國產(chǎn)某聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)振動(dòng)分析及處理措施

荊華

（黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）

0 引言

國內(nèi)某390 MW、9F級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其蒸汽輪機(jī)為三壓、再熱、三缸、沖動(dòng)、抽凝式汽輪機(jī)。該機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過程中存在振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象和膨脹不暢現(xiàn)象，本文分析了出現(xiàn)異常的原因，提出了正確的處理措施，使得軸系振動(dòng)值降到了優(yōu)秀水平[1-3]。

1 汽輪機(jī)振動(dòng)波動(dòng)情況

某熱電#2機(jī)組汽輪機(jī)自2016年末檢修完成后，機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過程中存在振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象和膨脹不暢現(xiàn)象，經(jīng)查機(jī)組歷史數(shù)據(jù)，檢修前同樣存在振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象，#2機(jī)組汽輪機(jī)波動(dòng)情況如圖1所示。

圖1 #2機(jī)組檢修前振動(dòng)波動(dòng)情況

2017年3月，#2機(jī)組因燃機(jī)問題停機(jī)后，現(xiàn)場各方專家對(duì)#2機(jī)組汽輪機(jī)1#、2#軸振波動(dòng)振動(dòng)情況進(jìn)行分析研究，提出以下觀點(diǎn)及問題：1）根據(jù)軸振頻譜數(shù)據(jù)分析，軸系振動(dòng)以基頻為主，無雜頻分量，存在動(dòng)靜碰磨現(xiàn)象；2）上次檢修發(fā)現(xiàn)高壓缸L形調(diào)整墊片變形，以及與高壓外缸之間間隙不符合設(shè)計(jì)值的問題，再次對(duì)高壓缸L形調(diào)整墊片狀態(tài)表示懷疑；3）機(jī)組運(yùn)行過程中，絕對(duì)膨脹和高壓脹差存在階躍現(xiàn)象；4）機(jī)組停機(jī)后投入盤車，高壓缸電、調(diào)端端汽封均有摩擦聲，中壓調(diào)端端汽封有摩擦聲；5）高壓缸調(diào)端貓爪溫度較高，貓爪上平面（汽缸中分面）在機(jī)組熱狀態(tài)向上的位移量約為0.20 mm（架百分表監(jiān)測數(shù)據(jù)）。

鑒于以上問題，主張開缸檢查高壓缸L形調(diào)整墊片，懷疑L形墊鐵可能存在變形問題，現(xiàn)場決定揭開#2機(jī)組汽輪機(jī)高壓外缸檢查高壓缸L形調(diào)整墊片、高壓缸端汽封以及翻瓦檢查2#聯(lián)合軸承等。

2 檢查內(nèi)容

#2機(jī)組汽輪機(jī)揭高壓外缸檢查后，檢查項(xiàng)目及所發(fā)現(xiàn)的問題如下：1）經(jīng)檢查，L形墊鐵無異常；2）通過內(nèi) 窺鏡 檢查 高壓 缸電端、調(diào) 端定 中心梁，定中心梁外觀無異常；3）高壓缸端汽封檢查。經(jīng)檢查，高壓缸電端側(cè)有一圈汽封圈上半裝反，磨損比較嚴(yán)重，見圖2所示。

圖2 高壓缸端汽封磨損情況

高壓缸電、調(diào)端端汽封部分汽封圈下半存在磨損情況，除裝反的汽封圈外，其余端汽封磨損情況比較輕微：1）2#軸承翻瓦檢查。檢查2#聯(lián)合推力軸承，2#軸承無異常情況，推力瓦擋油環(huán)磨損比較嚴(yán)重，如圖3所示。2）前箱縱向鍵間隙檢查。前箱縱向鍵間隙在機(jī)組冷態(tài)、熱態(tài)時(shí)不一致，機(jī)組冷態(tài)工況下前箱縱向鍵左側(cè)0.05 mm塞尺不全通，右側(cè)0.03 mm塞尺不全通；機(jī)組熱態(tài)工況下前箱縱向鍵左側(cè)0.20 mm塞尺全入，右側(cè)0.03 mm塞尺不通；縱向鍵設(shè)計(jì)總間隙為0.04～0.08 mm。

圖3 推力軸承擋油環(huán)磨損情況（左側(cè)下半，右側(cè)上半）

3 處理措施

3.1 端汽封

更換檢修時(shí)裝反的汽封圈，并參照相鄰汽封圈齒高調(diào)整新汽封圈齒高；根據(jù)端汽封摩損情況，對(duì)端汽封下半有磨痕的汽封弧端，下部汽封間隙放大0.20 mm，左側(cè)間隙放大0.10 mm，右汽封間隙放大0.15 mm，并對(duì)所有汽封齒進(jìn)行修尖處理。

3.2 推力軸承擋油環(huán)

在原擋油環(huán)的基礎(chǔ)上，按照?qǐng)D樣要求重新加工螺紋形尖齒。

3.3 高壓缸、中壓缸貓爪調(diào)整

根據(jù)對(duì)#1機(jī)組高壓缸貓爪溫度測量數(shù)據(jù)計(jì)算，高壓缸貓爪因溫度引起的高度方向的熱膨脹量為0.10～0.15 mm?，F(xiàn)場采取在高壓缸調(diào)端貓爪下墊塊施加水冷卻裝置（電端側(cè)貓爪下墊塊原有水冷卻），并調(diào)整高壓缸電端、調(diào)端貓爪壓塊間隙至0.15～0.20 mm，中壓缸電端、調(diào)端貓爪壓塊間隙調(diào)整至0.15～0.20 mm。

3.4 高排、中壓主汽管道位移測點(diǎn)

此次開缸檢查無法對(duì)前箱縱向鍵進(jìn)行有效的檢查，我們懷疑縱向鍵間隙變大的情況可能是因缸體承受了較大的橫向力產(chǎn)生的，并且高壓排汽管道和中壓主汽管道在汽輪機(jī)缸體和鍋爐之間無死點(diǎn)，我們懷疑高排、中壓主汽管道熱膨脹產(chǎn)生的推力、推力矩對(duì)汽輪機(jī)缸體有較大的影響。所以在機(jī)組停機(jī)開缸檢查期間，在高排管道和中壓主汽管道部分管段設(shè)置了一些位移監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行過程中管道位移情況。

4 效果驗(yàn)證

2017年4月，#2機(jī)組汽輪機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn)，1500 r/min暖機(jī)60 min后，成功定速3000 r/min，3000 r/min工況機(jī)組汽輪機(jī)3#軸振略高，其余各瓦振動(dòng)參數(shù)良好，如圖4所示。

圖4 #2機(jī)組汽輪機(jī)3000 r/min各瓦軸振參數(shù)

圖5 機(jī)組絕對(duì)膨脹和高壓脹差階躍現(xiàn)象

#2機(jī)組在22：21開始帶負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過程中，絕對(duì)膨脹和高壓缸脹差存在階躍現(xiàn)象，如圖5所示。

機(jī)組負(fù)荷36、39、100 MW工況下，就地檢查發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)端左側(cè)、高壓電端左右兩側(cè)貓爪存在浮起現(xiàn)象；機(jī)組繼續(xù)升負(fù)荷后，高壓電端左右兩側(cè)貓爪存在浮起現(xiàn)象消失，高壓調(diào)端左側(cè)貓爪存在浮起現(xiàn)象仍然存在；機(jī)組滿負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行后，高壓調(diào)端左側(cè)貓爪存在浮起現(xiàn)象依舊存在，未見改善。高壓缸貓爪間隙監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

表1 高壓缸貓爪間隙數(shù)據(jù) mm

根據(jù)#2機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行中，高壓缸調(diào)端左側(cè)貓爪浮起現(xiàn)象分析，機(jī)組運(yùn)行過程中可能承受較大的橫向推力和推力矩的影響，否則高壓缸貓爪不會(huì)被抬起。

檢查高排、中壓主汽管道位移監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，位移監(jiān)測點(diǎn)布置情況和位移數(shù)據(jù)如圖6～圖7和表2所示。

圖6 高排管道位移測點(diǎn)布置情況

圖7 中壓主汽管道位移測點(diǎn)布置情況

表2 高排管道位移測點(diǎn)數(shù)據(jù) mm

記錄機(jī)組滿負(fù)荷工況下高排、中壓主汽管道位移測點(diǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)計(jì)算模型進(jìn)行核算，中壓主蒸汽管道位移實(shí)測結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果無較大的差異，高排管道位移測點(diǎn)2的橫向位移與理論計(jì)算值存在較大差異（因測點(diǎn)問題未采集到高排1的橫向位移）。

5 高壓缸貓爪浮起現(xiàn)象分析

#2機(jī)組汽輪機(jī)帶負(fù)荷期間，高壓缸貓爪浮起現(xiàn)象為:初期為高壓左前、右前、右后貓爪浮起（調(diào)端為前，電端為后，左右為從調(diào)端看向電端的左右手方向），浮起間隙0.10～0.15 mm（貓爪下部間隙），機(jī)組高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行后高壓缸左前貓爪浮起，貓爪浮起間隙0.10 mm。

圖8 GEDI范圍與汽輪機(jī)及凝汽器連接的主要接口的推力及力矩

圖9 測點(diǎn)“高排2”橫向位移的實(shí)測與理論計(jì)算結(jié)果

根據(jù)機(jī)組高壓缸貓爪存在浮起現(xiàn)象，并結(jié)合高排管道位移測點(diǎn)的Y向位移數(shù)據(jù)和有限元理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比進(jìn)行分析，初步懷疑是由于高排管道熱膨脹的推力和推力矩對(duì)高壓缸的影響作用導(dǎo)致高壓缸貓爪浮起現(xiàn)象。

如圖8所示，管道模型主要接口的推力及推力矩計(jì)算中，熱態(tài)工況下高壓缸高排接口所承受的推力分別為FY1=-12 287 N和FY2=-16 605 N。

圖10 4月5日121.6 MW工況測點(diǎn)“高排2”實(shí)測位移量

根據(jù)高排管道位移測點(diǎn)數(shù)據(jù)和有限元計(jì)算數(shù)據(jù)分析，如圖9所示，測點(diǎn)“高排2”實(shí)測橫向位移Y=-7 mm，在管道有限元計(jì)算中“高排2”所對(duì)應(yīng)點(diǎn)的橫向位移為Y=1.201 mm（哈汽計(jì)算結(jié)果）。測點(diǎn)“高排2”實(shí)測橫向位移與理論計(jì)算位移存在差異，“高排2”實(shí)測橫向位移記錄如圖10所示。

在管道模型有限元計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行推算，高排主管道上施加一個(gè)-Y方向的力，使“高排2”的橫向位移由Y=1.201 mm變化至Y=-7 mm，經(jīng)計(jì)算，施加的力F=110 kN。機(jī)組121.6 MW負(fù)荷工況下，高壓缸接口橫向推力分別為62 kN和68 kN（-Y方向），與設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不符，且差距較大。熱態(tài)工況管道膨脹推力對(duì)高壓缸的推力F和推力矩M示意圖如圖11所示。

考慮機(jī)組熱狀態(tài)下高排管道膨脹推力和推力矩是導(dǎo)致機(jī)組高壓缸貓爪浮起現(xiàn)象的原因，并且高排管道膨脹推力和推力矩也可能是導(dǎo)致汽輪機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象和機(jī)組軸向膨脹不暢現(xiàn)象的原因。

6 機(jī)組現(xiàn)狀

圖11 管道推力和推力矩示意圖

結(jié)合上述分析給出了新的解決方案：對(duì)高排管道采取相應(yīng)的處理措施，消除機(jī)組熱狀態(tài)下管道熱膨脹對(duì)高壓缸的推力和推力矩作用，徹底檢查前箱滑銷系統(tǒng)以及其他影響機(jī)組膨脹不暢的因素，消除機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象、機(jī)組軸向膨脹不暢現(xiàn)象和高壓缸貓爪浮起現(xiàn)象。如需升降負(fù)荷，要以緩慢的速率升降負(fù)荷，盡量減少因負(fù)荷、參數(shù)等變化對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的擾動(dòng)因素。目前該機(jī)組在帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)各處軸振如表3所示，消除了振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象，相比于未帶負(fù)荷情況，振動(dòng)值略有升高，但已達(dá)到良好范圍。

表3 汽輪機(jī)軸系各瓦振動(dòng)值 μm

因?yàn)?1機(jī)組汽輪機(jī)和#2機(jī)組汽輪機(jī)存在振動(dòng)波動(dòng)、膨脹不暢以及貓爪浮起現(xiàn)象的共性，借鑒#2機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)#1機(jī)組采取徹底的檢查、處理措施，徹底消除機(jī)組膨脹不暢現(xiàn)象和高排管道熱膨脹對(duì)高壓缸的影響作用，解決了振動(dòng)波動(dòng)問題。

7 結(jié)論

1）汽輪機(jī)軸系各瓦的振動(dòng)都是基頻振動(dòng)，未出現(xiàn)低頻以及高頻振動(dòng)，對(duì)汽輪機(jī)軸系各瓦的處理方案合理有效，問題得到徹底解決；2）機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中汽輪機(jī)軸系各瓦軸振參數(shù)良好，滿足規(guī)范要求；3）帶負(fù)荷工況下，機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定性較好，滿足運(yùn)行要求；4）變負(fù)荷運(yùn)行工況證明，汽輪機(jī)機(jī)組變負(fù)荷能力良好。