汽輪發(fā)電機組振動故障分析與治理

張 芳

(馬鋼煤焦化公司，安徽 馬鞍山 243000)

一、現(xiàn)狀

工廠5#干熄焦汽輪發(fā)電機組容量為18MW，軸系布置如圖1所示。

圖1 汽輪發(fā)電機組軸系布置示意圖

自2007年投產(chǎn)以來，機組開停機過臨界振動過大。1#瓦過臨界時垂直瓦振達(dá)到180～230μm，且頻繁出現(xiàn)下瓦損壞現(xiàn)象。新瓦換上后，運轉(zhuǎn)15～30天再次損壞。為解決機組振動問題，作了4次揭缸檢查、3次返廠動平衡，對汽輪機前軸承座和基礎(chǔ)進(jìn)行了檢查和調(diào)整、多次復(fù)查聯(lián)軸器中心等維修工作，但效果不明顯。

二、轉(zhuǎn)軸振動分析

5#機設(shè)計時只配置了瓦振傳感器，前期故障分析只能以瓦振為主。不能完全反映軸振。2010年4月15日，利用機組檢修機會，加裝了1套軸振測量系統(tǒng)。

測試結(jié)果表明，低轉(zhuǎn)速下軸振已經(jīng)很大。400r/min時1#軸振達(dá)到100μm。產(chǎn)生這種現(xiàn)象有3種可能性：測點處軸頸表面粗糙度差；轉(zhuǎn)子彎曲；轉(zhuǎn)子軸頸晃度大。

1 150r/min中速暖機和3 000r/min定速時，雖然各瓦瓦振在合格范圍內(nèi)，軸振卻已經(jīng)超過打閘值。該機組軸振較大，足以引起軸承烏金疲勞損壞。轉(zhuǎn)速一定時，振幅變化范圍在±10%之內(nèi)，相位變化在±10°之內(nèi)，基頻振幅占通頻振幅的70%以上，具有典型的不平衡特征。為排除轉(zhuǎn)子找正問題，決定復(fù)查軸系中心后重新測試振動和進(jìn)行動平衡。

本次檢修在2#瓦底部加0.01mm墊片、左側(cè)加0.005mm墊片，3#瓦底部加0.01mm墊片、左側(cè)加0.005mm墊片、右側(cè)減0.005mm墊片。復(fù)查聯(lián)軸器對中情況，上開口為0.035mm，左開口為0.01mm。本次檢修后，3 000r/min定速后1#垂直和水平軸振從原265μm、243μm分別降為200μm、190μm。1#軸振雖有所降低，但仍維持在較高幅值上，且低速時軸振讀數(shù)仍然很大。

三、軸系中心調(diào)整前后1#軸承油膜厚度變化情況

1#軸承下瓦烏金頻繁出現(xiàn)疲勞損壞，懷疑軸承承載過重所導(dǎo)致。本次軸系中心調(diào)整，將2#瓦和3#瓦分別抬高0.01mm,有助于減小1#軸承載荷。利用加裝的渦流傳感器，全面測試了1#軸承在低速、定速和滿負(fù)荷三種情況下軸振測點間隙電壓變化情況，據(jù)此分析了軸系中心調(diào)整前后工作狀態(tài)下1#軸頸中心在軸承內(nèi)位置以及軸承油膜厚度變化情況。表1給出了測試結(jié)果。經(jīng)過調(diào)整，1#瓦處的軸頸垂直和水平偏移量由原0.256mm、0.372mm下降為0.192mm、0.269mm，最小油膜厚度也相應(yīng)地由0.03mm增大到0.079mm。1#軸承潤滑狀況得到改善。

表1 軸系中心調(diào)整前后1#軸頸中心位置和油膜厚度變化情況

四、機組動平衡過程分析

1.汽輪機和聯(lián)軸器動平衡過程分析

本次停機后對1#軸頸作了修磨處理，處理后軸頸晃度降為0.03mm，在汽輪機末級葉片加重488g∠180°。

本次開機在3 000r/min定速后，1#軸振垂直和水平方向振幅下降了30～50μm。機組并網(wǎng)帶10MW負(fù)荷運行期間，1#水平軸振穩(wěn)定、垂直軸振有波動，再次在汽輪機末級葉片加重400g∠80°。

本次加重后開機，振動變化幅度不大，決定在聯(lián)軸器上繼續(xù)加重。

5月16日在聯(lián)軸器連接螺栓上用焊接的方式加重550g∠350°。加重后，3#瓦振動變小，但3 000r/min定速后1#垂直和水平軸振分別達(dá)到250μm和270μm。

2.發(fā)電機動平衡過程分析

拆除聯(lián)軸器上所加平衡重量后，重新開機測試振動，決定在發(fā)電機兩側(cè)加平衡塊。

具體方案為：發(fā)電機轉(zhuǎn)子前端和后端平衡槽內(nèi)分別加重300g∠315°和300g∠135°。

加重后，開機過臨界轉(zhuǎn)速時1#瓦最大振動為56μm，其余各瓦過臨界最大振動值均在50μm以下。3 000r/min定速下1#水平軸振95μm，垂直軸振為135μm，振動大幅度減小。連續(xù)運行1天后，1#軸振數(shù)據(jù)逐步增大到230μm，1#～4#瓦振基本沒有變化。決定對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進(jìn)行第2次動平衡調(diào)整。

具體加重方案為：發(fā)電機轉(zhuǎn)子前端和后端平衡槽內(nèi)分別加重130g∠0°和130g∠180°。本次動平衡調(diào)整效果明顯。3 000r/min時1#水平和垂直軸振分別降到70μm和100μm。升負(fù)荷至15MW過程中，1#水平和垂直軸振分別為100μm和105μm。

五、動平衡后軸頸中心位置和最小油膜厚度情況

動平衡后機組振動明顯減小，機組帶滿負(fù)荷穩(wěn)定運行。測試數(shù)據(jù)表明，滿負(fù)荷穩(wěn)定運行工況下，1#軸頸垂直和水平方向上的偏移量穩(wěn)定在0.142mm和0.167mm，最小油膜厚度達(dá)到0.133mm。軸承潤滑狀況明顯改善。

六、結(jié)論

5#機振動故障原因比較復(fù)雜，歸納起來主要有：低轉(zhuǎn)速下軸振大，轉(zhuǎn)子存在中心不正現(xiàn)象；1#軸承處油膜厚度不足，導(dǎo)致軸承潤滑性能不好，工作狀態(tài)較差；機組臨界轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速下軸振過大，導(dǎo)致軸承所承受的動態(tài)激振力較大，容易導(dǎo)致烏金的疲勞損壞。最終通過軸系中心調(diào)整和軸系動平衡手段消除了機組振動和軸承碎瓦故障。

目前狀態(tài)下，1#軸承的軸心軌跡橢圓度較大，說明垂直和水平方向上的剛度差異較大，機組還存在一定程度的不對中。

5#機目前已安全運行近10個月，各項參數(shù)均在優(yōu)良范圍內(nèi)。1#軸瓦的瓦溫平穩(wěn)，說明1#軸瓦運行平穩(wěn)，頻繁損壞的問題已經(jīng)得到解決。