超臨界機(jī)組小汽輪機(jī)振動(dòng)分析與處理

孫猛

摘要：汽輪機(jī)（小汽輪機(jī)）作為現(xiàn)代大容量燃煤電廠的重要輔機(jī)，其運(yùn)行的可靠性對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大影響。汽動(dòng)給水泵跳閘一方面會(huì)導(dǎo)致機(jī)組出力降低，影響機(jī)組發(fā)電，另一方面嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳閘，影響電力系統(tǒng)的安全。小汽輪機(jī)振動(dòng)是汽動(dòng)給水泵組跳閘的主要原因之一。因此，必須從管理和技術(shù)上給予足夠的重視。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組;小型汽輪機(jī);振動(dòng)分析;處理;研究

1項(xiàng)目概述

華能大慶熱電有限公司機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)為CLN350-24.2/566/566型，是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、雙抽凝汽式汽輪機(jī)。

華能大慶熱電 2 x 350 MW 機(jī)組設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)半容量鍋爐給水泵的汽輪機(jī)，型號(hào)為NK50/56/0。兩臺(tái)本汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)鍋爐給水泵，并聯(lián)運(yùn)行，配一臺(tái)主機(jī)。一臺(tái)30%容量的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的鍋爐給水泵作備用。

引起各種小汽輪機(jī)異常振動(dòng)增加，主要包括：振動(dòng)部件故障、滑銷(xiāo)系統(tǒng)卡澀、汽流激振、軸封溫度過(guò)低、動(dòng)靜摩擦、軸承磨損、軸承松動(dòng)、汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)子中心不直、轉(zhuǎn)子熱彎、，聯(lián)軸器松動(dòng)、軸承缺潤(rùn)滑油、油溫過(guò)低、軸承油膜振蕩、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡等公司統(tǒng)計(jì)顯示，80%以上的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障是由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子中心靜摩擦和靜摩擦這三個(gè)原因引起的。

2小汽輪機(jī)振動(dòng)

電廠2號(hào)機(jī)組小汽輪機(jī)的前、后軸承分別為1瓦（前軸承）和2瓦（后軸承）。兩者都配備了x和Y方向的軸向振動(dòng)探頭。軸向振動(dòng)報(bào)警值設(shè)置為80μm，跳閘值設(shè)置為125μm。

2B小機(jī)組在4500-4700r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，前軸承振動(dòng)突然異常增大，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。為此，電廠技術(shù)人員利用EVM-8動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)對(duì)2B給水泵組的振動(dòng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和診斷。

第二單元轉(zhuǎn)速為4500～4700r/min，席前軸承的X軸振動(dòng)明顯波動(dòng)，約60μm～100μm，機(jī)組加載后，小機(jī)組2B轉(zhuǎn)速超過(guò)4700r/min。小機(jī)組席前軸承的X軸振動(dòng)從100μm迅速下降到約50μm，負(fù)荷繼續(xù)上升，機(jī)組負(fù)荷下降，小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降到4700r/min以下時(shí)，振動(dòng)保持在50μm附近;2B機(jī)組前面軸承的X軸振動(dòng)從65μm增加到101μm。

3振動(dòng)原因分析

（1）蒸汽流激勵(lì)。機(jī)組2次啟動(dòng)停機(jī)，小汽輪機(jī)也多次啟動(dòng)停機(jī)。每次蒸汽源不同（四泵或輔助蒸汽），每次啟動(dòng)參數(shù)都有一定程度的不同，但小汽輪機(jī)前后的軸承振動(dòng)值差異不顯著。因此，小汽輪機(jī)振動(dòng)的增加與小汽輪機(jī)啟動(dòng)參數(shù)的選擇無(wú)關(guān)。由于小汽輪機(jī)的振動(dòng)突變只發(fā)生在特定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，且具有一定的偶然性，因此可以排除汽流激勵(lì)。

（2）擴(kuò)展被阻止。小汽輪機(jī)殼體與基礎(chǔ)之間沒(méi)有異常，滑動(dòng)銷(xiāo)系統(tǒng)狀態(tài)良好，表明小汽輪機(jī)的振動(dòng)突變不是由膨脹障礙引起的。

（3）壓板和預(yù)埋地腳螺栓之間的間隙?，F(xiàn)場(chǎng)檢查了小型汽輪機(jī)基礎(chǔ)底板與埋入式地腳螺栓之間的間隙。結(jié)果表明，在熱態(tài)下，錨桿螺栓與基礎(chǔ)底板之間的膨脹間隙為2mm，滿(mǎn)足了小型汽輪機(jī)廠家的設(shè)計(jì)要求。檢查軸承座和聯(lián)軸器，無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，排除上述原因。

（4）軸封和軸承的潤(rùn)滑油參數(shù)。通過(guò)查閱2B小型機(jī)械振動(dòng)突然增加前后的歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)軸封壓力和溫度均在規(guī)定值內(nèi)，潤(rùn)滑油壓力、流量和油溫也在規(guī)定值范圍內(nèi)，無(wú)異常變化。因此，可以排除軸封溫度過(guò)低、軸承油溫過(guò)低或軸承供油不足。

（5）油膜振蕩。油膜振蕩的一個(gè)重要特征是，只有當(dāng)小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)，才會(huì)發(fā)生油膜振蕩，振動(dòng)幅度突然增大，振動(dòng)非常嚴(yán)重，甚至可能導(dǎo)致軸瓦損壞。查閱2B小型機(jī)械的歷史振動(dòng)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，在4250r/min的轉(zhuǎn)速下（約為一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍），前后軸承的振幅穩(wěn)定，變化不大，可以排除油膜振蕩的原因。

（6）靜電和靜電摩擦或振動(dòng)探頭故障。從小型機(jī)器2B前面的軸承收集的數(shù)據(jù)可以看出，在振動(dòng)穩(wěn)定期間，振幅穩(wěn)定在50μm。振動(dòng)變化主要發(fā)生在4500～4700r/min階段，速度變化較快。當(dāng)速度變化緩慢時(shí)，不會(huì)發(fā)生振動(dòng)突變。分析表明，振動(dòng)主要為1倍頻，變化過(guò)程也為1倍頻，表明轉(zhuǎn)子可能存在靜碰和靜碰等問(wèn)題，可能是1號(hào)軸承的碰摩故障。同時(shí)，由于1x方向的振動(dòng)變化，1Y方向的振動(dòng)基本不變，因此不能排除信號(hào)異常的可能性。綜上所述，1x振動(dòng)有兩種可能的原因：一種是摩擦故障，可能是軸封、蒸汽盤(pán)或油塊處的摩擦;二是1x振動(dòng)探頭共振，在4500～4700r/min速度范圍內(nèi)有時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，可能與支架松動(dòng)程度有關(guān)。

4故障排除

（1）摩擦故障處理。初步分析認(rèn)為2B小機(jī)前軸承振動(dòng)故障為碰摩故障。因此，在機(jī)組的正常運(yùn)行中，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整，以避免小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在4500～4700r/min范圍內(nèi)快速變化。2017年8月31日，2號(hào)機(jī)組停機(jī)檢修，其中2B小機(jī)徹底檢查，主要檢查1號(hào)軸封間隙，軸瓦、擋油塊和其他裝置。檢查發(fā)現(xiàn)小汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的部分汽封和1號(hào)軸承的油塊明顯碰傷，這也證明了之前的判斷。在一次維修中對(duì)2B小機(jī)進(jìn)行如下處理：2B小機(jī)軸封間隙按標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)整，對(duì)小機(jī)軸瓦進(jìn)行研磨，為了保證良好的接觸面積，小機(jī)軸承間隙按標(biāo)準(zhǔn)值下限進(jìn)行調(diào)整。

（2）質(zhì)量不平衡故障處理。初步分析了2B小型發(fā)動(dòng)機(jī)后軸承的振動(dòng)故障是由二階質(zhì)量不平衡引起的。由于稱(chēng)重位置的限制，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡效果無(wú)法保證。在此A維修期間，2B小型機(jī)器轉(zhuǎn)子被送回工廠進(jìn)行高速動(dòng)平衡處理。在1w側(cè)110°位置和2w側(cè)290°位置處，將120g平衡塊添加到2B小型機(jī)器轉(zhuǎn)子的配重孔中。單元2A修復(fù)后，在小單元2B上進(jìn)行超速試驗(yàn)。小機(jī)組1X、1y軸振動(dòng)約20μm，2x、2Y軸振動(dòng)約50μm。我國(guó)現(xiàn)行汽輪機(jī)軸系振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min及以上時(shí)，軸系振動(dòng)25μm以下為良好，50μm以下為合格。

結(jié)論

汽輪機(jī)小振動(dòng)的原因比較復(fù)雜，同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析也應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，同時(shí)應(yīng)注意設(shè)備基礎(chǔ)的安裝和維護(hù)數(shù)據(jù)的收集、整理和匯總，從汽輪機(jī)機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)的變化分析機(jī)組運(yùn)行狀況，再到設(shè)備異常和故障診斷，可以達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]胡慧園.350MW輔機(jī)單列超臨界機(jī)組APS技術(shù)研究及應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2018