某燃機(jī)電廠汽輪機(jī)振動異常的原因分析及處理方法

陳松 林曉宇 陶宇彤

摘? 要：燃機(jī)電廠汽輪機(jī)產(chǎn)生異常振動是機(jī)組運(yùn)行過程中最為常見的故障之一。能夠引起汽輪機(jī)振動的原因有很多，這些原因不僅與制造、安裝、檢修和運(yùn)行管理的水平有關(guān)，而且它們之間又互相影響。因此，要找出產(chǎn)生振動的主要原因并非易事，必須通過仔細(xì)調(diào)查研究、適當(dāng)?shù)脑蚍治霾拍艽_定。本文以某燃機(jī)電廠汽輪機(jī)軸振異常為例，從機(jī)組振動表象，及對振動異常數(shù)據(jù)的分析為基礎(chǔ)，對汽輪機(jī)的異常振動進(jìn)行原因分析，再通過對汽輪機(jī)開缸大修檢查進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證確定具體原因并采取相應(yīng)措施，異常振動的問題得到解決，隱患消除。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠;汽輪機(jī);異常振動

Abstract： Abnormal vibration of steam turbine in gas turbine power plant is one of the most common faults in the operation of unit. There are many reasons that can cause turbine vibration. These reasons are not only related to the level of manufacturing， installation， maintenance and operation management， but also affect each other. Therefore， it is not easy to find out the main cause of vibration， which can only be determined by careful investigation and analysis. In this paper， the abnormal vibration of turbine shaft in a gas turbine plant is taken as an example. Based on the vibration representation of the unit and the analysis of the abnormal vibration data， the causes of the abnormal vibration of the turbine are analyzed， and then the specific causes are determined through the actual verification of the overhaul inspection of the turbine cylinder opening and the corresponding measures are taken. The problem of abnormal vibration is solved and the hidden dangers are eliminated.

Keywords： gas turbine plant， steam turbine， abnormal vibration

1 某燃機(jī)電廠汽輪機(jī)機(jī)組概況

某燃機(jī)電廠為燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其汽輪機(jī)（LZC83-7.9/1.3/0.57型）為次高壓、單缸、單軸、雙壓、無再熱、無回?zé)?、抽汽凝汽式汽輪機(jī)，汽缸前部（第1至5級）為雙層結(jié)構(gòu)，之后為單層結(jié)構(gòu)（如圖1結(jié)構(gòu)）。汽缸內(nèi)裝有高壓內(nèi)缸，中壓隔板套，中壓蒸汽室，低壓隔板套，前汽封和后汽封等部套，通流部分共由14級壓力級和1級中壓調(diào)節(jié)級組成。本機(jī)組作為熱電聯(lián)供機(jī)組，在高中壓缸下半第8壓力級后設(shè)有一級調(diào)整抽汽，用于1.3MPa工業(yè)抽汽，年平均功率（純凝工況）83.728MW，額定抽汽功率（性能保證工況）64.945MW。

2 機(jī)組振動異常

2.1 機(jī)組異常振動情況

該機(jī)組在投產(chǎn)幾年后，2號汽輪機(jī)在供熱量或者負(fù)荷波動時會出現(xiàn)軸振異?，F(xiàn)象，具體表現(xiàn)為2號汽輪機(jī)1號和2號軸承的軸振會在半小時內(nèi)逐步爬升至120μm左右后回落，軸振異?，F(xiàn)象無明顯規(guī)律變化可尋，主要發(fā)生于汽機(jī)供熱量和負(fù)荷變化時，軸振最高已達(dá)130μm，超過報警值（軸振報警值125μm，跳機(jī)值254μm）。汽輪機(jī)軸承的異常振動給機(jī)組運(yùn)行帶來了極大的安全隱患，且該機(jī)組還承擔(dān)著電網(wǎng)頂峰及地區(qū)的供熱任務(wù)，問題需要盡快解決。

2.2 數(shù)據(jù)采集

在2號機(jī)組供熱抽汽逐步切換的過程中，汽輪機(jī)1瓦X方向由52μm升高到96μm、1瓦Y方向由46μm升高到 84μm、2瓦X方向由43μm升高到72μm、2瓦Y方向由 37μm升高到61μm，如圖2、3所示。調(diào)取了機(jī)組振動異常時的歷史曲線，發(fā)現(xiàn)振動與抽汽供熱量關(guān)系明顯，即抽汽量減小時，振動增大，抽汽量增大時，振動變小，如圖4、5所示。進(jìn)行頻譜分析，#1、#2軸承振動以工頻振動為主，如圖6所示。調(diào)取運(yùn)行畫面發(fā)現(xiàn)高壓軸封溫度達(dá)到436.5℃，上缸溫度418.1℃，下缸溫度458.5℃，上下缸溫差達(dá)到 40.4℃。

3 動靜碰磨可能出現(xiàn)的特征

動靜碰磨具有多種征兆，易變的信號特征與外界條件有密切的關(guān)系，在某一時刻出現(xiàn)的特征，在其它時刻可能不再復(fù)現(xiàn)，這使得碰磨帶有不確定性。發(fā)生存在碰磨時，具體的信號特征如下：

（1）振動信號的時域波形發(fā)生畸變;

（2）碰磨點(diǎn)處軸振的工頻或通頻振動值快速增大;

（3）輕微碰磨主要是工頻振動（1X），當(dāng)嚴(yán)重碰磨時，除了工頻成分外還有其它的倍頻成分，如2X、3X等;

（4）當(dāng)軸頸和軸瓦發(fā)生碰磨時，軸瓦的烏金溫度和回油溫度將會升高;

（5）低轉(zhuǎn)速時在汽封或軸瓦處用聽針能聽到異常的聲音。

4 原因分析

（1）結(jié)合動靜碰磨可能出現(xiàn)的特征及該機(jī)組日常的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，如上圖2、3、6可知，該機(jī)組軸承振動隨工況間歇性變化，以工頻振動為主，沒有存在半倍頻、二倍頻等頻率成分，排除汽輪機(jī)存在質(zhì)量不平衡、汽流激振、中心不正的可能。

（2）軸振1X振動增大時，1Y也同時增大，2X振動增大時，2Y也同時增大，振動頻率以工頻振動為主，說明1號、2號軸承振動可能因?yàn)槠啓C(jī)內(nèi)某處動靜摩擦引起，且1號軸承處摩擦相對劇烈。

（3）1號、2號軸瓦回油溫度正常，且在運(yùn)行時用聽針并未聽到明顯異音，故判斷軸頸與軸瓦碰磨引起的振動異?？赡苄圆淮蟆?/p>

（4）汽機(jī)上下缸溫差大，軸向位移隨供熱抽汽變化敏感，說明汽缸溫度場分布不均勻及葉片結(jié)垢明顯。

綜上現(xiàn)象分析，高壓軸封處漏氣量大（高壓軸封達(dá)到436.5℃），高壓缸前軸封可能存在變形或磨損;內(nèi)缸軸封漏氣量大，上下缸溫差達(dá)到 40.4℃，汽缸可能存在變形。軸向位移隨供熱抽汽量變化，抽汽量增加到一定量（如 80 噸/時）時，轉(zhuǎn)子向機(jī)頭側(cè)移動到最大位置，引起轉(zhuǎn)子與軸封或葉頂汽封輕微摩擦，1號、2號軸振增大，隨著供熱抽汽量減少，轉(zhuǎn)子向機(jī)頭側(cè)移動變小，動靜碰磨退出，振動逐步變小。或者供熱抽汽變化及負(fù)荷變化引起汽缸溫度場變化，導(dǎo)致動靜間隙發(fā)生變化，引起振動傳感器與轉(zhuǎn)子軸頸之前的距離發(fā)生變化，產(chǎn)生“振動”增大的現(xiàn)象。

5 汽輪機(jī)開缸檢查及缺陷處理

根據(jù)上述初步分析與診斷，汽輪機(jī)內(nèi)存在動靜碰磨應(yīng)該是該機(jī)組軸振異常的主要原因。為了進(jìn)一步確定汽輪機(jī)故障原因解決汽輪機(jī)振動大的故障及證實(shí)上述的分析診斷，遂利用機(jī)組大修的機(jī)會，對汽輪機(jī)進(jìn)行開缸檢查。

在開缸后發(fā)現(xiàn)如下情況：

（1）第一級動葉葉頂汽封（汽機(jī)側(cè)）阻汽片（鑲嵌于第一級隔板上）破損，上半隔板第一道高齒破損，破損量占上半隔板阻汽片的三分之二，下半隔板第三道高齒破損，破損量占下半隔板阻汽片的三分之一，部分阻汽片出現(xiàn)缺失（如圖7、圖8）。

（2）前汽封Ⅱ后三道高壓汽封（蜂窩形式）徑向磨損嚴(yán)重（如圖9、圖10）。徑向間隙變大，高壓蒸汽從此處滲漏到軸封處，致使軸封溫度升高。對此，更換前汽封Ⅱ后三道高壓氣汽封并保證間隙合格。

開缸下來分析，第一級動葉葉頂汽封（汽機(jī)側(cè)）阻汽片（鑲嵌于第一級隔板上）破損，上半隔板第一道高齒破損，下半隔板第三道高齒破損，阻汽片破損后卷邊導(dǎo)致葉頂汽封軸向間隙變小，汽機(jī)在供熱量或者負(fù)荷波動時汽機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移發(fā)生變化（推力間隙范圍內(nèi)），轉(zhuǎn)子葉頂凸肩與卷邊的阻汽片發(fā)生動靜碰磨造成汽機(jī)振動加劇，軸振迅速攀升，碰磨點(diǎn)磨平后軸振又迅速回落至基礎(chǔ)振動值。對葉頂汽封阻汽片進(jìn)行修復(fù)，剔除舊阻汽片并鑲嵌新的阻汽片，并按照該汽輪機(jī)圖紙要求修出合格的間隙。

6 開機(jī)測試

修前2號汽機(jī)1、2號瓦軸振基礎(chǔ)振動為：1瓦X向60μm，Y向48μm，2瓦X向53μm，Y向42μm。利用大修機(jī)會通過調(diào)整1、2號軸承間隙，有效降低了1、2號瓦基礎(chǔ)軸振值，修后2號汽機(jī)1瓦X向34μm，Y向33μm，2瓦X向37μm，Y向33μm，基礎(chǔ)軸振值較修前降低15μm以上，極大提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。如圖11，在大修時針對碰磨點(diǎn)采取有效措施后，修后2號汽機(jī)1、2瓦軸振曲線平穩(wěn)，不隨供熱及負(fù)荷波動出現(xiàn)急劇爬升的現(xiàn)象，軸振值在理想范圍內(nèi)。至此，2號汽輪機(jī)振動異常的故障得到解決。

7 結(jié)論

由于汽輪機(jī)的振動往往受多方面的影響，只要跟機(jī)本體有關(guān)的任何一個設(shè)備或介質(zhì)都會是機(jī)組振動的原因。像本文中抽汽供熱機(jī)組，在抽汽供熱變化時，軸向位移變化，伴隨著軸振攀升，同時振動為工頻振動時，汽輪機(jī)振動故障往往與動靜碰磨的原因有關(guān)。本文通過對該機(jī)組的運(yùn)行模式、負(fù)荷與振動關(guān)系的變化曲線及振動頻譜分析初步診斷機(jī)組振動異常的原因，再通過開缸檢查最終鎖定影響因素，這種解決實(shí)際問題的方法也值得我們以后遇到類似問題進(jìn)行借鑒。

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