給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)故障診斷與處理

陶有宏 張瑞 馬帥 戈建新

摘 要：文章通過對(duì)田集發(fā)電廠2號(hào)機(jī)給水泵汽輪機(jī)B振動(dòng)異常情況進(jìn)行分析診斷，判斷振動(dòng)故障原因?yàn)榛N系統(tǒng)卡澀導(dǎo)致汽缸左右側(cè)膨脹偏差大，汽封套變形等引起的動(dòng)靜碰磨故障，通過對(duì)汽缸底部立銷進(jìn)行加固，增加汽缸膨脹監(jiān)視裝置，檢查清理滑銷系統(tǒng)和動(dòng)平衡等手段，最終將汽輪機(jī)軸振降低至40μm以下，為該型汽輪機(jī)提供了典型故障樣本，可為同類型機(jī)組振動(dòng)故障診斷處理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)故障；診斷；處理

中圖分類號(hào)：TM621.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0139-02

Abstract： Based on the analysis and diagnosis of the abnormal vibration of No.2 feed-water pump turbine in Tianji Power Plant， this paper judges that the reason of vibration fault is that the sticking of sliding pin system causes the large expansion deviation on the left and right sides of the cylinder， and the dynamic and static rubbing fault caused by the deformation of the steam jacket， etc. Through reinforcing the vertical pin at the bottom of the cylinder， adding the cylinder expansion monitoring device， checking and cleaning the sliding pin system and dynamic balance， the shaft vibration of the steam turbine is finally reduced to below 40 μm， which provides a typical fault sample for this type of steam turbine， thus providing reference for the vibration fault diagnosis and treatment of the same type unit.

Keywords： vibration fault； diagnosis； treatment

前言

田集發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組為630MW超臨界汽輪機(jī)，配置二臺(tái)50%容量汽動(dòng)給水泵組，給水泵汽輪機(jī)為杭州汽輪股份有限公司引進(jìn)西門子公司技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的NK63/71/0型，單側(cè)進(jìn)汽、單缸、單軸、反動(dòng)式、純冷凝式汽輪機(jī)，小機(jī)與給泵之間用鼓形齒式聯(lián)軸器連接，配備油渦輪盤車裝置，所有汽軸封均采用J型齒鑲嵌汽封。汽缸膨脹指示器裝在汽輪機(jī)前支座上，由指針直接指示汽缸的絕對(duì)膨脹量，正常情況下，汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)能保證汽缸有導(dǎo)向的自由熱膨脹，指示器指針的移動(dòng)是連續(xù)的，若起動(dòng)過程中某處滑銷卡澀，則指針移動(dòng)出現(xiàn)滯止或突跳。

1 振動(dòng)情況

2016年1月份2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)后，給水泵汽輪機(jī)B前軸承振動(dòng)明顯增大，平均振幅由修前40μm增大到70μm，且運(yùn)行中多次出現(xiàn)振動(dòng)值異常變化，振動(dòng)異常時(shí)幅值會(huì)迅速升高并超過報(bào)警值，甚至達(dá)到小機(jī)遮斷值，造成小機(jī)跳閘，2016年1月至8月，該汽輪機(jī)共出現(xiàn)7次振動(dòng)報(bào)警，2次振動(dòng)超過120μm跳閘值，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2 設(shè)備解體檢查情況和振動(dòng)原因分析

2016年7月在2B小機(jī)啟動(dòng)過程中，在汽缸周圍架設(shè)8只百分表，對(duì)汽缸各處膨脹進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明汽缸左、右軸向膨脹相差1.18mm，徑向膨脹相差0.54mm，汽缸右側(cè)的膨脹明顯受到阻礙，汽缸膨脹的總量也明顯偏小。聯(lián)系西安熱工院、杭州汽輪股份有限公司、給水泵汽輪機(jī)排汽裝置制造廠家共同對(duì)進(jìn)、排汽管道進(jìn)行檢查和校核計(jì)算，排除了外接管道熱膨脹造成汽缸偏斜的可能[1]。

2016年9～12月2號(hào)機(jī)組大修中對(duì)2B給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行大修，發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：

（1）前軸封嚴(yán)重磨損，左右兩側(cè)間隙值相差1mm，左側(cè)間隙為0.5mm，右側(cè)間隙為1.5mm。

（2）平活塞汽封齒嚴(yán)重磨損，平衡活塞汽封套變形，橢圓度達(dá)到1.4mm。

（3）轉(zhuǎn)子彎曲度比上次檢修有所增加，最大彎曲值

0.05mm（上次檢修為0.02mm），最大彎曲部位在前軸封處，轉(zhuǎn)子前端有較明顯的翹頭現(xiàn)象，分析可能是前軸封與轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨所致。

（4）汽缸前端右側(cè)貓爪橫銷嚴(yán)重銹蝕，卡在槽內(nèi)無法取出。

綜合以上幾點(diǎn)，我們認(rèn)為這是一起較為典型的因汽缸膨脹受阻導(dǎo)致動(dòng)靜碰磨，引起機(jī)組振動(dòng)的故障，動(dòng)靜碰磨的部位主要有兩個(gè)，一個(gè)是汽缸膨脹受阻導(dǎo)致的前軸封碰磨，一個(gè)是平衡活塞汽封套變形導(dǎo)致的汽封碰磨。

3 振動(dòng)故障處理

杭州汽輪股份有限公司制造的NK系列汽輪機(jī)被廣泛用于驅(qū)動(dòng)火電廠鍋爐給水泵，雖然是七十年代中期引進(jìn)的西門子技術(shù)，在目前國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)中仍然處于比較先進(jìn)的水平，該汽輪機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，總體性能穩(wěn)定、效率高。田集發(fā)電廠目前有八臺(tái)NK63/71型汽輪機(jī)，根據(jù)我們多年的使用經(jīng)歷，發(fā)現(xiàn)該型汽輪機(jī)也存在一些設(shè)計(jì)問題，或者說存在一些與國(guó)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)現(xiàn)狀不相適應(yīng)的地方，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，容易出現(xiàn)機(jī)組異常振動(dòng)的問題[2]。

（1）汽缸膨脹監(jiān)測(cè)裝置過于簡(jiǎn)陋，僅在前軸承座臺(tái)板上固定了二個(gè)鋼直尺，監(jiān)視不便，也無法進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析。為有效監(jiān)測(cè)汽缸膨脹情況，我們?cè)谄浊岸税惭b4只CIJ13500型電渦流位移傳感器，測(cè)量汽缸的軸向、徑向膨脹量。CIJ13500型電渦流位移傳感器的測(cè)量精度為0.01mm，數(shù)據(jù)可接入DCS系統(tǒng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)方在線監(jiān)測(cè)，也可以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

（2）汽缸滑銷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度較差，一般汽輪機(jī)汽缸前端的定位方式都是前軸承座依靠底部縱銷與基礎(chǔ)臺(tái)板定位，汽缸前端依靠立銷與軸承座定位，而NK63/71型汽輪機(jī)的汽缸與前軸承座分別依靠立銷和縱銷與基礎(chǔ)臺(tái)板單獨(dú)進(jìn)行定位，且滑銷有一個(gè)高度560mm的底座。這樣的結(jié)構(gòu)存在二個(gè)問題：一是滑銷底座在外力作用下會(huì)產(chǎn)生一定的彎曲變形；二是軸承座與汽缸的位移量會(huì)出現(xiàn)累加現(xiàn)象，導(dǎo)致動(dòng)靜間隙變化量大。對(duì)此我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：在3.5噸的橫向推力下，汽缸與軸承座之間相對(duì)位移達(dá)到0.25mm。汽輪機(jī)膨脹受阻所產(chǎn)生的作用力肯定遠(yuǎn)大于3.5噸，所以該型汽輪機(jī)在汽缸膨脹受阻時(shí)更容易產(chǎn)生動(dòng)靜碰磨。

（3）滑銷系統(tǒng)卡澀的問題。汽缸前端右側(cè)貓爪橫銷卡澀的主要原因是安裝和檢修質(zhì)量問題，但也存在一些客觀原因，需要我們加以注意：a.滑銷配合間隙較小，制造廠規(guī)定貓爪橫銷的配合間隙為0.01～0.03mm，不僅加工困難，也容易產(chǎn)生卡澀，我廠已將此標(biāo)準(zhǔn)修改為0.03～0.05mm；b.軸封汽調(diào)節(jié)不方便導(dǎo)致前軸封漏汽大，前、后軸封汽合用一只手動(dòng)截止閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，且閥門布置在半空中，操作很不方便，在機(jī)組變工況時(shí)運(yùn)行人員很難做到及時(shí)調(diào)整，為了保證后軸封不漏真空，一般都會(huì)維持較高的軸封汽壓力，導(dǎo)致前軸封漏汽，漏汽形成的凝結(jié)水會(huì)造成前貓爪橫銷銹蝕；c.從我們了解的情況看，與我廠2B小機(jī)同時(shí)期發(fā)生振動(dòng)的同型汽輪機(jī)，其原因都是貓爪橫銷卡澀，這很難用巧合來解釋，我們分析可能是與該汽輪機(jī)單側(cè)進(jìn)汽，汽缸左、右受力不平衡有關(guān)[3]。

（4）平衡活塞汽封套變形的問題。查閱我廠給水泵汽輪機(jī)歷次檢修的記錄，平衡活塞汽封套均存在較大的變形量，與制造廠溝通后確認(rèn)該機(jī)型平衡活塞汽封套變形是一個(gè)共性問題，主要是汽封套設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足。同時(shí)該汽封套在汽缸內(nèi)的定位方式較為特別，是依靠自身結(jié)構(gòu)上的一個(gè)彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行自定位，沒有任何定位銷或鍵，所以發(fā)生變形后汽封套中心會(huì)發(fā)生很大的偏移，極易造成動(dòng)靜碰磨。汽封套變形的處理方式是高溫回火去除熱應(yīng)力，再重新車削、鑲齒，杭汽廠已將平衡活塞汽封間隙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改，新標(biāo)準(zhǔn)的單側(cè)間隙放大了0.5mm。

4 處理后的情況

從2B給水泵汽輪機(jī)檢修后，汽缸膨脹情況非常好，總膨脹量較修前增大了1mm以上，左、右兩側(cè)膨脹量基本一致。2017年1月機(jī)組啟動(dòng)后，2B給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行情況穩(wěn)定，未再出現(xiàn)振動(dòng)突變的情況，但前軸承振動(dòng)仍偏大，最大振幅77μm，平均振幅60μm。振動(dòng)分量主要為一倍頻，振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速升高而增加，且振動(dòng)的重復(fù)性較好，具有較為典型的質(zhì)量不平衡特征，分析原因?yàn)檗D(zhuǎn)子前軸封處彎曲所致。2017年5月，由安徽省電科院對(duì)2B小機(jī)軸系進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)，經(jīng)兩次加平衡后，轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值穩(wěn)定在40μm左右。[1]

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過監(jiān)測(cè)給水泵汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中膨脹情況，判斷該型汽輪機(jī)存在左右兩側(cè)膨脹偏差的共性問題，是造成該汽輪機(jī)振動(dòng)異常升高的主要原因，通過加固汽缸前底部縱銷立柱[4]，檢查清理滑銷系統(tǒng)等手段，將汽輪機(jī)膨脹不暢問題有效解決，并在就地架設(shè)汽輪機(jī)膨脹檢測(cè)系統(tǒng)，有效監(jiān)測(cè)并記錄汽缸膨脹狀態(tài)，為汽輪機(jī)軸承振動(dòng)問題的解決與預(yù)防提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可為同類型機(jī)組類似的振動(dòng)故障提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸頌元，吳崢鋒.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016：201-220.

[2]勒智平，王毅林，張國(guó)慶，等.電廠汽輪機(jī)原理及系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006：4-20.

[3]施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故（2版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2017：177-187.

[4]王延博.汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子及結(jié)構(gòu)振動(dòng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016：108-114.