1 000 MW機(jī)組低壓缸軸瓦振動故障原因分析及治理

王勇

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院，上海，200240)

0 引言

某廠商制造的百萬機(jī)組作為新引進(jìn)的機(jī)組，其單支撐、落地式軸承完全不同其它類型的百萬機(jī)組或常規(guī)的300 MW、600 MW機(jī)組，對其振動機(jī)理產(chǎn)生的原因還有待進(jìn)一步的探索[1]。該型超超臨界百萬機(jī)組大都存在低壓缸軸瓦振動超標(biāo)問題，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本文以某電廠1#機(jī)組5#軸瓦振動的成功治理為例，介紹了該型機(jī)組低壓缸軸瓦振動的故障原因和處理方法。

1 汽輪機(jī)主要技術(shù)規(guī)范

某電廠1#機(jī)組是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級回?zé)岢槠⒎磩幽狡啓C(jī)。其主要設(shè)計性能參數(shù)如下：

額定功率 （ECR）：1 030 MW

最大功率 （MCR）：1 105 MW

額定轉(zhuǎn)速：3 000 r/min

轉(zhuǎn)向：從機(jī)頭看為順時針方向

主蒸汽壓力：26.25 MPa

主蒸汽溫度：600℃

再熱蒸汽壓力：6.05 MPa

再熱蒸汽溫度：600℃

額定工況設(shè)計熱耗：7 318 kJ/kW·h

回?zé)嵯到y(tǒng)：3高壓加熱器 （雙列）+1除氧器+4低壓加熱器

通流型式：1個高壓缸，1個中壓缸，2個低壓缸，中、低壓缸雙流

末級動葉片長度：1 146 mm

2 汽輪機(jī)軸系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某電廠的該型百萬機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)軸系上共有5個對輪，連接高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子的簡稱高中對輪，依次還有中低對輪、低低對輪、低發(fā)對輪、發(fā)勵對輪，另外液力盤車軸與高壓轉(zhuǎn)子之間有一個齒型聯(lián)軸器。其中高壓轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu)，中壓轉(zhuǎn)子和2根低壓轉(zhuǎn)子為單支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu)，勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子為單支撐結(jié)構(gòu)。

3 5#瓦振動異常情況及運(yùn)行調(diào)整

3.1 異常情況簡介

2014年 3月 30日 14∶00，1#機(jī)組負(fù)荷 830 MW，就地檢查發(fā)現(xiàn)1#汽輪機(jī)5#瓦處有異音，DCS畫面上瓦振5X在1.9～2.3 mm/s波動，5Y在2.6～3.4 mm/s波動 （汽輪機(jī)瓦振保護(hù)動作值11.8 mm/s），軸振在0.046～0.052 mm波動（汽輪機(jī)ETS跳閘條件中無軸振保護(hù)動作值，但要求轉(zhuǎn)子軸振不應(yīng)高于0.13 mm），DCS畫面顯示振動值變化不大，但就地實(shí)測5#瓦軸承箱的軸向和垂直2個方向上振動值偏大 （軸向0.4 mm，垂直0.057 mm，水平0.01 mm），測量基礎(chǔ)和軸承座振動差值較大（基礎(chǔ)垂直0.01 mm，軸向0.01 mm；軸承座垂直0.05 mm，軸向0.09 mm）。全面檢查汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移、油系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、真空、排汽溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)異常，但低壓缸膨脹明顯增大（由9.7 mm 變化到13.5 mm）。 從16∶30開始至20∶20，1#機(jī)逐漸減負(fù)荷至720 MW，汽機(jī)5#軸承箱5#瓦對應(yīng)位置周期性異聲消失，但就地測量5#軸承箱振動仍偏大 （軸向0.384 mm，垂直0.10 mm，水平0.045 mm），但DCS畫面顯示振動值變化不大。由于就地已沒有周期性異音，機(jī)組正常運(yùn)行，觀察5#瓦振動情況。

3.2 運(yùn)行調(diào)整

（1）2014年3月31日，對1#機(jī)組分別進(jìn)行提高軸封溫度試驗，降低再熱主汽溫度試驗，機(jī)組負(fù)荷擾動試驗，5#瓦軸承箱就地振動均沒有好轉(zhuǎn)。

（2）2014年4月1日，對1#機(jī)組進(jìn)行降真空試驗，機(jī)組振動明顯下降，但提高機(jī)組負(fù)荷至800 MW，機(jī)組的振動不穩(wěn)定，終止降真空試驗，并觀察運(yùn)行，保持機(jī)組負(fù)荷始終維持800 MW以內(nèi)運(yùn)行 （就地測量5#瓦軸承箱軸向振動在0.37 mm以內(nèi)，DCS顯示瓦振最大3.4 mm/s，DCS軸振為0.061 mm）。

（3）2014年4月2日，再次對1#機(jī)組進(jìn)行降真空升負(fù)荷試驗，機(jī)組負(fù)荷780～1 000 MW，高壓凝汽器真空值6.1～7.4 kPa，汽輪機(jī)振動較穩(wěn)定，能夠控制5#瓦軸承箱就地軸向振動值不超過0.3 mm，垂直振動不超過0.05 mm，水平振動不超過0.02 mm，就地軸瓦無異音。

4 5#瓦振動原因分析及運(yùn)行控制措施

4.1 振動原因分析

（1）調(diào)取了2013年7月至2013年11月1#機(jī)5#瓦的振動數(shù)據(jù)，5#瓦的軸振和瓦振在5個月范圍內(nèi)都沒有大幅波動，軸振和瓦振值均在良好范圍之內(nèi)。從數(shù)據(jù)來看振動是突然變大的，不是緩慢變化的。

（2）根據(jù)1#機(jī)組5#瓦振動相關(guān)數(shù)據(jù)分析（見圖1），軸振一倍頻基值較大，且有波動 （0.05～0.081 mm）， 二 倍 頻 有 少 量 波 動 （0.015～0.022 mm），相位角變化50°；凝汽器真空對振動的影響較大（調(diào)整高壓凝汽器真空值在6 kPa以上時，就地瓦軸向振動能控制在0.3 mm以內(nèi)，機(jī)組正常運(yùn)行時高壓凝汽器真空值應(yīng)在5 kPa左右）、低脹突變（低脹由9.7 mm突變到13.5 mm），經(jīng)以上分析，初步判斷1#機(jī)低壓缸內(nèi)部可能存在輕微動靜碰磨。

圖1 1#機(jī)5#瓦振動頻譜圖

（3）5#瓦5X軸振存在低頻量 （5X在0.5～2.4 μm波動），振動大時有異音，而且頂軸油壓不穩(wěn)定，判斷軸瓦本身可能存在問題。

（4）軸承座基礎(chǔ)和軸承座實(shí)測振動差異較大（基礎(chǔ)垂直0.01 mm，軸向0.01 mm；軸承座垂直0.05 mm，軸向0.09 mm），軸承座剛度可能不足。

（5）5#瓦軸承座剛度不足會影響2#低壓缸轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對輪中心，對輪中心偏差會導(dǎo)致5#瓦振動偏大。

（6）查閱制造廠資料，低壓缸膨脹正常值應(yīng)該在20～25 mm，1#機(jī)低壓缸膨脹只有13.5 mm，低壓缸膨脹不暢影響5#瓦振動。

4.2 運(yùn)行中采取的主要控制措施

（1）通過降低機(jī)組真空值，可以控制1#機(jī)組5#瓦振動值，保證1#機(jī)5#瓦軸向振動值不超過0.3 mm，垂直振動不超過0.05 mm，水平振動不超過0.02 mm，目前機(jī)組可以短期監(jiān)測運(yùn)行，但振動不能超過規(guī)定值。

（2）1#機(jī)5#軸承箱剛性不足也是影響5#瓦振動偏大的因素之一，在發(fā)電機(jī)端蓋和5#軸承箱之間加裝方木板硬性支撐，加裝方式見圖2。5#瓦軸承箱加裝軸向支撐后振動明顯下降，1#機(jī)組正常加、減負(fù)荷并保持最佳真空，就地測量5#瓦軸承箱的軸向振動在0.07～0.095 mm，振動值在正常范圍之內(nèi)。

圖2 1#機(jī)5#瓦運(yùn)行加支撐圖

（3）5#瓦軸承箱加裝軸向支撐后，1#機(jī)組5#瓦的振動值已回復(fù)正常，暫不停機(jī)處理5#瓦振動大問題，待2014年10月1#機(jī)組大修時一并解決該問題。目前，運(yùn)行和檢修人員做好相關(guān)的防范措施，1#機(jī)組監(jiān)視運(yùn)行。

5 5#瓦振動異常停機(jī)后的檢查處理

1#機(jī)組在2014年10月停機(jī)后，根據(jù)5#瓦振動異常的可能原因，逐條進(jìn)行了檢查和處理。

5.1 2#低壓轉(zhuǎn)子定位值K1檢查

2#低壓轉(zhuǎn)子定位值K1，由于廠家設(shè)計問題，比正常值偏小10 mm，造成2#低壓轉(zhuǎn)子和隔板輕微碰磨；碰磨車削部位見圖3。檢修期間2#低壓轉(zhuǎn)子送制造廠車削，恢復(fù)正確K1值。

圖3 1#機(jī)低壓轉(zhuǎn)子碰磨車削部位圖

5.2 5#瓦檢查

解體檢查5#瓦，翻出下瓦后發(fā)現(xiàn)下瓦左側(cè)鎢金面大面積發(fā)黃有過熱痕跡，如圖4所示。判斷5#瓦下瓦左側(cè)承受較大載荷，鎢金面溫度過高，導(dǎo)致油質(zhì)碳化；另外，5#瓦經(jīng)過長時間的振動運(yùn)行，致局部過熱，導(dǎo)致油質(zhì)碳化。5#瓦經(jīng)金屬專業(yè)做著色和探傷檢查未發(fā)現(xiàn)異常，5#瓦除去碳化油跡不做其它處理。

圖4 1#機(jī)5#瓦下瓦鎢金面過熱發(fā)黃圖

5.3 低壓缸膨脹不暢檢查

1#機(jī)低壓缸膨脹不暢也是影響5#瓦振動的因素之一，檢修期間，針對低壓缸膨脹不暢進(jìn)行了檢查并對檢查存在的問題進(jìn)行了處理：

（1）如圖5所示，檢查發(fā)現(xiàn)中低壓缸拉桿鎖緊螺帽松動導(dǎo)致膨脹和收縮量減少。將中低壓缸拉桿鎖緊螺帽擰緊并加止動墊片。

圖5 1#機(jī)中低壓缸拉桿鎖緊螺帽松動圖

（2）如圖6所示， 檢查發(fā)現(xiàn)1#、2#低壓內(nèi)缸之間推拉杠螺帽鎖緊墊片嚴(yán)重變形以及A排1#、2#低壓內(nèi)缸之間推拉杠補(bǔ)焊處斷裂導(dǎo)致低壓缸膨脹和收縮量減少。將連接桿更換成等徑圓鋼，墊片更換成一個小平墊片和一個大鎖緊墊片，螺帽緊固，進(jìn)行加強(qiáng)，防止斷裂。

圖6 1#、2#低壓內(nèi)缸之間推拉杠處理前后對比圖

（3）檢查1#、2#低壓內(nèi)缸8個貓爪支撐墊塊、4個中心導(dǎo)向鍵良好，墊塊和導(dǎo)向鍵無明顯摩擦劃痕，不會阻礙到低壓內(nèi)缸膨脹。

5.4 中心調(diào)整

重新按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整中低、低低、低發(fā)對輪中心，使整個低壓轉(zhuǎn)子軸系和各軸瓦載荷恢復(fù)到廠家要求狀態(tài)。

5.5 地腳螺栓緊固

重新緊固5#瓦所在低壓軸承箱地腳螺栓，保證軸承箱有良好的剛性。

6 振動異常處理的重點(diǎn)、難點(diǎn)及建議

（1）5#瓦振動異常發(fā)生在1#機(jī)組搶、發(fā)電的關(guān)鍵時期，1#機(jī)組立即停機(jī)處理5#瓦振動異常會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也會對電廠的信譽(yù)造成一定影響；其次1#機(jī)組年初就確定并上報了檢修計劃，定在10月份進(jìn)行大修，所有1#機(jī)組的檢修、改造項目的實(shí)施方案、物資計劃、施工單位都按10月份的進(jìn)度準(zhǔn)備的，突然停機(jī)，無法按要求完成機(jī)組的檢修和改造任務(wù)；如何在1#機(jī)組正常運(yùn)行的前提下控制5#瓦的振動，直到10月份停機(jī)處理是一個重點(diǎn)和難點(diǎn)，本次5#瓦振動異常的處理，成功解決了這一難題。建議今后其它電廠遇到類似問題時，盡可能在保證機(jī)組運(yùn)行的前提下，控制軸瓦振動，掌握主動權(quán)，選擇合適時機(jī)停機(jī)處理。

（2）本次5#瓦振動異常的原因比較多，包括動靜碰磨、軸瓦自身缺陷、低壓缸膨脹不暢、轉(zhuǎn)子中心偏差、軸承箱剛度差等諸多原因，如果分析和處理不夠完全， 5#瓦振動異常就不會成功處理。建議今后其它電廠遇到類似問題時，最好進(jìn)行全面分析，找準(zhǔn)全部原因。

（3）本次在5#瓦振動異常的處理過程中，低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行了返廠車削，由于低壓轉(zhuǎn)子超高、超寬、超重 （96 t），它的運(yùn)輸也是重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。這次提前制定了低壓轉(zhuǎn)子運(yùn)輸方案并制定了應(yīng)急預(yù)案，確保低壓轉(zhuǎn)子運(yùn)輸過程的安全。建議今后其它電廠在進(jìn)行轉(zhuǎn)子運(yùn)輸時，制定完善的方案，確保安全。

7 5#瓦振動異常處理后的效果

1#機(jī)組大修后，于2014年12月下旬開機(jī)，機(jī)組在沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、帶負(fù)荷、升負(fù)荷整個過程中5#瓦的振動都達(dá)到了優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)，滿負(fù)荷1 000 MW運(yùn)行時，整個軸系的振動情況良好。1#機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時5#瓦振動情況：DCS瓦振0.3～0.4 mm/s，軸振5X和5Y方向的振動值均小于0.025 mm；就地測量5#瓦軸承箱的軸向振動在0.05～0.07 mm；低壓缸膨脹為21 mm，恢復(fù)至正常值。經(jīng)過1#機(jī)組大修，5#瓦振動的問題得到了徹底解決，消除了機(jī)組的安全隱患。

8 結(jié)論

（1）某廠商設(shè)計制造的超超臨界百萬機(jī)組因其特殊的軸系和超長的大修間隔，在運(yùn)行中出現(xiàn)的軸瓦振動故障，其故障原因分析和處理存在較大的困難，需要不斷加強(qiáng)研究，積累經(jīng)驗[2]。

（2）對于軸瓦振動故障的治理，軸瓦自身缺陷的處理要和整個軸系的調(diào)整同步進(jìn)行。運(yùn)行中軸系是一個整體，單純處理故障軸瓦可能會引起鄰近軸瓦振動的增加，會導(dǎo)致整個軸系失穩(wěn)。

（3）軸瓦振動有時并不是軸瓦自身缺陷造成，而是由于制造廠其它相關(guān)部件加工存在問題或是基建時未嚴(yán)格按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)安裝引起的。本次5#瓦振動故障原因分析和治理為同類型機(jī)組軸瓦振動問題的處理提供了行之有效的思路和方法。