汽輪機(jī)振動(dòng)超標(biāo)故障分析及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

閆志勇（中海石油化學(xué)股份有限公司，北京 100029）

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汽輪機(jī)振動(dòng)超標(biāo)故障分析及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

閆志勇
（中海石油化學(xué)股份有限公司，北京 100029）

摘 要：針對(duì)1#汽輪機(jī)更換4#軸瓦之后各瓦振動(dòng)超標(biāo)的現(xiàn)象，進(jìn)行了詳細(xì)的振動(dòng)分析，并最終診斷為轉(zhuǎn)子不平衡故障，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡之后振動(dòng)降到良好的水平。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；軸瓦；振動(dòng)；動(dòng)平衡

一、設(shè)備概述

1#汽輪發(fā)電機(jī)組是型號(hào)為CN12 - 3.43/0.49的單抽凝汽式汽輪機(jī)，額定功率為12MW，由南京汽輪電機(jī)廠制造。機(jī)組共有4個(gè)軸承，其中：1#、 2#軸承支撐汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，3#、4#軸承支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)通過剛性聯(lián)軸器連接，發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)同軸連接。整個(gè)軸系支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1　軸系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

二、事故經(jīng)過

1.更換4#軸瓦

自2005年8月測(cè)量振動(dòng)以來，1#汽輪機(jī)4#瓦振動(dòng)一直比較大，振動(dòng)速度有效值保持在4～6mm/s之間，而ISO10816-1中同類設(shè)備的參考報(bào)警值為7.1mm/s有效值；振動(dòng)位移保持在30～40μm之間，汽輪機(jī)振動(dòng)經(jīng)驗(yàn)報(bào)警值為50μm。而進(jìn)入2007年之后振動(dòng)速度有效值就一直超過6mm/s，且始終在6～7mm/s之間波動(dòng)，十分接近報(bào)警值。其他幾個(gè)軸瓦振動(dòng)值則都在良好的水平。由于汽輪機(jī)組屬于電廠的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)于整個(gè)公司的生產(chǎn)穩(wěn)定有著異常重要的作用，于是利用2007年全廠設(shè)備大修機(jī)會(huì)，對(duì)汽輪機(jī)整個(gè)軸系進(jìn)行了仔細(xì)的檢查。

檢查中發(fā)現(xiàn)4#瓦巴氏合金有一塊約1cm2的剝落，旁邊隱約可以看到一條裂紋，長度約為20mm。于是對(duì)4#瓦進(jìn)行了更換，其他部分未做大的變動(dòng)，只是重新調(diào)整了軸瓦的間隙及對(duì)中數(shù)據(jù)。

2.更換3#軸瓦

大修結(jié)束重新開車之后，4#瓦振動(dòng)值稍有減小，再次降到6mm/s以下，檢修效果仍舊不太理想。值得注意的是，此次檢修之后其他幾個(gè)軸瓦振動(dòng)均有明顯上升，其中3#瓦垂直方向的振動(dòng)速度有效值達(dá)到了8mm/s以上，超過了報(bào)警值。在堅(jiān)持開了一段時(shí)間未見好轉(zhuǎn)之后，決定再次停車對(duì)幾個(gè)軸瓦進(jìn)行仔細(xì)檢查。檢查中發(fā)現(xiàn)3#軸瓦巴氏合金有大片的剝落現(xiàn)象。還有一個(gè)現(xiàn)象值得注意：脫開聯(lián)軸器時(shí)發(fā)現(xiàn)柱銷被卡死在銷孔之內(nèi)，很難取出。于是更換了3#軸瓦并對(duì)聯(lián)軸器重新進(jìn)行了對(duì)中，其他部位未做改動(dòng)。

檢修之后重新開車，升速過程中，經(jīng)過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)超過了7μm的允許值，按照規(guī)定無法繼續(xù)升速，于是將機(jī)組停下來再次檢查軸瓦。此次檢查，除了聯(lián)軸器柱銷仍舊很緊之外，軸瓦各項(xiàng)安裝數(shù)據(jù)均在允許范圍之內(nèi)。另外檢查滑銷系統(tǒng)也未發(fā)現(xiàn)異常。檢查之后重新開車，升速過程中振動(dòng)仍舊超標(biāo)。

三、事故分析及診斷

由于始終無法準(zhǔn)確找到引起振動(dòng)的最初源頭，所以決定請(qǐng)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)事故進(jìn)行系統(tǒng)的診斷和處理。

第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)技術(shù)人員到廠后，立即召開了一個(gè)簡(jiǎn)短的事故研討會(huì)。我方技術(shù)人員對(duì)事故的整個(gè)經(jīng)過進(jìn)行了詳細(xì)的描述，對(duì)方初步認(rèn)為是換瓦之后機(jī)組發(fā)生了共振。于是立即著手進(jìn)行汽機(jī)的升速試驗(yàn)，進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證。第三方技術(shù)人員所使用的儀器為美國本特立公司208-P DAIU振動(dòng)測(cè)試儀，速度傳感器，分別測(cè)取機(jī)組1#～4#軸瓦垂直方向的振動(dòng)。鍵相探頭為成都昕亞科技有限公司生產(chǎn)的LK3型光電傳感器。

1.第一次升降速試驗(yàn)

2007年9月9日，在機(jī)組升速過程中進(jìn)行了振動(dòng)檢測(cè)。其中1#～4#軸瓦振動(dòng)升降速波德圖如圖2。

圖2　2007年9月9日1#～4#瓦升降速波德圖

在機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速3000r/min空載運(yùn)行時(shí)，對(duì)機(jī)組幾個(gè)軸瓦各方向振動(dòng)進(jìn)行了巡測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1。

表1　汽輪機(jī)組各測(cè)點(diǎn)3000r/min空載振動(dòng)數(shù)據(jù)表μm∠deg，μm

空載時(shí)3#軸瓦垂直方向振動(dòng)速度頻譜圖如圖3，其振動(dòng)速度的時(shí)域波形接近正弦曲線。

圖3　空載時(shí)3#瓦振動(dòng)速度頻譜圖

2.振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

從升降速各軸瓦波德圖可以看出，機(jī)組在1500～1600r/min時(shí)達(dá)到了一階臨界轉(zhuǎn)速，而設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)組的一階臨界轉(zhuǎn)速為1800r/min，說明軸系的剛度發(fā)生了變化。而從表1的各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2#、3#、4#測(cè)點(diǎn)振動(dòng)較大，尤其3#垂直方向振動(dòng)最大，達(dá)到了64μm，超過50μm的報(bào)警值，且頻譜圖中占優(yōu)勢(shì)的是轉(zhuǎn)速的一倍頻，時(shí)域波形也接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，說明3#瓦振動(dòng)性質(zhì)為普通強(qiáng)迫振動(dòng)。而其他幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)情況也與之非常接近。

3.診斷結(jié)論

由于更換4#軸瓦之后其它幾個(gè)軸瓦測(cè)點(diǎn)振動(dòng)也有明顯上升，且轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度發(fā)生了變化，軸瓦振動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為普通強(qiáng)迫振動(dòng)，結(jié)合以往的檢修經(jīng)歷，做出了如下的診斷結(jié)論：1#汽輪機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)事故原因?yàn)楦鼡Q軸瓦之后改變了軸系的動(dòng)剛度，導(dǎo)致了軸系的不平衡。

四、振動(dòng)故障的處理

針對(duì)以上診斷結(jié)論，決定對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)共進(jìn)行兩次加重，之后各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)恢復(fù)到了良好的水平。動(dòng)平衡過程及前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表2。

表2　1#機(jī)組動(dòng)平衡過程及振動(dòng)值表 μm

兩次加重后各軸瓦的振動(dòng)波德圖如圖4、5所示。

可見，兩次加重振動(dòng)均有明顯的好轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速已經(jīng)基本恢復(fù)到1700～1800r/min之間，且在經(jīng)過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)上升的不明顯。目前機(jī)組的振動(dòng)已經(jīng)達(dá)到了正常良好的水平。

圖4　1#機(jī)組1#～4#軸承第一次加重后振動(dòng)波德圖

圖5　1#機(jī)組1#～4#軸承第二次加重后振動(dòng)波德圖

五、結(jié)語

通過此次故障分析及處理過程，發(fā)現(xiàn)了如下幾點(diǎn)值得注意，這也正是轉(zhuǎn)子不平衡故障的具體表現(xiàn)。首先，更換4#瓦之后，4#瓦振動(dòng)沒有明顯改善，卻將振動(dòng)波及了整個(gè)軸系上的其他各點(diǎn)，說明并不是4#軸瓦的安裝問題；其次，由于機(jī)組振動(dòng)較大，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行3#瓦巴氏合金出現(xiàn)了大片剝落，經(jīng)過更換之后振動(dòng)仍未解決，說明主要癥結(jié)也不在3#瓦；第三，每次檢查時(shí)都發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器柱銷卡得很緊，雖經(jīng)重新找正之后，再次開車仍舊會(huì)繼續(xù)發(fā)生，說明如果一味地強(qiáng)制找正，會(huì)將軸系平衡再次破壞，而開車后軸系會(huì)自行回復(fù)到自由位置。

此次案例，汽輪機(jī)在整個(gè)軸系的檢查以及軸瓦更換過程中，應(yīng)認(rèn)真記錄下各項(xiàng)原始安裝數(shù)據(jù)。如果以往運(yùn)行良好，最好不要嘗試改變這些數(shù)據(jù)，否則有可能會(huì)造成整個(gè)軸系平衡的破壞，如果正好和以往的不平衡量相互疊加，會(huì)對(duì)其進(jìn)一步放大，而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組振動(dòng)的超標(biāo)。

中圖分類號(hào)：TK263.6+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）03-0071-03

收稿日期：（2015-12-15）