50MW背壓機組汽輪機轉(zhuǎn)子形變原因研究

福建晉江熱電有限公司 王福發(fā)

1 故障簡述

某電廠二期四號機組首次在2021年5月24號11：39分進行沖轉(zhuǎn)，第一次進行沖轉(zhuǎn)的參數(shù)如下所示：偏心50μm、汽缸膨脹1為3.8mm、膨脹2為2.7mm。11:43分沖轉(zhuǎn)到540r/min，暖機40分鐘；12：33分沖轉(zhuǎn)到1460r/min，暖機50分鐘，13:26分沖轉(zhuǎn)到2600r/min；13:41分汽輪機膨脹差為6.6mm、膨脹1為5.4mm、膨脹2為4.5mm，汽輪機振動1X：23μm、1Y：17.3μm，2X：26.74μm、2Y：26.8μm[1]。22:20分汽輪機進行第二次沖轉(zhuǎn)，偏心48μm，膨脹1為7.2mm、膨脹2為6.4mm，膨差為3.1mm；22:43分沖轉(zhuǎn)到2600r/min，暖機55分鐘，23:50沖轉(zhuǎn)到3100r/min[2]。

5月25號03：17分汽輪機3100r/min，暖機100分鐘后進行并網(wǎng)，這時膨脹1為11.89mm、膨脹2為11.21mm，膨差為4.99mm。汽輪機振動1X：15.6μm、1Y：17.3μm，2X：26.64μm、2Y：26.8μm。04；00分汽輪機2X 振動開始從19μm升到42μm，04：06分汽輪機負(fù)荷從33MW 減到28.4MW，2X 恢復(fù)到20μm，04:14分汽輪機負(fù)荷升到32.5MW 時，2X、2Y 快速上升，04：23分汽輪機2X、2Y 達到了跳機值、機組跳閘，汽輪機惰走時間為8分鐘，正常的時間為30分鐘。這個時候膨脹1為14.9mm、膨脹2為14.3mm，膨差為5.7mm，汽輪機振動1X：30μm、1Y：30μm，2X：133μm、2Y：129μm[3]。

2Y：129μm 導(dǎo)致汽機惰走八分鐘的時間，與正常的機組進行對比，明顯的時間比較短，所以根據(jù)這種情況，可以判斷汽輪機出現(xiàn)了碰摩的情況，從而增大了轉(zhuǎn)子的惰走阻力[4]。機組結(jié)束惰走之后，轉(zhuǎn)子偏心值在盤車過程中上下波動起伏，如圖1所示，偏心數(shù)據(jù)與沖轉(zhuǎn)前進行對比明顯地嚴(yán)重超過，據(jù)此可以對轉(zhuǎn)子判斷其有熱彎曲發(fā)生。

圖1 四號機組和6號機組偏心數(shù)據(jù)變化

圖2 1號與2號瓦軸振趨勢

四號機組調(diào)停后啟動，在2021年5月25號03:17分并網(wǎng)。并網(wǎng)之后軸向位移，差脹，缸溫等參數(shù)正常。2月25號04:20分2號瓦軸振幅超過136μm，機組ETS 保護動作，機組跳閘。03:32機組2X 軸振一倍頻幅值21μm，通頻幅值25μm，運行比較平穩(wěn)，其它的倍頻所占的分量比較小。03:37分機組2X 軸振一倍頻幅值22μm，二倍1.6μm，通頻幅值27μm，出現(xiàn)了波動[5]。2X 軸振在三次小幅度波動之后，二倍增大到5μm。

04:01分2X 軸振一倍頻幅值為36μm，二倍為12μm，通頻幅值為42μm。機組在負(fù)荷減低后，振動有所回落，這個時候一倍頻幅值為10μm，二倍為13μm，通頻幅值為24μm。04:07分后2號瓦振快速上升，并且是以一倍頻為主要的振動。在機組沖轉(zhuǎn)中，振動快速上升，對汽輪機1號與2號瓦振情況進行現(xiàn)場監(jiān)測（表1）。

表1 跳機前1號與2號瓦軸振表

2 分析并確認(rèn)故障原因

分析跳機數(shù)據(jù)：由圖3可看出，2號瓦軸振超過了跳機值從而導(dǎo)致跳機，而在振動幅值回落時機組出現(xiàn)了碰摩的情況，所以導(dǎo)致惰走時間為八分鐘。而機組主要是以一倍頻為主要振動，是強迫振動，而對于轉(zhuǎn)子發(fā)生強迫振動的原因有以下幾點：在2號瓦軸升到跳機值中，一倍頻幅值增大造成2X 與2Y軸振幅值增加，可判斷為動靜碰摩，并網(wǎng)后汽封和轉(zhuǎn)子間隙變小，導(dǎo)致動靜碰摩；在運行中，2X 產(chǎn)生二倍頻分量，其原因為轉(zhuǎn)動部件出現(xiàn)軸向碰摩；因為汽機測點比較少，內(nèi)部流場比較復(fù)雜，對于真實金屬溫度不能正確反映。

圖3 1號與2號瓦軸振頻譜

開缸檢查確認(rèn)：在啟機過程中，缸體和轉(zhuǎn)子的溫度隨著蒸汽溫度與流量不斷的上升而達到額定溫度。轉(zhuǎn)子或缸體金屬在升溫的過程中，其溫度分布不均勻，缸體內(nèi)表面溫度比較高，而金屬內(nèi)部溫度比較低。轉(zhuǎn)子表面溫度最高，中心孔溫度最低。而因為結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度梯度使得金屬各部分產(chǎn)生熱應(yīng)力。5月31號手動測量了4號汽輪機軸頭跳動值，其最大為0.25mm，對轉(zhuǎn)子判斷其已經(jīng)有塑性變形產(chǎn)生，對于4號汽輪機經(jīng)過商討決定開缸處理。在6月5號汽輪機轉(zhuǎn)子順利起吊，對前軸封等進行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)汽封齒嚴(yán)重磨損，前內(nèi)軸封處過熱情況明顯。開缸檢查特別是調(diào)節(jié)級葉頂位置，前汽封磨損嚴(yán)重，部分汽封齒有脫落、破損以及倒伏的情況。

3 整改措施

對檢查結(jié)果進行分析總結(jié)，以免再度發(fā)生這類事故，現(xiàn)根據(jù)機組實際情況提出整改措施：

對汽輪機通過采用調(diào)門門桿漏氣提前進行暖機，對于上下缸溫差要嚴(yán)格的控制在50℃以內(nèi)，必須要投入疏水控制子回路；啟動中增加汽缸偏擺監(jiān)視，對于原始數(shù)據(jù)在暖管前進行記錄，并網(wǎng)后對汽缸偏擺數(shù)值進行記錄，發(fā)現(xiàn)該數(shù)值突然增大，所以需對升負(fù)荷或是升轉(zhuǎn)速進行暫停并尋找原因。汽缸偏擺值在0.4mm 以上時及時查找原因并進行排除，當(dāng)在0.6mm 及以上、且振動失穩(wěn)時要進行停機處理。

對于機組啟動暖缸過程已不適應(yīng)廠家提供的啟動曲線，對于暖機時間與轉(zhuǎn)速在之前啟動中不斷的進行優(yōu)化，啟動曲線最終形成較為適合的一條；對比沖轉(zhuǎn)前原始值與偏心值，允許啟機需要偏差在20μm 及以下；汽輪機任何一個軸承的軸振值在暖缸，沖轉(zhuǎn)中超過50μm 就需要打閘，檢查并消除故障后再進行啟動；對于疏水管路的溫度要進行就地檢查，以免不通暢；在沖轉(zhuǎn)過程中要充分暖機，要結(jié)合廠家制定的最新啟動曲線、缸脹值、差脹以及缸溫來判斷。

本文對50MW 背壓供熱機組啟機過程有比較大的振動出現(xiàn)觸發(fā)保護動作的問題進行分析，現(xiàn)結(jié)論如下：沒有充分的進行暖機從而引起軸振上升、轉(zhuǎn)子形變，并有嚴(yán)重的碰摩發(fā)生，從而導(dǎo)致停機，大幅縮短惰走時間。對于上述分析通過缸體解體檢查對其進行了驗證，并對相應(yīng)的整改方案進行提出；因汽機測點少，不能正確進行反應(yīng)，缺少監(jiān)控手段；暖缸手段不能有效的設(shè)置，可能會對汽封齒造成脫落、碰摩，在并網(wǎng)之后出現(xiàn)二次傷害；機組啟動中汽缸有向爐內(nèi)側(cè)偏擺的趨勢，所以需要加固主蒸汽管道系統(tǒng)。