高背壓改造汽輪機(jī)組軸系振動(dòng)異常事件的診斷及處理

趙 凱

(大唐東北電力試驗(yàn)研究院有限公司,吉林 長(zhǎng)春 130012)

0 引言

傳統(tǒng)200 MW供熱機(jī)組的節(jié)能減排壓力較大[1]。為提高供熱能力及節(jié)能減排，某廠針對(duì)原有的200 MW供熱機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造：在供熱期間使用高背壓工況的低壓轉(zhuǎn)子，非供熱期間使用純凝工況的低壓轉(zhuǎn)子，即使用雙轉(zhuǎn)子的方式。

然而，由于兩低壓轉(zhuǎn)子與中壓轉(zhuǎn)子的連接部件結(jié)構(gòu)不同，該廠針對(duì)此情況改換原有的中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子的連接墊片。改造前中壓轉(zhuǎn)子平衡性較好處于合格范圍內(nèi)，高背壓轉(zhuǎn)子出廠經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)于優(yōu)秀值范圍內(nèi)，軸系單轉(zhuǎn)子平衡性較好[2]，排除軸系單轉(zhuǎn)子不平衡[3-4]造成振動(dòng)異常情況。中低對(duì)輪聯(lián)軸器對(duì)中數(shù)據(jù)皆在合理范圍內(nèi)，排除軸系對(duì)中異常造成的強(qiáng)迫振動(dòng)[5-6]，且4 W瓦振處于10 μm左右，綜上分析認(rèn)為測(cè)點(diǎn)存在異常。

對(duì)此，本文介紹了該機(jī)組高背壓改造過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)異常、振動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析、故障診斷與處理過(guò)程。能夠在處理異常的同時(shí)降低機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)，減少機(jī)組的燃煤量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 雙轉(zhuǎn)子改造簡(jiǎn)介

1.1 汽輪機(jī)概況

該機(jī)組整個(gè)軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成。高壓轉(zhuǎn)子與中壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子，低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間均為剛性連接。高中壓轉(zhuǎn)子三支撐結(jié)構(gòu)，低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩支撐結(jié)構(gòu)，整個(gè)軸系共計(jì)7個(gè)軸承，其中2號(hào)軸承為綜合推力軸承。其軸系布置如圖1所示。

圖1 機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)圖

1.2 汽輪機(jī)改造介紹

為提高供熱能力與經(jīng)濟(jì)性，機(jī)組進(jìn)行了高背壓的改造與升級(jí)，本次高背壓供熱改造使用雙低壓轉(zhuǎn)子，保持高中壓缸通流不變，原有低壓通流由2×5壓力級(jí)構(gòu)成改為2×4壓力級(jí)，同時(shí)降低末級(jí)葉片長(zhǎng)度，改造后技術(shù)路線為供熱期間使用高背壓轉(zhuǎn)子，非供熱期間使用純凝轉(zhuǎn)子，期間均采用原有中壓轉(zhuǎn)子。

由于兩轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)不同，對(duì)原有聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。原有低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器，連接墊片連接處均為平面，如圖2(a)所示，為適應(yīng)高背壓工況下的新低壓轉(zhuǎn)子，中低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)處改造后結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。

圖2 中低壓轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器改造前后示意圖

2 振動(dòng)異常分析及診斷

2.1 振動(dòng)異常數(shù)據(jù)

汽輪機(jī)在改造前，盤車狀態(tài)下，4X軸振處于10～15 μm范圍，機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中，3X、4X、5X軸振動(dòng)數(shù)據(jù)均處于合格范圍內(nèi)。

在更換高背壓轉(zhuǎn)子后，盤車狀態(tài)下，4X軸振在30～70 μm范圍內(nèi)周期性擺動(dòng)，機(jī)組啟動(dòng)后，在高中壓轉(zhuǎn)子軸段臨界轉(zhuǎn)速1 880 r/min時(shí)，4X振動(dòng)達(dá)到250 μm，觸發(fā)報(bào)警跳機(jī)，調(diào)取未改造前機(jī)組啟動(dòng)至1 880 r/min過(guò)程中4X軸振趨勢(shì)圖，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改造后4X軸振值較改造前有明顯的升高，改造前后啟動(dòng)過(guò)程中4X軸振趨勢(shì)對(duì)比如圖3所示，改造后啟動(dòng)至1 880 r/min時(shí)4號(hào)軸承及相鄰軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)如下表1所示。

圖3 4X軸振改造前后啟動(dòng)至1 880 r/min 4X軸振對(duì)比圖

表1 汽輪機(jī)1 880 r/min相關(guān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)(峰-峰值μm)

2.2 異常診斷

檢查發(fā)現(xiàn)4號(hào)軸承X方向軸振動(dòng)測(cè)點(diǎn)安裝存在偏差，如圖4所示，位移傳感器安裝在軸邊緣，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，且軸邊緣表面粗糙，存在潰縮凹點(diǎn)，導(dǎo)致在盤車狀態(tài)下，傳感器探測(cè)凹點(diǎn)位置也表現(xiàn)出周期性[7-8]，對(duì)應(yīng)了盤車狀態(tài)下4X軸振在30～70 μm范圍內(nèi)周期性擺動(dòng)的異?，F(xiàn)象[9]。

在調(diào)整傳感器安裝位置后，如圖5所示，機(jī)組再次啟動(dòng)盤車，4X軸振恢復(fù)至10～15 μm范圍，與使用純凝轉(zhuǎn)子時(shí)的晃擺幅值相接近。

圖5 4X軸振測(cè)點(diǎn)傳感器位置更正示意圖

3 振動(dòng)異常處理

在校整4號(hào)軸承X方向振動(dòng)傳感器位置后，機(jī)組再次啟動(dòng)，在機(jī)組過(guò)高中壓軸段臨界轉(zhuǎn)速及定速3 000 r/min過(guò)程中，4X軸振動(dòng)依然較高，4X軸振動(dòng)最高達(dá)到200 μm，定速3 000 r/min后，4X軸振動(dòng)基本處于160 μm左右，表明激振力依然較高[10]，4X軸振伯德圖如圖6所示，4Y軸振伯德圖如圖7所示，4W軸振伯德圖如圖8所示。

圖6 機(jī)組啟動(dòng)4X振動(dòng)伯德圖

圖7 機(jī)組啟動(dòng)4Y振動(dòng)伯德圖

圖8 機(jī)組啟動(dòng)4W振動(dòng)伯德圖

在中壓轉(zhuǎn)子過(guò)臨界以及定速過(guò)程中，4X振動(dòng)較大，振動(dòng)以基頻振動(dòng)為主，呈現(xiàn)普通強(qiáng)迫振動(dòng)的振動(dòng)特征[11]，分析認(rèn)為是由于新更換連接墊片存在質(zhì)量不平衡所致，遂決定現(xiàn)場(chǎng)在聯(lián)軸器位置進(jìn)行高速動(dòng)平衡，加重500 g，加重前后3X、4X、4W軸振數(shù)據(jù)如表2所示，汽輪機(jī)進(jìn)行平衡后，機(jī)組定速3 000 r/min時(shí)，4X通頻振動(dòng)值由161 μm降至113 μm，通頻振動(dòng)值降低47 μm，成功將振動(dòng)值降至125 μm報(bào)警值以下，保障機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行。

表2 機(jī)組轉(zhuǎn)速3 000 r/min動(dòng)平衡前后振動(dòng)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

由于雙轉(zhuǎn)子改造聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)因聯(lián)軸器中間墊片的質(zhì)量偏差而影響軸系平衡性的現(xiàn)象。另一方面，一旦軸位移傳感器安裝位置出現(xiàn)偏差時(shí)，將無(wú)法獲取準(zhǔn)確的振動(dòng)數(shù)據(jù)。對(duì)此，本文進(jìn)行振動(dòng)異常的分析診斷與處理工作，通過(guò)一次加重改善振動(dòng)狀況，以解決臨近軸承振動(dòng)異常問(wèn)題，同時(shí)避免二次加重導(dǎo)致機(jī)組的啟動(dòng)成本增加。減少燃煤用量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

本文所述方法能夠在處理異常的同時(shí)降低機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)，減少機(jī)組的燃煤量，提高經(jīng)濟(jì)效益。按照200 MW機(jī)組的單次啟動(dòng)條件主蒸汽壓力1.5～2.0 MPa，主蒸汽溫度260～280 ℃估算，平均節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)燃煤量80 t，節(jié)約鍋爐燃油2 t，節(jié)約成本8萬(wàn)元。