低參數汽輪發電機組軸瓦振動原因分析及處理

趙 毓,馬福軍

(淮北新源熱電有限公司,安徽淮北 235000)

低參數汽輪發電機組軸瓦振動原因分析及處理

趙 毓,馬福軍

(淮北新源熱電有限公司,安徽淮北 235000)

通過運用故障診斷技術,采用對熱電廠軸瓦進行修配,聯軸器中心找正,動、靜碰磨檢查,缸體膨脹檢測,電氣試驗和動平衡檢測等方法,對低參數汽輪發電機組軸瓦振動原因進行分析和處理,并成功解決了機組振動問題,保障了機組安全運行。

汽輪發電機組;軸瓦振動;原因分析;處理措施

汽輪發電機組屬于高速旋轉設備,存在軸向、橫向、扭轉三種振動。不超過標準的振動是被允許的,對設備的危害也是可忽略的。但是,汽輪發電機組振動的振幅一旦超過規定標準就變成了異常振動,對設備的危害性就很大。異常振動可能導致機組部件連接處松動斷裂;汽輪機葉片折斷,動、靜部分加劇磨損,軸瓦損壞,主軸彎曲,發電機接地或短路等危害,這樣的振動是絕對不允許的。然而,汽輪發電機組異常振動是一個比較復雜的問題,造成振動的原因很多,如轉軸故障、軸承故障、聯軸器故障、結構故障以及其他一些特殊故障等。因此查明振動原因,有針對性的維修才是解決汽輪發電機組異常振動的關鍵。

淮北新源熱電有限公司一臺低參數汽輪發電機組在運行中出現振動異常故障,我們通過對機組振動原因分析、故障排查,成功解決了機組振動問題。現就該案例進行分析,總結歸納其中一些經驗教訓,以期為解決類似振動問題的機組提供一些參考和借鑒。

1 機組概述

淮北新源熱電有限公司一臺低參數汽輪發電機組,主要利用工業汽輪機排汽進行二次發電,平衡對外供汽量。汽輪機為山東青能動力股份有限公司生產的3 MW低溫、低壓、單缸、沖動式汽輪機,型號為S3-0.5。發電機為東風電機有限公司生產的4.5 MW無刷勵磁空冷發電機,型號為QF1W-4.5-2。機組于2009年12月投產運行,運行基本正常,各項參數均符合要求,唯有過臨界振動較大,最大振動#3瓦垂直在150μm～200μm間。(如下圖)

2012年5月,該機組出現多次非計劃停機,2012年6月運行中發現#4瓦振動上升,⊥56μm、☉80μm,其它正常。2013年1月#3瓦水平振動增大到56μm,5月機組開缸大修,發現#4瓦上瓦頂部有一塊鈀式合金脫落,面積約3cm2,因沒有備用瓦,原樣恢復運行,#3瓦振動消失。

2013年7月15日,機組運行中發現#4瓦振動突然增大,⊥80μm、☉110μm,打閘停機。檢查#4瓦發現原來上瓦缺陷稍有擴大,下瓦正常,對其進行修補、刮研,調整頂間隙0.30mm。開機試運,1200r/min暖機時,#3瓦水平振動28μm,其它軸瓦振動在10μm～20μm之間,過臨界# 3瓦最大振動⊥150μm,3000r/min定速,各瓦振動均合格,但隨后#3瓦水平振動快速增大,達80μm打閘停機。后來又啟動一次,并網帶負荷,但振動不減。

鑒于以上情況,該公司成立維修小組,并聘請專家到現場進行診斷并指導。維修小組通過全面檢查及旋轉機械振動頻譜儀監測,歸納機組振動的主要特點,分析振動原因并制定維修方案,成功處理了機組振動大問題,并且通過配重解決了該機組過臨界振動超標的問題,為機組的安全穩定運行提供了有力保障。

2 機組振動原因分析

機組運行中產生異常振動的原因很多,轉子質量不平衡、油膜不穩、動靜摩擦等都會導致運行中的機組異常振動。從振動頻譜分析,機組振動可分兩種振動形式：一種是強迫振動,振動頻率為轉子的回轉頻率及其倍數,產生的主要原因是轉子不平衡、聯軸器不對中、安裝不良等;另一種是自激振動,振動頻率低于轉子頻率,其常在某個轉速下突然出現,危害性極大。新源公司主要從以下幾個方面逐項排除,準確地找到了故障點,解決了機組振動問題。

(1)不閉合勵磁機開關情況下,機組振動依然存在,可以排除發電機及勵磁機相電壓不平衡原因。

(2)運行中主汽壓力、溫度穩定,真空正常,排除軸封供汽溫度異常,使#2、#3軸承標高變化影響轉子中心,造成振動異常。

(3)運行中冷卻循環水穩定,潤滑油溫保持在40～42℃,排除油溫異常影響油膜穩定造成的振動異常。

(4)運行中汽缸內沒有異聲,且過臨界時振動比以往沒有增大,基本排除轉子部件掉落。

通過振動測試,機組的振動主要特征如下：

(1)機組剛到達3000r/min時,振動處于30μm的良好水平。稍后,#2、#3、#4瓦垂直和水平方向的振動則快速爬升,尤其#3瓦水平振動的增值最大。

(2)頻譜分析表明,振動頻率為50Hz的工頻,但含有少量100 Hz的倍頻分量。

根據該機組的振動特點,結合機組的運行歷史,綜合分析后認為,振動突增的可能原因如下：

(1)動、靜部分發生碰磨。

(2)聯軸器螺栓松動,影響軸系中心和扭矩傳遞。

(3)聯軸器與軸配合緊力不足,改變了軸系連接的同心度和平直度。

3 采取的處理措施

針對機組振動的主要原因,采取的具體措施有：

(1)各瓦的頂隙、側隙、瓦口間隙、軸承的緊力等均應符合標準要求,并盡量使軸瓦的頂部間隙靠近標準的下限值。

(2)檢查各瓦下部墊鐵的接觸面積是否在75%左右,并能均勻分布。

(3)汽—電側對輪的瓢偏、晃度以及聯軸器螺栓緊固后的組合晃度均應在標準要求的范圍內,尤其聯軸器螺栓緊固前、后的圓周晃度差應小于0.02mm。

(4)復查聯軸器的中心,其應符合標準要求。

(5)動、靜碰磨檢查：如軸封、油檔、發電機端蓋和勵磁機等部位是否有碰磨現象,使其間隙符合標準要求。

(6)聯軸器螺栓松動的檢查。

螺栓松動一般由以下原因引起：(1)螺栓強度低,發生變形;(2)緊力過大,螺栓與螺孔配合不好、螺孔偏斜等。

(7)聯軸器與軸配合緊力不足：主要依據汽-電側對輪瓢偏值和晃度值運行前后的變化進行判斷。

經過維修檢查,發現發電機側對輪瓢偏值最大0.08 mm,晃動值最大0.05mm,汽輪機側對輪晃動值最大0.03 mm。發電機及汽輪機轉子返廠維修,發電機轉子做高速動平衡。恢復后開機試運,1200r/min暖機時,各軸瓦振動均在10μm以下。過臨界3瓦最大振動⊥32μm,2500r/min時各軸瓦振動均在30μm以下。轉速升到2800r/min時3瓦水平振動開始上升,到3000r/min后3瓦水平振動最高達84μm。并網帶負荷,3瓦振動穩定在→70μm左右、⊥36μm;1瓦振動→56μm、⊥12μm;2瓦振動→48μm、⊥16μm;4瓦振動→8μm左右、⊥20μm。

根據所做的檢修工作,結合振動頻譜分析表明,振動頻率基本為50Hz的工頻,振幅、相位隨轉速變化,3000r/ min振動穩定。經過在現場做軸系動平衡,通過在發電機兩側不同角度配重,達到了各軸承振動相位基本為零、振幅在20μm以下的優秀水平。這就徹底解決了該機組一直存在過臨界軸瓦振動的問題。

4 結論

汽輪發電機組的異常振動嚴重影響機組的安全經濟運行,新源公司機組振動故障產生的原因及處理方法給了我們一些啟示。首先,設備不應帶病運行,以防擴大機組損壞事故發生。所以機組振動增大時應及時將機組停止運行,查明故障原因,解決問題,其次,機組頻繁啟停,溫度波動大,使發電機轉子線圈、絕緣塞塊等在應力作用下發生相對位移,改變轉子質心,破壞動平衡。特別是在甩負荷時,聯軸器承受巨大的沖擊扭力,可能改變對輪的外圓及端面參數。因此應加強機組運行管理,提高運行人員業務素質,加強設備檢修,及時消除缺陷,確保機組安全穩定運行。此外,處理汽輪機異常振動時,利用振動頻譜儀采集各軸承振動參數,結合機組運行和維修記錄、維修人員經驗來判斷。這樣有利于故障分析解決,減少故障排除的盲目性,提高機組故障排查效率。

[1] 趙常興.汽輪機組技術手冊[M].北京：中國電力出版社,2007.

[2] 王東炎.發電機組異常振動排除[J].機械工業,2007 (12).

[3] 李錄平.汽輪發電機組振動與處理[M].北京：中國電力出版社,2007.

[4] 趙瑞林.關于發電機組異常震動的分析[J].工業科技,2005(8).

責任編輯：為 恒

TM311

A

1671-8275(2014)01-0120-02

2013-11-02

趙毓(1972-),女,安徽濉溪人,淮北新源熱電有限公司工程師。