600MW機組異常振動故障分析

畢大成

（大唐陽城發(fā)電有限責任公司， 山西 晉城 048102）

汽輪機作為發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，其故障率的減少對于整個系統(tǒng)都有著重要的意義。汽輪機異常振動是發(fā)電廠常見故障中比較難確定故障原因的一種故障，針對這樣的情況，加強汽輪機異常振動分析，為發(fā)電企業(yè)維修部分提供基礎(chǔ)分析就顯得極為必要。

1 600MW機組振動故障的表征

近年來，通過對多臺600MW機組進行了現(xiàn)場實測和處理,并對國內(nèi)同型機組的振動狀況做了簡單調(diào)研,發(fā)現(xiàn)這類機組共性的振動缺陷特征如下:

1.1 汽輪機低壓B的5號、6號瓦和低壓A的3號、4號瓦振動大;同時存在不穩(wěn)定現(xiàn)象,隨機組工況、時間呈現(xiàn)非定常的過大變化;

1.2 發(fā)電機前瓦7號軸振大,熱變量超出常規(guī)值;有些機組3000r/min定速振動大,有些定速時不大,但隨負荷出現(xiàn)超常增大。

圖1和圖2是個別機組的現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)。

這兩種振動缺陷在600MW機組中存在的比例較高,根據(jù)不完全資料統(tǒng)計,2004年之后投運的44臺600MW機組中,有37臺振動超標,占84%;其中32臺瓦振超標;15臺軸振超標。

這些振動故障對國內(nèi)多個電廠該型機組的安全投運和工期造成較大影響。業(yè)主為了配合振動測試查明問題所在,在調(diào)試階段需要多次啟機;為實施現(xiàn)場處理,又需要專門安排停機檢查或做動平衡,耗費物力財力,延誤工期。

2 振動故障產(chǎn)生原因

根據(jù)對數(shù)臺600MW機組數(shù)據(jù)和相關(guān)情況分析研究,得到關(guān)于振動故障的具體原因：一是氣流激振；二是制造階段發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱變形老化；三是摩擦振動

圖1 某廠2號機帶負荷5號、6號瓦振大、不穩(wěn)定(hl206、hl209)

圖2 某廠1號機軸振7Y隨負荷爬升現(xiàn)象(hl101)

3 汽輪機組常見異常震動的分析與排除

引起汽輪機組異常振動的主要原因有以下幾個方面，汽流激振、轉(zhuǎn)子熱變形、摩擦振動等。針對著三個主要方面以下進行了具體的論述。

3.1 汽流激振現(xiàn)象與故障排除

汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數(shù)的影響明顯，如負荷，且增大應該呈突發(fā)性。其原因主要是由于葉片受不均衡的氣體來流沖擊就會發(fā)生汽流激振；對于大型機組，由于末級較長，氣體在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道紊亂也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象；軸封也可能發(fā)生汽流激振現(xiàn)象。針對汽輪機組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間（一年以上）記錄每次機組振動的數(shù)據(jù)，連同機組滿負荷時的數(shù)據(jù)記錄，做出成組曲線，觀察曲線的變化趨勢和范圍。通過改變升降負荷速率，從5T/h到50/h的給水量逐一變化的過程，觀察曲線變化情況。通過改變汽輪機不同負荷時高壓調(diào)速汽門重調(diào)特性，消除氣流激振。簡單的說就是確定機組產(chǎn)生汽流激振的工作狀態(tài)，采用減低負荷變化率和避開產(chǎn)生汽流激振的負荷范圍的方式來避免汽流激振的產(chǎn)生。

3.2 轉(zhuǎn)子熱變形導致的機組異常振動特征、原因及排除

轉(zhuǎn)子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉(zhuǎn)子溫度和蒸汽參數(shù)有密切關(guān)系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負荷階段，此時轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應力開釋引起轉(zhuǎn)子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。由于引起了轉(zhuǎn)子彎曲變形而導致機組異常振動。轉(zhuǎn)子永久性彎曲和臨時性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機理相同，都與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都會產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。與質(zhì)心偏離不同之處在于軸彎曲會使兩端產(chǎn)生錐形運動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。另外，轉(zhuǎn)軸彎曲時，由于彎曲產(chǎn)生的彈力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的離心力相位不同，兩者之間相互作用會有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅在某個轉(zhuǎn)速下會有所減小，即在某個轉(zhuǎn)速上，轉(zhuǎn)軸的振幅會產(chǎn)生一個“凹谷”，這點與不平衡轉(zhuǎn)子動力特性有所不同。當彎曲的作用小于不衡量時，振幅的減少發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當彎曲作用大于不平衡量時，振幅的減少就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。針對轉(zhuǎn)子熱變形的故障處理就是更換新的轉(zhuǎn)子以減低機組異常振動。沒有了振動力的產(chǎn)生機組也就不會出現(xiàn)異常振動。

3.3 摩擦振動的特征、原因與排除

摩擦振動的特征：一是由于轉(zhuǎn)子熱彎曲將產(chǎn)生新的不平衡力，因此振動信號的主頻仍為工頻，但是由于受到?jīng)_擊和一些非線性因數(shù)的影響，可能會出現(xiàn)少量分頻、倍頻和高頻分量，有時波形存在“削頂”現(xiàn)象。二是發(fā)生摩擦時，振動的幅值和相位都具有波動特性，波動持續(xù)時間可能比較長。摩擦嚴重時，幅值和相位不再波動，振幅會急劇增大。三是降速過臨界時的振動一般較正常升速時大，停機后轉(zhuǎn)子靜止時，丈量大軸的晃度比原始值明顯增加。摩擦振動的機理：對汽輪機轉(zhuǎn)子來講，摩擦可以產(chǎn)生抖動、渦動等現(xiàn)象，但實際有影響的主要是轉(zhuǎn)子熱彎曲。消息摩擦時圓周上各點的摩擦程度是不同的，由于重摩擦側(cè)溫度高于輕摩擦側(cè)，導致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度不均勻，局部加熱造成轉(zhuǎn)子熱彎曲，產(chǎn)生一個新的不平衡力作用到轉(zhuǎn)子上引起振動。

4 汽輪機異常振動故障查詢注意事項

生產(chǎn)中經(jīng)常碰到瓦蓋振、軸振的異常變化，引起振動異常的原因很多。根據(jù)振動產(chǎn)生的集中原因，在查找振動主要來源時要留意下面幾個要素：振動的頻率是1X，2X，1/2X等。振動的相位是否有變化及相鄰軸承相位的關(guān)系。振動的穩(wěn)定性如何（指隨轉(zhuǎn)速、負荷、溫度、勵磁電流、時間、等的變化是否變化）。例如汽輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會有下列現(xiàn)象：升速時振動與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，轉(zhuǎn)速高振動大。特別過臨界時振動比以往大得多。振動的頻率主要是1X。振動的相位一般不變化及相鄰軸承相位出現(xiàn)同相或反相。振動的穩(wěn)定性好（在振動沒有引起磨擦的情況下），且重復性好。根據(jù)振動特征與日常檢測維修記錄多方面分析，找出故障原因終極排除。

結(jié)語

汽輪機異常振動時汽輪機運行過程中不可避免的故障，同時也是較為常見的故障。在進行此類故障排除時，不能急于拆解機組，首先要根據(jù)故障特征進行故障分析，確定故障點后查看機組維修記錄，確認故障點零部件情況。如故障點零部件為剛剛檢驗過并更換，因再次確認故障點，確以為改點后進行拆解。一般來講短期內(nèi)進過維護保養(yǎng)的部件出現(xiàn)故障的幾率遠遠小于維護時間長的部件。因此，在進行汽輪機異常振動原因分析時要格外留意。很多情況時需要維修職員長期積累的經(jīng)驗來判定的，加強企業(yè)汽輪機組維護保養(yǎng)職員培訓，進步維修職員素質(zhì)及專業(yè)技能時進步汽輪機故常排除效率的最佳途徑。

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