百萬(wàn)核電汽輪發(fā)電機(jī)組頂軸油泵振動(dòng)問(wèn)題處理

徐仕海，鄧曉暉，李誠(chéng)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000)

百萬(wàn)核電汽輪發(fā)電機(jī)組頂軸油泵振動(dòng)問(wèn)題處理

徐仕海，鄧曉暉，李誠(chéng)

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000)

文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)百萬(wàn)等級(jí)半轉(zhuǎn)速核電機(jī)組頂軸油泵在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行描述，可作為經(jīng)驗(yàn)反饋對(duì)后續(xù)核電機(jī)組頂軸油泵選型及安裝進(jìn)行改進(jìn)。

核電汽輪機(jī)，頂軸油泵，振動(dòng)

0 引言

頂軸油系統(tǒng)的作用是在汽輪機(jī)低速階段提供高壓油，在轉(zhuǎn)子和軸承之間形成靜壓油膜將轉(zhuǎn)子頂起，避免汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速過(guò)程中軸頸和軸瓦之間的干摩擦，防止低速碾瓦，并減少盤(pán)車力矩，對(duì)轉(zhuǎn)子和軸承起著重要的保護(hù)作用。通常百萬(wàn)級(jí)火電機(jī)組采用全轉(zhuǎn)速機(jī)型，軸系及葉片總重相對(duì)較小，因而頂軸壓力一般在20 MPa（a）左右，頂軸油泵出口油量100 L/min左右；而作為百萬(wàn)級(jí)核汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組采用半轉(zhuǎn)速機(jī)型的特點(diǎn)，軸系重量會(huì)比較大，葉片也相對(duì)比較長(zhǎng)，包含葉片在內(nèi)的軸系重量高達(dá)500～600 t，因而頂軸油泵的出口額定壓力甚至要保持在30 MPa（a），額定流量高達(dá)250 L/min，這樣大的壓力和流量要求，勢(shì)必對(duì)核電汽輪機(jī)頂軸油泵的運(yùn)行造成極大挑戰(zhàn)。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

百萬(wàn)核電頂軸裝置采用2臺(tái)容積式真空泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，每臺(tái)頂軸油泵由一臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每臺(tái)頂軸油泵的出口設(shè)置有壓力控制閥、過(guò)濾器、隔離閥和止回閥，過(guò)濾器上安裝有差壓傳感器以監(jiān)測(cè)濾網(wǎng)的堵塞情況。頂軸油供油母管上安裝了一只放油閥，還安裝了2個(gè)壓力傳感器以監(jiān)測(cè)頂軸油壓。

每個(gè)支持軸承設(shè)置了5個(gè)帶壓力測(cè)點(diǎn)的頂軸油分配器，其中4個(gè)分配器將頂軸油送至底部支撐瓦塊上的頂軸油囊內(nèi)，另外1個(gè)分配器將頂軸油送至側(cè)部瓦塊上的頂軸油囊內(nèi)。

頂軸系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須保證有一臺(tái)頂軸油泵投運(yùn)，另一臺(tái)處于備用狀態(tài)。頂軸油泵在核電汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的典型安裝位于主油箱頂部。安裝示意圖如圖1所示。

圖1 一用一備頂軸油泵安裝示意圖

2 振動(dòng)問(wèn)題描述

以國(guó)內(nèi)某百萬(wàn)核電項(xiàng)目中的頂軸油泵運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況為例進(jìn)行描述。該機(jī)組在進(jìn)行頂軸油泵調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)局部振動(dòng)超標(biāo)。

為了對(duì)振動(dòng)獲得全面的數(shù)據(jù)，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，對(duì)頂軸油泵電機(jī)不同區(qū)域設(shè)置振動(dòng)測(cè)量點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 頂軸油泵振動(dòng)點(diǎn)劃分 （正視圖）

分別選取電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端水平向、電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直向、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平向、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直向、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向進(jìn)行測(cè)振。表1和表2分別為圖1左側(cè)（#1）和右側(cè)（#2）電機(jī)振動(dòng)測(cè)量值。

表1 #1電機(jī)振動(dòng)測(cè)量值

表2 #2電機(jī)振動(dòng)測(cè)量值

3 振動(dòng)問(wèn)題分析

3.1 頻譜分析

從表1～2中的數(shù)據(jù)可以看出，2臺(tái)頂軸油泵電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端都有測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值超過(guò)報(bào)警值4.5 mm/s。針對(duì)上述2臺(tái)頂軸油泵電機(jī)的振動(dòng)，做了曲線對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

圖3 振動(dòng)曲線對(duì)比

為了分析上述振動(dòng)測(cè)量值部分超標(biāo)的原因，利用頻譜分析儀獲得如圖4～5所示的頻譜 （只列#2電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端和#1電機(jī)驅(qū)動(dòng)端）。

圖4 #2電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端水平向 （上圖），垂直向 （中圖）和軸向 （下圖）頻譜圖

圖5 #1電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平向 （上圖），垂直向 （中圖）和軸向 （下圖）頻譜圖

對(duì)比#1和#2頂軸油泵電機(jī)頻譜，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)電機(jī)的頻譜特征非常相似，這說(shuō)明造成2臺(tái)頂軸油泵電機(jī)局部振動(dòng)超標(biāo)的原因存在共性。

電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端的頻譜成分主要是轉(zhuǎn)速的1倍頻。1倍頻主要與2個(gè)因素有關(guān)：一是不平衡量，可以說(shuō)是轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏離其旋轉(zhuǎn)中心線的程度；二是剛度，現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，雖然已經(jīng)加了抱箍和支撐，但抱箍與電機(jī)的接觸不充分，支撐的鐵棒也比較細(xì)，電機(jī)水平方向的剛度還是較小。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)端除了1倍頻以外，還有9倍頻及其諧波。在對(duì)軸承的檢查過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，說(shuō)明電機(jī)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常。9倍頻及其諧波來(lái)自頂軸油泵本身，詳細(xì)檢查了頂軸油泵的出廠試驗(yàn)情況，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)也重新測(cè)了頂軸油泵的振動(dòng)，未見(jiàn)異常。

3.2 gSE能量譜分析

為了更深入地查找原因，對(duì)頂軸油泵與電機(jī)之間連接的軸承再次進(jìn)行了確認(rèn)，獲取了軸承的尖峰振動(dòng)能量譜 （gSE譜），該能量譜中主要存在的是轉(zhuǎn)速的倍頻，因而也未發(fā)現(xiàn)存在軸承的故障頻率，可以排除。

3.3 數(shù)據(jù)分析

（1）從振動(dòng)數(shù)值可知，2臺(tái)電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端都有測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值超過(guò)報(bào)警值4.5 mm/s；

（2）頻譜分析中，發(fā)現(xiàn)造成非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)超標(biāo)的主要振動(dòng)來(lái)源是1倍頻。影響1倍頻的兩個(gè)因素有不平衡量。對(duì)于不平衡度，即上面提到的頂軸油泵轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子的對(duì)中，仔細(xì)核對(duì)了轉(zhuǎn)子此時(shí)的偏心情況，同時(shí)嚴(yán)格地進(jìn)行了對(duì)中，未發(fā)現(xiàn)是造成振動(dòng)超標(biāo)的主因，因而重點(diǎn)放在提高剛度上。

4 實(shí)施措施及效果

根據(jù)分析，在現(xiàn)場(chǎng)減振主要從剛度方面入手，實(shí)施了如下措施：

（1）重新加工抱箍，保證抱箍與頂軸油泵電機(jī)接觸更充分、更均勻；

（2）抱箍設(shè)計(jì)成可調(diào)整松緊度的部件，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)可以調(diào)整；

（3）更換較粗支撐的鐵棒以增加剛度。

通過(guò)上述改進(jìn)后，根據(jù)圖2的測(cè)點(diǎn)布置，重新對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行測(cè)振，振動(dòng)值都在報(bào)警值4.5 mm/s以下，達(dá)到預(yù)期目的。

另外，在處理過(guò)程中對(duì)于不平衡量 （轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏離其旋轉(zhuǎn)中心線）的調(diào)整時(shí)，也獲得了一些經(jīng)驗(yàn)：可以通過(guò)提高電機(jī)與聯(lián)軸器之間接合面的平面度或泵裝配間隙使振動(dòng)得到改善。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)核電半轉(zhuǎn)速機(jī)頂軸油泵現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)問(wèn)題的分析及處理，找到一些關(guān)于核電半轉(zhuǎn)速機(jī)型大容量頂軸油泵振動(dòng)的原因及處理方法。今后，對(duì)頂軸油泵及電機(jī)的選型需提出更高要求，在生產(chǎn)制造及安裝、運(yùn)行過(guò)程中，必須嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，否則，就很可能造成局部的振動(dòng)超標(biāo)。也積累了局部振動(dòng)超標(biāo)可通過(guò)加固或者改善部件的裝配等達(dá)到要求的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，在處理問(wèn)題過(guò)程中，對(duì)核電頂軸油泵的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)有了全面的認(rèn)識(shí)。

[1]陳勝軍,劉金生,高鵬里.1 000 MW汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)異常的原因分析與處理[J].浙江電力,2008,（5）:48-49

[2]王銀豐,柴錫強(qiáng),吳硯華,等.600 MW汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)調(diào)試與問(wèn)題處理[J].陜西電力,2006,34（1）:24-25

[3]蔡頤年,王璧玉.汽輪機(jī)裝置[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1989

Analysis and Disposal of Vibration Problem for Jacking-up Oil Pump in 1 000 MW Nuclear Turbine

Xu Shihai，Deng Xiaohui，Li Cheng

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

The article analyses the vibration problem of jacking-up oil pump in 1 000 MW grade half speed nuclear turbine in actual operation process.And it can be taken as experience feedback to improve the selection and erection of nuclear turbine jackingup oil pump.

nuclear turbine,jacking-up oil pump,vibration

TK262

B

1674-9987（2015）03-0056-03

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2015.03.013

徐仕海 (1980-)，男，工程師，機(jī)械電子工程專業(yè)，目前在東汽產(chǎn)品開(kāi)發(fā)處從事核電汽輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。