是:由于給水泵汽輪機(jī)和泵體的基礎(chǔ)框架受熱不均引起的熱、冷態(tài)膨脹差異，造成熱態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子中心不正，導(dǎo)致軸承振動(dòng)再次增大。

3.4 第2次處理

2009年10月7日，對(duì)汽動(dòng)給水泵組進(jìn)行了第2次處理。拆卸聯(lián)軸器重新復(fù)中心時(shí)，考慮到熱態(tài)泵轉(zhuǎn)子和給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的溫差，將水泵中心下落了0.65mm，最后的中心結(jié)果為泵高0.100mm，泵偏東0.090 mm，下扒口0.065 mm，東扒口0.030 mm。

重新啟動(dòng)后，給水泵汽輪機(jī)軸振由修前的70 μm下降到38 μm的正常水平，但#2瓦蓋振仍然很大，轉(zhuǎn)速在低于 4 300 r/min時(shí)振動(dòng)正常，高于5100 r/min時(shí)#2瓦水平蓋振在100 μm左右，聯(lián)軸器處水平蓋振最大為138 μm，給水泵汽輪機(jī)排汽缸水平結(jié)合面的振動(dòng)也明顯增大，10月16日，最大達(dá)到227 μm。在10月16日測(cè)量的給水泵汽輪機(jī)#2瓦水平蓋振動(dòng)的頻譜圖如圖3所示。

圖3 #2瓦水平蓋振動(dòng)頻譜圖

3.5 第3次處理

2009年10月17日，給水泵汽輪機(jī)停止后，作者認(rèn)真檢查了中心、轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器的情況。

解體聯(lián)軸器，復(fù)測(cè)中心情況為泵高0.100 mm，泵偏東0.010 mm，下扒口0.065 mm，西扒口0.005 mm，該中心完全符合要求。繼續(xù)調(diào)整中心的意義已經(jīng)不大。分析了振動(dòng)頻譜圖沒(méi)有明顯的低階諧波分量且振幅沒(méi)有明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，可以排除動(dòng)、靜碰磨。

2009年10月17日晚，空試給水泵汽輪機(jī)，在給水泵汽輪機(jī)降負(fù)荷解列過(guò)臨界轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，沒(méi)有檢測(cè)到振動(dòng)異常增大的問(wèn)題，據(jù)此可排除汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲的可能。

檢查活動(dòng)式聯(lián)軸器，發(fā)現(xiàn)機(jī)側(cè)共有總齒數(shù)1/3的齒牙磨損。由于處理時(shí)間緊迫，給水泵汽輪機(jī)聯(lián)軸器無(wú)備品，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該聯(lián)軸器兩端尺寸完全對(duì)稱。該公司決定將該聯(lián)軸器倒置使用，這樣，可以暫時(shí)用非工作面代替磨損的工作面。相當(dāng)于減少了磨損間隙增大了非工作間隙，減少了聯(lián)軸器的徑向不均勻滑移，可降低振動(dòng)的激振力。

聯(lián)軸器連接后，重新啟動(dòng)汽動(dòng)給水泵組，測(cè)量給水泵汽輪機(jī)、給水泵軸振均小于30 μm，隨后進(jìn)行了一段時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)#1，#2軸承的瓦振、軸振均小于30 μm，振動(dòng)均在正常值范圍內(nèi)。由此確定聯(lián)軸器齒牙磨損是造成給水泵汽輪機(jī)#2瓦蓋振增大的主要原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

活動(dòng)式聯(lián)軸器在中心偏差很小時(shí)會(huì)起到一定的補(bǔ)償作用，但在傳遞扭矩的長(zhǎng)期運(yùn)行中會(huì)引起活動(dòng)部件的磨損，特別是在聯(lián)軸器兩端存在差別振動(dòng)時(shí)更會(huì)加劇磨損，因而會(huì)引起軸承振動(dòng)增大。通過(guò)上面的調(diào)整可以看出，在第1次調(diào)整中，由于機(jī)泵兩側(cè)的振動(dòng)差別較大，聯(lián)軸器已經(jīng)產(chǎn)生了很大的磨損，具體反映在2009年6—7月檢測(cè)到的機(jī)組升、降負(fù)荷過(guò)程中的振動(dòng)突升，其原因?yàn)楫?dāng)齒牙磨損后，齒間和齒頂?shù)拈g隙增大旋轉(zhuǎn)齒輪偏向一側(cè)，產(chǎn)生偏心而引起的不平衡力，加劇了給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)增大。在第2次調(diào)整后，振動(dòng)沿聯(lián)軸器明顯增大的跡象已經(jīng)表明，活動(dòng)式聯(lián)軸器內(nèi)齒輪的齒頂和齒間隙已經(jīng)很大，現(xiàn)場(chǎng)靠近聯(lián)軸器側(cè)有明顯的噪音，該活動(dòng)式聯(lián)軸器已經(jīng)成為轉(zhuǎn)子1x增大的激振源。因?yàn)樗怯少|(zhì)量偏心所引起的振動(dòng)，所以，它的頻譜特征也以1x為主。

在2009年11月的機(jī)組小修中，更換了已磨損的聯(lián)軸器，使問(wèn)題得到了徹底解決，同時(shí)，對(duì)采用相同類型的聯(lián)軸器也進(jìn)行了檢查，加強(qiáng)了狀態(tài)檢修。此次汽動(dòng)給水泵組振動(dòng)的處理，過(guò)程雖波折但最后獲得了滿意的效果，其經(jīng)驗(yàn)可供其他電廠處理同類型汽動(dòng)給水泵組相似故障時(shí)參考。

［1］施維新.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.

［2］陸頌元.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2000.