某廠#7、#8軸振動(dòng)大原因分析

【摘 要】汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是一種較為復(fù)雜的故障。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟汽輪機(jī)本體有關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或介質(zhì)都會(huì)是機(jī)組振動(dòng)的原因。本文結(jié)合某廠#7、#8軸振動(dòng)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組軸震動(dòng)大進(jìn)行原因分析。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；異常振動(dòng)；分析

一、設(shè)備介紹

該廠2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)：N330-17.75/540/540單軸、三缸、亞臨界、一次中間再熱、雙排汽、凝汽式。發(fā)電機(jī)型號(hào)：QFSN-330-2，發(fā)電機(jī)類型：水-氫-氫，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系由汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成。各轉(zhuǎn)子之間均為剛性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)。

二、異?，F(xiàn)象

該機(jī)于2012年2月2日A修開機(jī)后，7、8瓦振動(dòng)值隨負(fù)荷升高時(shí)變大，帶負(fù)荷穩(wěn)定后7瓦軸振達(dá)到160μm，8瓦軸振達(dá)到166μm，振動(dòng)穩(wěn)定，變有功、無功振動(dòng)均不變化，運(yùn)行3個(gè)月后5月12日滿負(fù)荷工況時(shí)，振動(dòng)突然降下來了，兩瓦軸振降到100μm左右，之后振動(dòng)隨無功的變化規(guī)律具有明顯的一致性。2013年7月停機(jī)十幾天再開起來后又出現(xiàn)剛大修后開機(jī)的現(xiàn)象。2013年9月份停機(jī)C修，未發(fā)現(xiàn)異常。開機(jī)后同樣出現(xiàn)了剛大修后開機(jī)的現(xiàn)象。

三、原因分析

一>機(jī)組中心偏差及油膜振蕩。通過查看2012年02月A修記錄，無論是各軸的揚(yáng)度還是對(duì)輪的瓢偏及軸與軸之間的中心數(shù)據(jù)都在要求范圍之內(nèi)。機(jī)組開機(jī)后，轉(zhuǎn)速為3000rpm，負(fù)荷為0mw時(shí)，#7、#8的振動(dòng)，剛定速3000rpm時(shí)，#7X、#8X振動(dòng)分別只有25μm和33μm，說明此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒有大的不平衡量，可以排除中心不正等原因。同時(shí)電科院利用美國B.N公司ADRE-3-208數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)（儀器編號(hào)：K502106）由電子間的TSI控制柜采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，振動(dòng)始終為1X工頻振動(dòng)，沒有其它頻率成分，由此可以排除低頻油膜渦動(dòng)、油膜振蕩等自激振動(dòng)；再者，汽流激振有兩個(gè)主要特征：一是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，如負(fù)荷，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，而該#7X、#8X振動(dòng)待機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后幾乎不受運(yùn)行參數(shù)及負(fù)荷影響。所以可充分排出油膜渦動(dòng)、油膜振蕩等自激振動(dòng)引起的振動(dòng)。

二>軸承自身特性。軸承自身特性對(duì)機(jī)組振動(dòng)的也會(huì)產(chǎn)生影響，主要包括軸瓦的緊力、頂隙和連接剛度等幾個(gè)方面。軸瓦緊力和頂隙主要影響軸承的穩(wěn)定性，如果軸承的穩(wěn)定性太差，在外界因素的影響下容易使機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)。軸承的連接情況主要對(duì)軸承剛度產(chǎn)生影響，若軸承剛度不夠，在同樣大小的激振力下引起的振動(dòng)較大，所以必須將軸承各連接螺栓擰緊。2012年2月大修復(fù)裝過程中，各個(gè)軸承的間隙、緊力、瓦口等數(shù)據(jù)以都在設(shè)定值范圍內(nèi)；2013年9月C修過程中也對(duì)#7、#8的軸瓦進(jìn)行解體檢查和數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常。剛定速3000rpm時(shí)，#7X、#8X振動(dòng)分別只有25μm和33μm，升負(fù)荷過程中7、8瓦振動(dòng)值隨負(fù)荷升高時(shí)變大，隨后趨于穩(wěn)定，由此可以排除軸承自身特性的原因。

三>機(jī)組膨脹。

不論是汽輪機(jī)還是發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷受熱后都要產(chǎn)生膨脹，但是不能讓其自由膨脹，滑銷系統(tǒng)就是用于引導(dǎo)機(jī)組膨脹的。當(dāng)由于某種原因使滑銷系統(tǒng)卡澀時(shí)，機(jī)組的膨脹就會(huì)受到限制，引起機(jī)組較大的振動(dòng)。當(dāng)滑銷系統(tǒng)本身不存在問題時(shí)，如果運(yùn)行人員操作不當(dāng)，機(jī)組也會(huì)出現(xiàn)膨脹不暢的問題。最明顯的例子是在開機(jī)過程中，當(dāng)機(jī)組的暖機(jī)時(shí)間不夠或者升速加負(fù)荷過快，則機(jī)組各部分的膨脹就不一樣，這樣一方面會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，減少機(jī)組的壽命；另一方面就會(huì)引起過大的膨脹差，從而影響機(jī)組的開機(jī)過程。當(dāng)機(jī)組的膨脹不充分時(shí)，極易引起機(jī)組的動(dòng)靜碰磨而產(chǎn)生振動(dòng)。機(jī)組開機(jī)后差脹值超出設(shè)計(jì)數(shù)值，這樣就導(dǎo)致軸與軸承的相對(duì)位置發(fā)生較大的變化，可能造成軸振增大。#7、#8軸振受有功影響不大，但隨無功的變化趨勢(shì)非常明顯，倘若因膨脹超標(biāo)造成軸振增大，其振動(dòng)值不會(huì)受無功的影響。

四>動(dòng)靜間隙不合格。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸和汽、軸封之間，密封瓦以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間都存在間隙。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸之間的間隙過大時(shí)，汽輪機(jī)內(nèi)效率會(huì)降低；反之，則引起蒸汽外漏或者空氣內(nèi)漏，從而影響機(jī)組的效率和真空；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子之間的間隙過大時(shí)同樣會(huì)影響發(fā)電機(jī)的效率。但是，它們之間的間隙又不能過小，否則將引起動(dòng)靜碰磨，會(huì)使機(jī)組的振動(dòng)超標(biāo)。在2013年9月C修中，對(duì)發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩側(cè)密封瓦解體檢查，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)密封瓦都有磨損痕跡，對(duì)兩側(cè)密封瓦進(jìn)行更換，密封瓦間隙合格，安裝后密封瓦可以自由活動(dòng)，無卡澀現(xiàn)象。但開機(jī)后振動(dòng)值依然很大。

五>轉(zhuǎn)子結(jié)垢或氣缸內(nèi)有雜物

機(jī)組在大修期間，對(duì)汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢進(jìn)行清理并保證除垢方法的正確性，同時(shí)要注意對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子都要進(jìn)行除垢，否則可能會(huì)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生新的質(zhì)量不平衡，造成軸振動(dòng)增大。如果檢修期間有活動(dòng)部件進(jìn)入氣缸，開機(jī)后活動(dòng)部件可能在汽流的沖擊下撞傷甚至損壞葉片，從而造成嚴(yán)重的事故，并引發(fā)機(jī)組振動(dòng)；如果發(fā)電機(jī)內(nèi)存在活動(dòng)部件，一方面可能引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路，另一方面可能引起機(jī)組振動(dòng)的不穩(wěn)定，這將會(huì)對(duì)機(jī)組振動(dòng)的診斷帶來困難。

六>軸封進(jìn)汽溫度超標(biāo)

每一軸封的進(jìn)汽溫度都不一樣，在運(yùn)行規(guī)程所允許的范圍內(nèi)調(diào)整軸封進(jìn)汽溫度會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。軸封進(jìn)汽溫度對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響主要表現(xiàn)為進(jìn)汽溫度對(duì)軸承座標(biāo)高的影響和溫度對(duì)端部汽封處動(dòng)靜間隙的影響。

七>機(jī)組真空和排汽缸溫度

機(jī)組真空和排汽缸溫度總是相輔相成的，其中一個(gè)因素的變化必然引起另一個(gè)因素的改變。對(duì)于軸承座坐落在排汽缸上的機(jī)組來說，排汽缸溫度的變化主要表現(xiàn)在對(duì)軸承座標(biāo)高的影響上，所以會(huì)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生影響。機(jī)組開機(jī)后，#7、#8軸振曲線可以排除動(dòng)靜間隙不合格、轉(zhuǎn)子結(jié)垢、汽輪機(jī)內(nèi)有異物、軸封進(jìn)汽溫度超標(biāo)及機(jī)組真空和排汽溫度不合格等因素的影響。

八>發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡。

引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡主要原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身質(zhì)量不平衡、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組膨脹不均、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在2012年2月大修中，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行返廠檢修，并做了動(dòng)平衡試驗(yàn)，同時(shí)機(jī)組在空負(fù)荷時(shí)振動(dòng)值合格，由此排除了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的質(zhì)量不平衡。1、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組膨脹不均。當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生熱量致使轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生膨脹，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部冷卻不均勻或是繞組膨脹受阻時(shí)，就會(huì)造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡，從而引起機(jī)組的振動(dòng)變化。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組熱量的產(chǎn)生于通過勵(lì)磁電流的大小成正相關(guān)，即通過勵(lì)磁電流越大，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量越大，如果發(fā)電機(jī)內(nèi)部冷卻不均勻或是繞組膨脹受阻，則引起機(jī)組的振動(dòng)值越大。2、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路。通過查看2013年3月1號(hào)的#7、#8軸振隨有功、無功變化曲線顯示#7、#8軸振隨無功變化規(guī)律非常明顯，增加無功時(shí)振動(dòng)增大反之則減小。由此說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上存在匝間短路或局部轉(zhuǎn)子線圈膨脹不均或受阻情況。查看2013年7月16日開機(jī)升負(fù)荷過程的振動(dòng)顯示，整個(gè)升負(fù)荷過程中（0—30萬）振動(dòng)一直增加，趨勢(shì)與2012年初大修后開機(jī)現(xiàn)象一樣。該現(xiàn)象說明：這個(gè)過程中軸系上的激振力在持續(xù)增大，分析認(rèn)為該激振力是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的線圈局部膨脹不均或受阻引起的，因?yàn)椋贺?fù)荷從0到30萬過程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度逐步升高，如果線圈膨脹均勻則整根轉(zhuǎn)子質(zhì)量均布，不會(huì)有額外不平衡，但是若局部線圈膨脹受阻，則隨著溫度的升高，其它部位線圈膨脹開了，受阻的地方無法脹出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的不平衡量逐漸增大，這就解釋了負(fù)荷從0—300MW過程中振動(dòng)逐步增加的現(xiàn)象。

四、總結(jié)

根據(jù)上述分析，#7、#8軸振異?，F(xiàn)象主要是2方面因素導(dǎo)致，即，帶負(fù)荷初始階段發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組線圈膨脹不暢和局部匝間短路。還有就是匝間短路故障持續(xù)存在，所以此時(shí)振動(dòng)隨無功變化非常明顯。