低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組軸瓦振動(dòng)原因分析及處理

趙 毓,馬福軍

(淮北新源熱電有限公司,安徽淮北 235000)

低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組軸瓦振動(dòng)原因分析及處理

趙 毓,馬福軍

(淮北新源熱電有限公司,安徽淮北 235000)

通過(guò)運(yùn)用故障診斷技術(shù),采用對(duì)熱電廠軸瓦進(jìn)行修配,聯(lián)軸器中心找正,動(dòng)、靜碰磨檢查,缸體膨脹檢測(cè),電氣試驗(yàn)和動(dòng)平衡檢測(cè)等方法,對(duì)低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組軸瓦振動(dòng)原因進(jìn)行分析和處理,并成功解決了機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題,保障了機(jī)組安全運(yùn)行。

汽輪發(fā)電機(jī)組;軸瓦振動(dòng);原因分析;處理措施

汽輪發(fā)電機(jī)組屬于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備,存在軸向、橫向、扭轉(zhuǎn)三種振動(dòng)。不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)是被允許的,對(duì)設(shè)備的危害也是可忽略的。但是,汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的振幅一旦超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)就變成了異常振動(dòng),對(duì)設(shè)備的危害性就很大。異常振動(dòng)可能導(dǎo)致機(jī)組部件連接處松動(dòng)斷裂;汽輪機(jī)葉片折斷,動(dòng)、靜部分加劇磨損,軸瓦損壞,主軸彎曲,發(fā)電機(jī)接地或短路等危害,這樣的振動(dòng)是絕對(duì)不允許的。然而,汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題,造成振動(dòng)的原因很多,如轉(zhuǎn)軸故障、軸承故障、聯(lián)軸器故障、結(jié)構(gòu)故障以及其他一些特殊故障等。因此查明振動(dòng)原因,有針對(duì)性的維修才是解決汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的關(guān)鍵。

淮北新源熱電有限公司一臺(tái)低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)振動(dòng)異常故障,我們通過(guò)對(duì)機(jī)組振動(dòng)原因分析、故障排查,成功解決了機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題。現(xiàn)就該案例進(jìn)行分析,總結(jié)歸納其中一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),以期為解決類似振動(dòng)問(wèn)題的機(jī)組提供一些參考和借鑒。

1 機(jī)組概述

淮北新源熱電有限公司一臺(tái)低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組,主要利用工業(yè)汽輪機(jī)排汽進(jìn)行二次發(fā)電,平衡對(duì)外供汽量。汽輪機(jī)為山東青能動(dòng)力股份有限公司生產(chǎn)的3 MW低溫、低壓、單缸、沖動(dòng)式汽輪機(jī),型號(hào)為S3-0.5。發(fā)電機(jī)為東風(fēng)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的4.5 MW無(wú)刷勵(lì)磁空冷發(fā)電機(jī),型號(hào)為QF1W-4.5-2。機(jī)組于2009年12月投產(chǎn)運(yùn)行,運(yùn)行基本正常,各項(xiàng)參數(shù)均符合要求,唯有過(guò)臨界振動(dòng)較大,最大振動(dòng)#3瓦垂直在150μm～200μm間。(如下圖)

2012年5月,該機(jī)組出現(xiàn)多次非計(jì)劃停機(jī),2012年6月運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)#4瓦振動(dòng)上升,⊥56μm、☉80μm,其它正常。2013年1月#3瓦水平振動(dòng)增大到56μm,5月機(jī)組開(kāi)缸大修,發(fā)現(xiàn)#4瓦上瓦頂部有一塊鈀式合金脫落,面積約3cm2,因沒(méi)有備用瓦,原樣恢復(fù)運(yùn)行,#3瓦振動(dòng)消失。

2013年7月15日,機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)#4瓦振動(dòng)突然增大,⊥80μm、☉110μm,打閘停機(jī)。檢查#4瓦發(fā)現(xiàn)原來(lái)上瓦缺陷稍有擴(kuò)大,下瓦正常,對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)、刮研,調(diào)整頂間隙0.30mm。開(kāi)機(jī)試運(yùn),1200r/min暖機(jī)時(shí),#3瓦水平振動(dòng)28μm,其它軸瓦振動(dòng)在10μm～20μm之間,過(guò)臨界# 3瓦最大振動(dòng)⊥150μm,3000r/min定速,各瓦振動(dòng)均合格,但隨后#3瓦水平振動(dòng)快速增大,達(dá)80μm打閘停機(jī)。后來(lái)又啟動(dòng)一次,并網(wǎng)帶負(fù)荷,但振動(dòng)不減。

鑒于以上情況,該公司成立維修小組,并聘請(qǐng)專家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷并指導(dǎo)。維修小組通過(guò)全面檢查及旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)頻譜儀監(jiān)測(cè),歸納機(jī)組振動(dòng)的主要特點(diǎn),分析振動(dòng)原因并制定維修方案,成功處理了機(jī)組振動(dòng)大問(wèn)題,并且通過(guò)配重解決了該機(jī)組過(guò)臨界振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題,為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

2 機(jī)組振動(dòng)原因分析

機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生異常振動(dòng)的原因很多,轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、油膜不穩(wěn)、動(dòng)靜摩擦等都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的機(jī)組異常振動(dòng)。從振動(dòng)頻譜分析,機(jī)組振動(dòng)可分兩種振動(dòng)形式：一種是強(qiáng)迫振動(dòng),振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率及其倍數(shù),產(chǎn)生的主要原因是轉(zhuǎn)子不平衡、聯(lián)軸器不對(duì)中、安裝不良等;另一種是自激振動(dòng),振動(dòng)頻率低于轉(zhuǎn)子頻率,其常在某個(gè)轉(zhuǎn)速下突然出現(xiàn),危害性極大。新源公司主要從以下幾個(gè)方面逐項(xiàng)排除,準(zhǔn)確地找到了故障點(diǎn),解決了機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題。

(1)不閉合勵(lì)磁機(jī)開(kāi)關(guān)情況下,機(jī)組振動(dòng)依然存在,可以排除發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁機(jī)相電壓不平衡原因。

(2)運(yùn)行中主汽壓力、溫度穩(wěn)定,真空正常,排除軸封供汽溫度異常,使#2、#3軸承標(biāo)高變化影響轉(zhuǎn)子中心,造成振動(dòng)異常。

(3)運(yùn)行中冷卻循環(huán)水穩(wěn)定,潤(rùn)滑油溫保持在40～42℃,排除油溫異常影響油膜穩(wěn)定造成的振動(dòng)異常。

(4)運(yùn)行中汽缸內(nèi)沒(méi)有異聲,且過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)比以往沒(méi)有增大,基本排除轉(zhuǎn)子部件掉落。

通過(guò)振動(dòng)測(cè)試,機(jī)組的振動(dòng)主要特征如下：

(1)機(jī)組剛到達(dá)3000r/min時(shí),振動(dòng)處于30μm的良好水平。稍后,#2、#3、#4瓦垂直和水平方向的振動(dòng)則快速爬升,尤其#3瓦水平振動(dòng)的增值最大。

(2)頻譜分析表明,振動(dòng)頻率為50Hz的工頻,但含有少量100 Hz的倍頻分量。

根據(jù)該機(jī)組的振動(dòng)特點(diǎn),結(jié)合機(jī)組的運(yùn)行歷史,綜合分析后認(rèn)為,振動(dòng)突增的可能原因如下：

(1)動(dòng)、靜部分發(fā)生碰磨。

(2)聯(lián)軸器螺栓松動(dòng),影響軸系中心和扭矩傳遞。

(3)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足,改變了軸系連接的同心度和平直度。

3 采取的處理措施

針對(duì)機(jī)組振動(dòng)的主要原因,采取的具體措施有：

(1)各瓦的頂隙、側(cè)隙、瓦口間隙、軸承的緊力等均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,并盡量使軸瓦的頂部間隙靠近標(biāo)準(zhǔn)的下限值。

(2)檢查各瓦下部墊鐵的接觸面積是否在75%左右,并能均勻分布。

(3)汽—電側(cè)對(duì)輪的瓢偏、晃度以及聯(lián)軸器螺栓緊固后的組合晃度均應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi),尤其聯(lián)軸器螺栓緊固前、后的圓周晃度差應(yīng)小于0.02mm。

(4)復(fù)查聯(lián)軸器的中心,其應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(5)動(dòng)、靜碰磨檢查：如軸封、油檔、發(fā)電機(jī)端蓋和勵(lì)磁機(jī)等部位是否有碰磨現(xiàn)象,使其間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(6)聯(lián)軸器螺栓松動(dòng)的檢查。

螺栓松動(dòng)一般由以下原因引起：(1)螺栓強(qiáng)度低,發(fā)生變形;(2)緊力過(guò)大,螺栓與螺孔配合不好、螺孔偏斜等。

(7)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足：主要依據(jù)汽-電側(cè)對(duì)輪瓢偏值和晃度值運(yùn)行前后的變化進(jìn)行判斷。

經(jīng)過(guò)維修檢查,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)側(cè)對(duì)輪瓢偏值最大0.08 mm,晃動(dòng)值最大0.05mm,汽輪機(jī)側(cè)對(duì)輪晃動(dòng)值最大0.03 mm。發(fā)電機(jī)及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子返廠維修,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子做高速動(dòng)平衡?；謴?fù)后開(kāi)機(jī)試運(yùn),1200r/min暖機(jī)時(shí),各軸瓦振動(dòng)均在10μm以下。過(guò)臨界3瓦最大振動(dòng)⊥32μm,2500r/min時(shí)各軸瓦振動(dòng)均在30μm以下。轉(zhuǎn)速升到2800r/min時(shí)3瓦水平振動(dòng)開(kāi)始上升,到3000r/min后3瓦水平振動(dòng)最高達(dá)84μm。并網(wǎng)帶負(fù)荷,3瓦振動(dòng)穩(wěn)定在→70μm左右、⊥36μm;1瓦振動(dòng)→56μm、⊥12μm;2瓦振動(dòng)→48μm、⊥16μm;4瓦振動(dòng)→8μm左右、⊥20μm。

根據(jù)所做的檢修工作,結(jié)合振動(dòng)頻譜分析表明,振動(dòng)頻率基本為50Hz的工頻,振幅、相位隨轉(zhuǎn)速變化,3000r/ min振動(dòng)穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)做軸系動(dòng)平衡,通過(guò)在發(fā)電機(jī)兩側(cè)不同角度配重,達(dá)到了各軸承振動(dòng)相位基本為零、振幅在20μm以下的優(yōu)秀水平。這就徹底解決了該機(jī)組一直存在過(guò)臨界軸瓦振動(dòng)的問(wèn)題。

4 結(jié)論

汽輪發(fā)電機(jī)組的異常振動(dòng)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,新源公司機(jī)組振動(dòng)故障產(chǎn)生的原因及處理方法給了我們一些啟示。首先,設(shè)備不應(yīng)帶病運(yùn)行,以防擴(kuò)大機(jī)組損壞事故發(fā)生。所以機(jī)組振動(dòng)增大時(shí)應(yīng)及時(shí)將機(jī)組停止運(yùn)行,查明故障原因,解決問(wèn)題,其次,機(jī)組頻繁啟停,溫度波動(dòng)大,使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈、絕緣塞塊等在應(yīng)力作用下發(fā)生相對(duì)位移,改變轉(zhuǎn)子質(zhì)心,破壞動(dòng)平衡。特別是在甩負(fù)荷時(shí),聯(lián)軸器承受巨大的沖擊扭力,可能改變對(duì)輪的外圓及端面參數(shù)。因此應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行管理,提高運(yùn)行人員業(yè)務(wù)素質(zhì),加強(qiáng)設(shè)備檢修,及時(shí)消除缺陷,確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外,處理汽輪機(jī)異常振動(dòng)時(shí),利用振動(dòng)頻譜儀采集各軸承振動(dòng)參數(shù),結(jié)合機(jī)組運(yùn)行和維修記錄、維修人員經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。這樣有利于故障分析解決,減少故障排除的盲目性,提高機(jī)組故障排查效率。

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責(zé)任編輯：為 恒

TM311

A

1671-8275(2014)01-0120-02

2013-11-02

趙毓(1972-),女,安徽濉溪人,淮北新源熱電有限公司工程師。