某熱電廠汽輪機(jī)調(diào)試中振動(dòng)大的診斷處理

摘要：對(duì)某熱電廠汽輪機(jī)調(diào)試啟動(dòng)中出現(xiàn)振動(dòng)大的情況進(jìn)行了分析診斷，通過(guò)調(diào)整振動(dòng)軸瓦的標(biāo)高，平衡軸瓦載荷，迅速消除了機(jī)組振動(dòng)，為該熱電廠節(jié)約了啟動(dòng)費(fèi)用和調(diào)試時(shí)間。

關(guān)鍵詞：軸瓦;油膜振蕩;載荷;標(biāo)高

1 ? ?機(jī)組調(diào)試啟動(dòng)情況

某熱電廠共安裝3臺(tái)50 MW空冷單缸抽汽凝汽式汽輪機(jī)組，五段調(diào)整抽汽作為城市供熱。轉(zhuǎn)子為整體鍛套組合結(jié)構(gòu)。推力軸承與汽輪機(jī)前軸承#1瓦組成徑向推力聯(lián)合軸承，裝于可前后膨脹的前軸承座內(nèi)。后軸承座與后汽缸鑄成一體，內(nèi)部裝有汽輪機(jī)后軸承#2瓦和發(fā)電機(jī)前軸承#3瓦，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用剛性聯(lián)軸器連接。發(fā)電機(jī)后軸承#4瓦單獨(dú)布置。4個(gè)軸瓦均為橢圓型軸瓦。

一號(hào)機(jī)組安裝后首次啟動(dòng)，3 000 r/min定速下，機(jī)組各瓦振動(dòng)穩(wěn)定，最大振動(dòng)是#3瓦（33 μm），烏金溫度最高為#2瓦（89 ℃）。由于#2瓦烏金溫度較高，停機(jī)后將進(jìn)油節(jié)流孔直徑由26 mm擴(kuò)大到32 mm。再次啟動(dòng)，定速下，各瓦振動(dòng)最大仍是#3瓦（27 μm），其烏金溫度65 ℃，#2瓦烏金溫度降至66.9 ℃。帶負(fù)荷至20 MW，#3瓦烏金溫度突然升至117 ℃，回油溫度也增至100 ℃。停機(jī)檢查#3瓦上下瓦烏金損壞，更換新軸瓦，將#3瓦上瓦頂隙由原來(lái)的0.36 mm增大到0.45 mm，同時(shí)在上下瓦均修刮了油囊。再次啟動(dòng)，3 000 r/min下各瓦振動(dòng)均在30 μm以下，各瓦烏金溫度正常。但在負(fù)荷升至45 MW時(shí)，#3瓦振動(dòng)由30 μm突升至76 μm，同時(shí)機(jī)組其他各瓦振動(dòng)也迅速上升，降負(fù)荷至41 MW，#3瓦振動(dòng)升至116 μm，逐步降低負(fù)荷至3.8 MW，#3瓦振動(dòng)由100 μm突降至29 μm。之后振動(dòng)穩(wěn)定30 min后，繼續(xù)加負(fù)荷至25 MW時(shí)，#3瓦振動(dòng)再次上升到129 μm，繼續(xù)加負(fù)荷至30 MW，#1瓦振動(dòng)42 μm，#2瓦振動(dòng)46 μm，#3瓦振動(dòng)129 μm，#4瓦振動(dòng)48 μm。減負(fù)荷，直至負(fù)荷降為零，#3瓦和#4瓦振動(dòng)仍沒(méi)有降低，打閘停機(jī)。調(diào)試工作停止。

2 ? ?機(jī)組振動(dòng)故障及原因分析

該機(jī)組承擔(dān)著市區(qū)本年供熱任務(wù)，必須盡快正常投運(yùn)，如果按常規(guī)消振程序重新啟機(jī)測(cè)試，會(huì)使整個(gè)消振工期延長(zhǎng)，同時(shí)也增加了電廠的啟動(dòng)費(fèi)用。因此，首先利用機(jī)組發(fā)生振動(dòng)時(shí)的測(cè)試記錄，結(jié)合運(yùn)行和以往所做的工作，對(duì)該機(jī)組振動(dòng)原因作出診斷，采取相應(yīng)措施。調(diào)出機(jī)組振動(dòng)曲線研究后，發(fā)現(xiàn)其時(shí)滯時(shí)間在10 s之內(nèi)，依據(jù)這一特征，對(duì)發(fā)生的振動(dòng)故障原因做出如下診斷：

額定轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)突然增大，故障原因一般有以下4種：

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫：該振動(dòng)增大時(shí)滯是在10 s之內(nèi)，但振動(dòng)增大后就不能恢復(fù)到原來(lái)水平，故而是一次性的。但#3瓦振動(dòng)增大兩次都是可逆的，即可以恢復(fù)到原來(lái)的振動(dòng)值，由此可以排除這一故障。

（2）轉(zhuǎn)軸與水接觸：由于汽缸、軸封疏水不暢，或抽汽管逆止閥前管內(nèi)積水，機(jī)組帶至某一負(fù)荷后，管內(nèi)積水發(fā)生閃蒸，使低溫蒸汽帶水濺到轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子彎曲，振動(dòng)突然增大。該振動(dòng)增大時(shí)滯在30～60 s，而且振動(dòng)降低時(shí)滯在2 min以上，這與機(jī)組振動(dòng)特征不符，可以排除。

（3）轉(zhuǎn)軸碰磨：在新機(jī)調(diào)試初次并網(wǎng)帶負(fù)荷中最容易發(fā)生，會(huì)引起轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生不平衡。振動(dòng)最大時(shí)滯由碰磨的嚴(yán)重性決定，隨著碰磨加重，時(shí)滯明顯減小，參考目前對(duì)該振動(dòng)的統(tǒng)計(jì)，該振動(dòng)增大最小時(shí)滯大于2 min，因此這一原因也可以排除。

（4）軸瓦發(fā)生自激振動(dòng)：不論是半速渦動(dòng)，還是油膜振蕩，振動(dòng)增大和消失的時(shí)滯都在10 s之內(nèi)，因此，#1機(jī)的振動(dòng)特征與這一故障比較吻合。

另外，從軸瓦損壞特征分析，也印證了軸瓦自激振動(dòng)的存在。

（1）軸瓦損壞：一般因軸瓦檢修工藝或設(shè)計(jì)上問(wèn)題引起的烏金溫度升高、燒瓦，只會(huì)使下瓦烏金嚴(yán)重磨損或熔化，而不會(huì)損壞上瓦。但從#3瓦損壞情況看，上瓦烏金有較大面積的熔化脫落，而下瓦只有局部?jī)蓧K軟化脫落，無(wú)嚴(yán)重碾壓的痕跡，表明#3瓦下瓦無(wú)承重跡象，所以#3瓦載荷太輕降低了穩(wěn)定性，是誘發(fā)油膜振蕩的原因。

（2）#3瓦載荷太輕的原因：安裝時(shí)#2瓦和#3瓦中心一致，后軸承座與后汽缸鑄成一體，內(nèi)部#2瓦靠近汽輪機(jī)側(cè)，在升速帶負(fù)荷過(guò)程中，因溫度升高大于#3瓦，會(huì)使#2瓦標(biāo)高相對(duì)#3瓦出現(xiàn)上升，從而造成#2瓦載荷加大、瓦溫偏高，而#3瓦載荷太輕的情況。#2瓦標(biāo)高上升，通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抬高，也可能是造成#3瓦上瓦頂隙小而損壞的原因。

（3）增加軸瓦頂隙：這會(huì)顯著降低軸瓦穩(wěn)定性。振動(dòng)增大是發(fā)生在增大軸瓦頂隙之后，因此，增加軸瓦頂隙可能是誘發(fā)軸瓦自激振動(dòng)的另一個(gè)原因。

3 ? ?消除振動(dòng)措施

根據(jù)上述分析診斷，消除軸瓦振動(dòng)的措施為提高#3瓦的穩(wěn)定性。

（1）增加軸瓦載荷：增加#3瓦載荷，也會(huì)使#3瓦烏金溫度升高，但由上述分析可知，啟動(dòng)時(shí)盡管#3瓦烏金損壞，但#3瓦下瓦并無(wú)承重的跡象，因此將#3瓦標(biāo)高抬高0.15 mm，增加#3瓦載荷。如果啟動(dòng)過(guò)程中#2瓦的標(biāo)高上升，分擔(dān)的載荷增大，則應(yīng)該不會(huì)使#3瓦烏金溫度明顯升高。

（2）減小軸瓦頂隙：提高軸瓦穩(wěn)定性最簡(jiǎn)單有效的方法是減小軸瓦頂隙，但也可能會(huì)引起軸瓦烏金溫度的升高。是否會(huì)再次造成#3瓦烏金損壞，這是首先要考慮的。本次燒瓦是由于#2瓦標(biāo)高上升帶動(dòng)的，在抬高#3瓦標(biāo)高后，運(yùn)行中的頂隙將不會(huì)受#2瓦影響而變小。鑒于這些特征，將軸瓦頂隙恢復(fù)到原來(lái)的0.36 mm是安全可行的。

4 ? ?消振措施的實(shí)施及結(jié)果

拆除#3瓦中分面所加的0.10 mm的墊片，實(shí)測(cè)#3瓦頂隙為0.355 mm。翻出#3瓦下瓦，檢查軸徑與軸瓦下瓦烏金的接觸情況良好，無(wú)需對(duì)下瓦進(jìn)行修刮處理。將#3瓦下方瓦枕加墊使其標(biāo)高抬高0.15 mm，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心比汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心高0.15 mm。

實(shí)施消振措施后，啟動(dòng)，機(jī)組在定速3 000 r/min和帶負(fù)荷下各瓦振動(dòng)穩(wěn)定，且無(wú)低頻分量出現(xiàn)。各瓦烏金溫度均在67 ℃以下，#1、#2、#3瓦烏金溫度差別不大，說(shuō)明各瓦軸瓦載荷均勻。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

5 ? ?結(jié)論

（1）該機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行中振動(dòng)突然增大的故障原因是，#3瓦載荷太輕失穩(wěn)，發(fā)生了油膜振蕩，振動(dòng)迅速增大，進(jìn)而波及機(jī)組其他各瓦。

（2）該機(jī)的振動(dòng)故障診斷明確，消振工作針對(duì)性強(qiáng)，效果很好。通過(guò)這次消振處理，使機(jī)組空負(fù)荷及滿負(fù)荷下各瓦振動(dòng)均小于30 μm，各瓦烏金溫度均在67 ℃以下。

（3）該機(jī)振動(dòng)故障的診斷及消振措施的制定僅根據(jù)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)曲線和記錄情況，未重新啟動(dòng)機(jī)組和再次進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，但實(shí)踐證實(shí)了診斷的正確性。由此不但節(jié)省了機(jī)組啟停的費(fèi)用，而且縮短了消振時(shí)間，為機(jī)組盡快投入商業(yè)運(yùn)行提供了有利條件。

[參考文獻(xiàn)]

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

[2] 張本賢.汽輪機(jī)設(shè)備檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

收稿日期：2020-02-26

作者簡(jiǎn)介：郝巨虎（1977—），男，山西交城人，工程師，研究方向：熱能與動(dòng)力工程。