1000 MW機(jī)組軸瓦異常振動(dòng)問題的分析與處理

陳思寧

（江蘇新海發(fā)電有限公司，江蘇連云港 222000）

0 概述

某公司1#機(jī)組系上海電氣集團(tuán)引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、4缸4排汽、雙背壓凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，額定容量1030 MW。汽輪機(jī)型號(hào)N1000－26.25/600/600（TC4F），發(fā)電機(jī)型號(hào)THDF125/67。該機(jī)組于2012年11月24日投入商業(yè)運(yùn)行。1#機(jī)組自2016年7月檢修后運(yùn)行以來，1#軸瓦軸振頻繁出現(xiàn)異常。軸瓦異常振動(dòng)問題的存在嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。2017年3月檢修中發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理，修復(fù)后軸瓦振動(dòng)正常，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

西門子1000 MW機(jī)組軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、2根低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子及8個(gè)支持軸承組成。軸系中高壓轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu)，中壓轉(zhuǎn)子和2根低壓轉(zhuǎn)子都是單支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子是三支撐結(jié)構(gòu)。汽輪機(jī)軸承使用橢圓瓦落地軸承，發(fā)電機(jī)軸承為端蓋軸承。

2 振動(dòng)異常分析

2.1 第一階段

（1）異常情況。某公司1#機(jī)組1#軸瓦自2016年7月檢修后軸振頻繁出現(xiàn)異常，①2016年8月16日21：46，1#機(jī)負(fù)荷82萬（主參數(shù)穩(wěn)定），1瓦軸振由65 μm跳變?cè)龃笾?35 μm，瓦振由3.0 mm/s增大至3.6 mm/s，立即解除AGC降負(fù)荷，21：51軸振、瓦振恢復(fù)正常，22：10投入AGC；②2016年8月18日19：50，1#機(jī)組1#瓦軸振持續(xù)波動(dòng)并逐漸升高（最高至120 μm），立即降負(fù)荷至780 MW，至21：30參數(shù)穩(wěn)定后投入AGC。

（2）問題分析。①由圖1、圖2可以看出，1#軸瓦軸振異常時(shí)，X，Y向軸振的25 Hz分量明顯增大，同時(shí)伴隨著1#軸瓦油膜壓力的下降，據(jù)此判斷振動(dòng)異常原因應(yīng)為油膜失穩(wěn)。②根據(jù)圖3、圖4可知，8月16日機(jī)組正常運(yùn)行期間1#軸瓦存在較大的25 Hz分量，由此判斷1#軸瓦存在著一定的油膜渦動(dòng)現(xiàn)象。③根據(jù)圖5、圖6可知，7月22日（即1#機(jī)組跳機(jī)前）機(jī)組正常運(yùn)行期間1#軸瓦還不存在較大的25 Hz分量，由此判斷1#軸瓦可能在本次跳機(jī)過程中出現(xiàn)碰磨，影響軸瓦的穩(wěn)定性。④查看運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，8月16日1#軸瓦軸振異常前油膜壓力約為1.5 MPa；8月18日1#軸瓦軸振異常前油膜壓力約為1.8 MPa。兩次軸振異常時(shí)，油膜壓力都較低。⑤查看運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1#軸瓦油膜壓力與兩側(cè)主汽溫存在關(guān)聯(lián)?？梢酝ㄟ^調(diào)整兩側(cè)主蒸汽溫差達(dá)到微調(diào)1#軸瓦油膜壓力的目的。

（3）處理措施。①基于1#機(jī)組的振動(dòng)特性，加強(qiáng)對(duì)1#軸瓦油膜壓力的監(jiān)測(cè)，必要時(shí)通過控制1#機(jī)組兩側(cè)高壓主汽溫差的方式，保證1#軸瓦油膜壓力的穩(wěn)定。②運(yùn)行部門做好相應(yīng)預(yù)案，出現(xiàn)問題及時(shí)處理。

圖1 1#軸瓦軸振異常時(shí)頻譜

圖2 1#軸瓦軸振正常時(shí)頻譜

圖3 1#軸瓦8月16日軸振X向水瀑圖

圖4 1#軸瓦8月16日軸振Y向水瀑圖

圖5 1#軸瓦7月22日軸振X向水瀑圖

圖6 1#軸瓦7月22日軸振Y向水瀑圖

2.2 第二階段

（1）異常情況。2016年12月1日和12月20日1#機(jī)組1#軸瓦兩次出現(xiàn)振動(dòng)異常。

（2）問題分析。①根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，12月1日1#軸瓦軸振異常時(shí)，油膜壓力下降，軸振、瓦振迅速上升。據(jù)此判斷，此時(shí)1#機(jī)組1#軸瓦異常振動(dòng)的原因應(yīng)為1#軸瓦負(fù)載過低，造成軸瓦油膜渦動(dòng)、油膜失穩(wěn)。②根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，12月20日在1#軸瓦振動(dòng)異常時(shí)，油膜壓力、軸振基本不變，瓦振上升。此時(shí)的

振動(dòng)情況與12月1日異常振動(dòng)情況不同，初步判斷原因?yàn)椋?#軸瓦的軸振長(zhǎng)期處于較高水平，1#軸瓦存在較大的激振力，如軸瓦存在底部接觸不好、軸瓦左右兩側(cè)墊塊的間隙超標(biāo)、軸瓦間隙緊力不符合標(biāo)準(zhǔn)等缺陷。③針對(duì)1#機(jī)組存在的兩側(cè)主蒸汽溫度偏差對(duì)1#軸瓦振動(dòng)影響大的問題，初步判斷原因?yàn)椋簝蓚?cè)主蒸汽溫度偏差變化后引起高壓缸變形或偏移，此變化一方面可能出現(xiàn)動(dòng)靜部件碰磨引起1#軸瓦振動(dòng)增大；另一方面，高壓缸變形或偏移后蒸汽在高壓缸內(nèi)的分布出現(xiàn)變化，使高壓轉(zhuǎn)子出現(xiàn)偏移、軸系產(chǎn)生動(dòng)不平衡，在1#軸瓦處產(chǎn)生較大的1倍頻分量。④鑒于浙江玉環(huán)電廠1000 MW機(jī)組高壓缸返廠檢修的情況，高壓缸內(nèi)部可能存在碰磨情況，此時(shí)在頻譜上并不會(huì)反映出振動(dòng)相位明顯變化。因此，高壓缸內(nèi)部存在碰磨情況，也是1#機(jī)組1#軸瓦軸振大的可能原因。

（3）處理措施。①基于1#機(jī)組1#軸瓦的振動(dòng)特性，運(yùn)行部門做好相應(yīng)預(yù)案，出現(xiàn)問題及時(shí)處理。②制定詳細(xì)的檢修措施，各相關(guān)單位做好檢修準(zhǔn)備工作。

3 檢修情況

3.1 檢修中發(fā)現(xiàn)的問題

（1）1#瓦軸承室有金屬屑散落在軸承室底部，懷疑有部件發(fā)生磨削，繼續(xù)解體1#瓦，發(fā)現(xiàn)1#瓦B側(cè)下球面及其接觸的基座存在大量凹坑，底部球面接觸情況差，可塞入0.1 mm塞尺。

（2）1#瓦烏金表面有輕微磨痕，軸瓦上有磨痕，著色探傷后在瓦口位置發(fā)現(xiàn)脫胎跡象。

（3）盤車推力間隙超標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)值 0.16～0.20 mm，實(shí)測(cè)值0.57 mm。

3.2 問題分析

（1）1#瓦B側(cè)下球面及其接觸的基座存在大量凹坑。某公司1#機(jī)組在歷次1#軸瓦解體檢修中都發(fā)現(xiàn)此問題，每次都將軸瓦返廠進(jìn)行球面加工，但下次檢修依然出現(xiàn)凹坑。針對(duì)此問題，上海汽輪機(jī)廠的解釋為電腐蝕，通過與江蘇方天以及諫壁電廠技術(shù)人員交流，認(rèn)為凹坑產(chǎn)生的原因是：由于軸瓦的長(zhǎng)期振動(dòng)，軸瓦與底座發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間撞擊而產(chǎn)生凹坑。即此凹痕為軸瓦長(zhǎng)期振動(dòng)的結(jié)果，凹痕的存在會(huì)影響軸瓦的剛度，進(jìn)而造成軸瓦瓦振異常。

（2）1#軸瓦軸振異常原因。①由1#軸瓦修前數(shù)據(jù)可知軸瓦的間隙基本符合標(biāo)準(zhǔn)，頂隙數(shù)值偏小，且軸瓦烏金完好、無顯著磨痕?；究膳懦S瓦缺陷造成1#軸瓦軸振異常。②對(duì)比1#，2#機(jī)組1#軸瓦油膜壓力，2016年12月1#機(jī)組1#軸瓦油膜壓力約為2.2 MPa，2#機(jī)組1#軸瓦油膜壓力約為3.3 MPa。同時(shí)分析1#機(jī)組1#軸瓦2016年異常振動(dòng)時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，可知1#軸瓦負(fù)載過低。軸瓦負(fù)載過低易出現(xiàn)軸瓦油膜渦動(dòng)、油膜失穩(wěn)的情況。③鑒于浙江玉環(huán)電廠1000 MW機(jī)組高壓缸內(nèi)部存在碰磨情況，以及諫壁電廠1000 MW機(jī)組1#軸瓦振動(dòng)異常情況分析，高壓缸內(nèi)部可能存在碰磨情況，而此時(shí)在頻譜上并不會(huì)反映出振動(dòng)相位明顯變化。因此，高壓缸內(nèi)部存在碰磨情況，也是1#機(jī)組1#軸瓦軸振大的可能原因。

3.3 處理措施

（1）軸瓦返廠重新澆注烏金，加工至標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

（2）軸瓦底部的球面墊塊接觸面返廠重新加工，通過涂紅丹檢查（紅丹涂于軸瓦凸球面上），若達(dá)不到70%以上接觸的要求，必須用刮刀對(duì)球面支架（凹球面）進(jìn)行修刮。

（3）復(fù)查軸瓦相關(guān)間隙尺寸，按圖紙要求尺寸下公差數(shù)值做準(zhǔn)。應(yīng)檢查軸瓦左右兩側(cè)墊塊的間隙，以滿足圖紙的要求。

（4）測(cè)量盤車推力間隙、軸瓦晃動(dòng)，盤車檢修數(shù)據(jù)必須符合標(biāo)準(zhǔn)要求。測(cè)量、調(diào)整盤車與高壓轉(zhuǎn)子中心，調(diào)整結(jié)果必須符合要求。

（5）調(diào)整1#軸瓦標(biāo)高、增加軸瓦負(fù)載，增加其穩(wěn)定性。通過某公司專業(yè)技術(shù)人員討論，確定調(diào)整量為1#軸瓦標(biāo)高向上調(diào)整0.10 mm，同時(shí)為避免軸瓦向上調(diào)整后動(dòng)靜部件出現(xiàn)碰磨，高壓缸缸體在前貓爪處向上調(diào)整0.10 mm。

4 維修效果

1#機(jī)組檢修后于2017年5月2日沖轉(zhuǎn)至3000 r/min,目前機(jī)組負(fù)荷最大已達(dá)到980 MW，各道軸瓦振動(dòng)情況穩(wěn)定。維修后1#軸瓦振動(dòng)頻譜顯示1#軸瓦無25 Hz分量。

5 結(jié)語

通過機(jī)組停運(yùn)后揭瓦檢查的情況，確認(rèn)軸承承載較輕穩(wěn)定性裕度不足、高壓缸內(nèi)部存在動(dòng)靜碰摩是引起1#軸瓦振動(dòng)異常的主要原因。通過實(shí)際的運(yùn)行狀況，確認(rèn)1#機(jī)組兩側(cè)主蒸汽溫度偏差對(duì)1#軸瓦油膜壓力影響大?？梢岳眠@一特性，有針對(duì)性的調(diào)整兩側(cè)主蒸汽溫度偏差改善1#軸瓦的振動(dòng)狀況，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。1#瓦B側(cè)下球面及其接觸的基座存在大量凹坑，目前已成為西門子機(jī)組的通性問題，影響軸瓦的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，目前還沒有有效的解決方法，需要繼續(xù)進(jìn)行跟蹤，不斷完善檢修措施。

［1］張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［2］施維新,石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故［M］.北京：中國(guó)電力出版社,2008.

［3］施維新.振動(dòng)故障診斷原理及發(fā)展［J］.中國(guó)電力，2008，41（3）：48－52.