汽輪機振動超標故障分析及現(xiàn)場動平衡

閆志勇（中海石油化學股份有限公司，北京 100029）

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汽輪機振動超標故障分析及現(xiàn)場動平衡

閆志勇
（中海石油化學股份有限公司，北京 100029）

摘 要：針對1#汽輪機更換4#軸瓦之后各瓦振動超標的現(xiàn)象，進行了詳細的振動分析，并最終診斷為轉(zhuǎn)子不平衡故障，經(jīng)現(xiàn)場動平衡之后振動降到良好的水平。

關鍵詞：汽輪機；軸瓦；振動；動平衡

一、設備概述

1#汽輪發(fā)電機組是型號為CN12 - 3.43/0.49的單抽凝汽式汽輪機，額定功率為12MW，由南京汽輪電機廠制造。機組共有4個軸承，其中：1#、 2#軸承支撐汽輪機轉(zhuǎn)子，3#、4#軸承支撐發(fā)電機轉(zhuǎn)子。汽輪機與發(fā)電機通過剛性聯(lián)軸器連接，發(fā)電機與勵磁機同軸連接。整個軸系支撐結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1　軸系結(jié)構(gòu)簡圖

二、事故經(jīng)過

1.更換4#軸瓦

自2005年8月測量振動以來，1#汽輪機4#瓦振動一直比較大，振動速度有效值保持在4～6mm/s之間，而ISO10816-1中同類設備的參考報警值為7.1mm/s有效值；振動位移保持在30～40μm之間，汽輪機振動經(jīng)驗報警值為50μm。而進入2007年之后振動速度有效值就一直超過6mm/s，且始終在6～7mm/s之間波動，十分接近報警值。其他幾個軸瓦振動值則都在良好的水平。由于汽輪機組屬于電廠的關鍵設備，對于整個公司的生產(chǎn)穩(wěn)定有著異常重要的作用，于是利用2007年全廠設備大修機會，對汽輪機整個軸系進行了仔細的檢查。

檢查中發(fā)現(xiàn)4#瓦巴氏合金有一塊約1cm2的剝落，旁邊隱約可以看到一條裂紋，長度約為20mm。于是對4#瓦進行了更換，其他部分未做大的變動，只是重新調(diào)整了軸瓦的間隙及對中數(shù)據(jù)。

2.更換3#軸瓦

大修結(jié)束重新開車之后，4#瓦振動值稍有減小，再次降到6mm/s以下，檢修效果仍舊不太理想。值得注意的是，此次檢修之后其他幾個軸瓦振動均有明顯上升，其中3#瓦垂直方向的振動速度有效值達到了8mm/s以上，超過了報警值。在堅持開了一段時間未見好轉(zhuǎn)之后，決定再次停車對幾個軸瓦進行仔細檢查。檢查中發(fā)現(xiàn)3#軸瓦巴氏合金有大片的剝落現(xiàn)象。還有一個現(xiàn)象值得注意：脫開聯(lián)軸器時發(fā)現(xiàn)柱銷被卡死在銷孔之內(nèi)，很難取出。于是更換了3#軸瓦并對聯(lián)軸器重新進行了對中，其他部位未做改動。

檢修之后重新開車，升速過程中，經(jīng)過一階臨界轉(zhuǎn)速時振動超過了7μm的允許值，按照規(guī)定無法繼續(xù)升速，于是將機組停下來再次檢查軸瓦。此次檢查，除了聯(lián)軸器柱銷仍舊很緊之外，軸瓦各項安裝數(shù)據(jù)均在允許范圍之內(nèi)。另外檢查滑銷系統(tǒng)也未發(fā)現(xiàn)異常。檢查之后重新開車，升速過程中振動仍舊超標。

三、事故分析及診斷

由于始終無法準確找到引起振動的最初源頭，所以決定請專業(yè)檢測機構(gòu)對汽輪機振動事故進行系統(tǒng)的診斷和處理。

第三方檢測機構(gòu)技術(shù)人員到廠后，立即召開了一個簡短的事故研討會。我方技術(shù)人員對事故的整個經(jīng)過進行了詳細的描述，對方初步認為是換瓦之后機組發(fā)生了共振。于是立即著手進行汽機的升速試驗，進行進一步的驗證。第三方技術(shù)人員所使用的儀器為美國本特立公司208-P DAIU振動測試儀，速度傳感器，分別測取機組1#～4#軸瓦垂直方向的振動。鍵相探頭為成都昕亞科技有限公司生產(chǎn)的LK3型光電傳感器。

1.第一次升降速試驗

2007年9月9日，在機組升速過程中進行了振動檢測。其中1#～4#軸瓦振動升降速波德圖如圖2。

圖2　2007年9月9日1#～4#瓦升降速波德圖

在機組達到額定轉(zhuǎn)速3000r/min空載運行時，對機組幾個軸瓦各方向振動進行了巡測，測試數(shù)據(jù)如表1。

表1　汽輪機組各測點3000r/min空載振動數(shù)據(jù)表μm∠deg，μm

空載時3#軸瓦垂直方向振動速度頻譜圖如圖3，其振動速度的時域波形接近正弦曲線。

圖3　空載時3#瓦振動速度頻譜圖

2.振動數(shù)據(jù)分析

從升降速各軸瓦波德圖可以看出，機組在1500～1600r/min時達到了一階臨界轉(zhuǎn)速，而設計時機組的一階臨界轉(zhuǎn)速為1800r/min，說明軸系的剛度發(fā)生了變化。而從表1的各測點振動數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2#、3#、4#測點振動較大，尤其3#垂直方向振動最大，達到了64μm，超過50μm的報警值，且頻譜圖中占優(yōu)勢的是轉(zhuǎn)速的一倍頻，時域波形也接近標準的正弦波，說明3#瓦振動性質(zhì)為普通強迫振動。而其他幾個測點的振動情況也與之非常接近。

3.診斷結(jié)論

由于更換4#軸瓦之后其它幾個軸瓦測點振動也有明顯上升，且轉(zhuǎn)子動剛度發(fā)生了變化，軸瓦振動性質(zhì)表現(xiàn)為普通強迫振動，結(jié)合以往的檢修經(jīng)歷，做出了如下的診斷結(jié)論：1#汽輪機組振動超標事故原因為更換軸瓦之后改變了軸系的動剛度，導致了軸系的不平衡。

四、振動故障的處理

針對以上診斷結(jié)論，決定對電動機轉(zhuǎn)子進行現(xiàn)場動平衡試驗。現(xiàn)場共進行兩次加重，之后各測點振動恢復到了良好的水平。動平衡過程及前后的振動數(shù)據(jù)如表2。

表2　1#機組動平衡過程及振動值表 μm

兩次加重后各軸瓦的振動波德圖如圖4、5所示。

可見，兩次加重振動均有明顯的好轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速已經(jīng)基本恢復到1700～1800r/min之間，且在經(jīng)過一階臨界轉(zhuǎn)速時的振動上升的不明顯。目前機組的振動已經(jīng)達到了正常良好的水平。

圖4　1#機組1#～4#軸承第一次加重后振動波德圖

圖5　1#機組1#～4#軸承第二次加重后振動波德圖

五、結(jié)語

通過此次故障分析及處理過程，發(fā)現(xiàn)了如下幾點值得注意，這也正是轉(zhuǎn)子不平衡故障的具體表現(xiàn)。首先，更換4#瓦之后，4#瓦振動沒有明顯改善，卻將振動波及了整個軸系上的其他各點，說明并不是4#軸瓦的安裝問題；其次，由于機組振動較大，經(jīng)過一段時間的運行3#瓦巴氏合金出現(xiàn)了大片剝落，經(jīng)過更換之后振動仍未解決，說明主要癥結(jié)也不在3#瓦；第三，每次檢查時都發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器柱銷卡得很緊，雖經(jīng)重新找正之后，再次開車仍舊會繼續(xù)發(fā)生，說明如果一味地強制找正，會將軸系平衡再次破壞，而開車后軸系會自行回復到自由位置。

此次案例，汽輪機在整個軸系的檢查以及軸瓦更換過程中，應認真記錄下各項原始安裝數(shù)據(jù)。如果以往運行良好，最好不要嘗試改變這些數(shù)據(jù)，否則有可能會造成整個軸系平衡的破壞，如果正好和以往的不平衡量相互疊加，會對其進一步放大，而導致整個機組振動的超標。

中圖分類號：TK263.6+1

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）03-0071-03

收稿日期：（2015-12-15）