某150MW超高壓機(jī)組振動(dòng)故障分析與處理

張翠萍

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊830013）

汽輪機(jī)組異常振動(dòng)是汽輪機(jī)常見故障中較為復(fù)雜的一種故障,直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于機(jī)組的振動(dòng)往往受多方面的影響，只要跟機(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，比如進(jìn)汽參數(shù)、疏水、油溫、油質(zhì)等；針對(duì)導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的各個(gè)原因分析是消除汽輪機(jī)異常振動(dòng)的關(guān)鍵。比如軸系質(zhì)量失去平衡（掉葉片、大軸彎曲、軸系中心變化、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水路局部堵塞等）、動(dòng)靜磨擦、膨脹受阻、軸承磨損或軸承座松動(dòng)，以及電磁力不平衡等等都會(huì)表現(xiàn)振動(dòng)增大，甚至強(qiáng)烈振動(dòng)。因此，針對(duì)汽輪機(jī)異常振動(dòng)原因的分析就顯得尤為重要，只有查明原因才能對(duì)癥維修。某電廠150MW超高壓機(jī)組檢修后開機(jī)3號(hào)瓦瓦振超報(bào)警值同時(shí)軸振3X、3Y 幅值也相應(yīng)增加，瓦振振幅達(dá)80 μm，針對(duì)汽輪機(jī)異?，F(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)、分析查找故障原因，通過動(dòng)平衡方式解決。

1 機(jī)組異常振動(dòng)情況

1.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

本機(jī)組為超高壓、中間再熱，雙排單軸布置的反動(dòng)式直接空冷抽汽凝汽式汽輪機(jī)。其特點(diǎn)是高中壓汽缸合并，通流部分反向布置，新汽及再熱進(jìn)汽集中在高中壓汽缸中部，以降低前后軸承的工作溫度和減小轉(zhuǎn)子、汽缸的熱應(yīng)力，低壓缸為徑向擴(kuò)壓雙排汽，目的是縮短機(jī)組軸向尺寸，同時(shí)又最大限度地降低排氣壓力。

1.2 振動(dòng)情況說明

7 月3 日機(jī)組進(jìn)行B 級(jí)檢修，檢修過程中未發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)本體、轉(zhuǎn)子、葉片、軸瓦有缺陷。7 月22 開機(jī)后，機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)正常。運(yùn)行兩周后，汽輪機(jī)三瓦、四瓦瓦振明顯上升，8 月13 日，機(jī)組負(fù)荷降至139 MW，三瓦瓦振79 μm（80 μm 為跳機(jī)值），繼續(xù)減負(fù)荷，保持振動(dòng)值在80 μm 以下，8 月15 日，機(jī)組跳機(jī)，三瓦振動(dòng)值達(dá)到91 μm，同時(shí)三瓦軸振#3X向振幅達(dá)到159 μm。

1.3 振動(dòng)處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集情況分析，具體數(shù)據(jù)見表1，引起振動(dòng)的主要原因?yàn)榛l分量，基頻分量占振動(dòng)幅值95%以上（三四瓦瓦振頻譜見圖1），決定通過高速動(dòng)平衡方法來處理機(jī)組振動(dòng)情況。

圖1 三四瓦瓦振頻譜圖

表1

1.3.1 第1階段振動(dòng)治理情況

第1次動(dòng)平衡在120 MW工況下進(jìn)行。在低壓轉(zhuǎn)子前端（#2 瓦側(cè)）315°處加重1 010 g。本次加重后，120 MW 工況下3X/3Y/4X/4Y 軸振減小，#2/#3/#4 軸承瓦振減小，2X/2 Y 軸振有所增大。在隨后的升負(fù)荷（120～150 MW）過程中，#3、#4 軸承振動(dòng)逐漸增大，最大達(dá)到72 μm。

第2次動(dòng)平衡去除第1次加重，在低壓轉(zhuǎn)子前端（#2 瓦側(cè)）315°處加重600 g，在低壓轉(zhuǎn)子后端（#3 瓦側(cè)）315°處加重410 g。

本次加重后，1X/1Y/2 X/2 Y/3 X/3 Y/4 X/4 Y軸振減小，軸振值在70 μm 以下，振動(dòng)值良好，#2～#4軸承瓦振減小，#1、#2、#3、#4 瓦振振動(dòng)在50 μm 以內(nèi)，但5X振動(dòng)較大，達(dá)到150 μm，五瓦瓦振振動(dòng)值有跳變現(xiàn)象。

1.3.2 第2階段振動(dòng)治理情況

對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了平衡調(diào)整，方案為：#4瓦側(cè)284°處加重380 g；#5 瓦側(cè)104°處加重390 g。本次加重后，軸系各點(diǎn)振動(dòng)都有不同幅度的降低。汽輪機(jī)軸振全部在60 μm以下，#3、#4軸承瓦振也降到50 μm以內(nèi)，取得預(yù)期效果。

#5X 軸振較大（130 μm），#3、#4、#5 軸承瓦振偏大（50 μm）。

表2

后期運(yùn)行，五瓦就地振動(dòng)從最大70 μm 上升到110 μm，并有明顯上升趨勢(shì)，DCS顯示五瓦瓦振測(cè)點(diǎn)從10 μm 至180 μm 無規(guī)則跳變，就地實(shí)測(cè)振動(dòng)在10～25 μm 跳變，就地實(shí)測(cè)振動(dòng)五瓦振動(dòng)最大值在90～110 μm跳變，靠發(fā)電機(jī)側(cè)兩個(gè)地腳螺栓振動(dòng)最大在100 μm，靠勵(lì)磁機(jī)側(cè)地腳螺栓最大振動(dòng)在30 μm，在五瓦振動(dòng)測(cè)點(diǎn)處測(cè)沿發(fā)電機(jī)軸向振動(dòng)最大640 μm，具體振動(dòng)數(shù)據(jù)分布見圖2。

圖2 五瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)分布圖

11 月14 日對(duì)五瓦底部四個(gè)地腳螺栓進(jìn)行了緊固，振動(dòng)值有明顯下降，五瓦X向軸振由145 μm下降至130 μm，五瓦Y向振動(dòng)由100 μm下降至60 μm，五瓦垂直向瓦振由90 ～110 μm 下降至60～70 μm，在五瓦振動(dòng)測(cè)點(diǎn)處測(cè)沿發(fā)電機(jī)軸向振動(dòng)下降至435 μm，各項(xiàng)振動(dòng)在合格范圍內(nèi)。具體振動(dòng)分布情況見圖3。

圖3

發(fā)電機(jī)第2 次動(dòng)平衡效果分析:12 月27 日，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上進(jìn)行了第2 次動(dòng)平衡調(diào)整，具體方案為：原配重保留，#4 瓦側(cè)220° 處加重270 g；#5 瓦側(cè)40°處加重264 g。

本次加重后，瓦振有不同幅度的降低。汽輪機(jī)瓦振全部在50 μm 以下，但五瓦X 向軸振仍在130 μm左右。

表3

2 振動(dòng)故障原因分析

根據(jù)機(jī)組處理情況及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因還是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的。該機(jī)組在調(diào)試階段，機(jī)組就因振動(dòng)大而未能一次啟動(dòng)成功，隨后聯(lián)系廠家對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行了動(dòng)平衡處理，處理后正常。通常造成轉(zhuǎn)子不平衡的原因主要由以下幾種：

（1）材料缺陷，如轉(zhuǎn)子制造中的材料密度不均勻；

（2）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鍵、銷、孔等配置不對(duì)稱；

（3）轉(zhuǎn)子中的一些零件加工不良，組裝時(shí)有安裝偏差等；

（4）轉(zhuǎn)子彎曲，如轉(zhuǎn)子受熱不均產(chǎn)生彎曲等；

（5）運(yùn)行中轉(zhuǎn)子不均勻結(jié)垢、腐蝕，或轉(zhuǎn)子上葉片、拉筋、圍帶等斷裂都能造成轉(zhuǎn)子不平衡。

該機(jī)組經(jīng)過三次機(jī)組檢修，機(jī)組軸系發(fā)生變化，初步判斷汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件發(fā)生徑向、軸向位移等原因，使轉(zhuǎn)子受熱不均，產(chǎn)生熱彎曲是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡的主要原因。后期要求運(yùn)行人員嚴(yán)格控制機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，禁止蒸汽超溫超壓保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

3 結(jié)語

150 MW 機(jī)組通過前后四次處理，通過低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加裝配重塊，調(diào)整五瓦底部地腳螺栓，最終消除機(jī)組振動(dòng)。汽輪機(jī)振動(dòng)始終是汽輪機(jī)專業(yè)的重大難題，在機(jī)組振動(dòng)分析方面，必須要有數(shù)據(jù)支撐才能夠準(zhǔn)確的分析振動(dòng)原因的具體問題所在，才能夠更快的、更好的、更有效的采取處理措施，將機(jī)組的損失減到最小，同時(shí)在運(yùn)行過程中以及開停機(jī)過程中，要求運(yùn)行人員嚴(yán)格控制運(yùn)行參數(shù)，保證機(jī)組的安全性。

[1]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故.

[2]振動(dòng)理論及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2005.

[3]方同.振動(dòng)理論及應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)出版社.