1030MW機(jī)組#5瓦振動異常情況分析

華能金陵電廠1030MW汽輪機(jī)發(fā)生#5瓦振動大的問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全性。通過對振動根本原因的分析并采取有效措施，降低了機(jī)組的振動。保證了設(shè)備的可靠運(yùn)行，同時積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī) 振動 碰磨

1 概況

1.1 機(jī)組概況

汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)德國西門子技術(shù)生產(chǎn)的1030MW超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，型號為N1030-26.25/600/600（TC4F），額定功率1030MW，最大出力1065.932MW。型式為超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級回?zé)岢槠C(jī)組膨脹系統(tǒng)體現(xiàn)西門子獨(dú)特的技術(shù)風(fēng)格：絕對死點(diǎn)及相對死點(diǎn)均在高中壓之間的推力軸承處，因此動靜葉片的相對間隙變化最小。中、低壓各汽缸之間有推拉裝置，汽缸在軸承座上用耐磨、滑動性能良好的低摩擦合金介質(zhì)支撐。

機(jī)組四根轉(zhuǎn)子分別由五只徑向軸承來支承，除高壓轉(zhuǎn)子由兩個徑向軸承支承外，其余三根轉(zhuǎn)子，即中壓轉(zhuǎn)子和兩根低壓轉(zhuǎn)子均只有一只徑向軸承支承。這種支承方式不僅結(jié)構(gòu)比較緊湊，主要還在于減少基礎(chǔ)變形對于軸承荷載和軸系對中的影響，使得轉(zhuǎn)子能平穩(wěn)運(yùn)行。

整個高壓缸靜子件和整個中壓缸靜子件由它們的貓爪支承在汽缸前后的二個軸承座上。而低壓部份靜子件中，外缸重量與其它靜子件的支承方式是分離的，即外缸的重量完全由與它焊在一起的凝汽器頸部承擔(dān)，其它低壓部件的重量通過低壓內(nèi)缸的貓爪由其前后的軸承座來支承。所有軸承座與低壓缸貓爪之間的滑動支承面均采用低摩擦合金。它的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的摩擦性能，不需要潤滑，有利于機(jī)組膨脹順暢。

1.2 機(jī)組振動概況

2014年3月30日14：00 ，#1機(jī)組負(fù)荷830MW，就地檢查發(fā)現(xiàn)#1汽輪機(jī)#5瓦振動大，DCS畫面上瓦振5X在1.9—2.3mm/s波動，5Y在2.6—3.4mm/s波動（汽輪機(jī)瓦振保護(hù)動作值11.8mm/s），軸振在0.046mm—0.052mm波動（徑向振動），DCS畫面顯示振動值變化不大，DCS畫面顯示振動值變化不大，就地實(shí)測#5瓦徑向水平和垂直兩個方向上振動值不大，垂直0.057mm，水平0.01mm，但軸向振動值較大，最大值可達(dá)0.4mm。

2 振動原因分析

由于#1汽輪機(jī)5瓦軸向振動大，徑向振動無明顯變化，且DCS振動監(jiān)視是徑向振動，軸向振動DCS上無監(jiān)測，根據(jù)徑向振動相關(guān)數(shù)據(jù)分析，軸振、瓦振、1倍頻、2倍頻和0.5倍頻的振幅和相位均無明顯變化，單從數(shù)據(jù)上很難判斷出振動的原因。采用排除法進(jìn)行排除。

2.1 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(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，且增大應(yīng)該呈突發(fā)性，如負(fù)荷；三是調(diào)節(jié)汽門的開度到一定值，振動發(fā)生，跨過后振動消失，且重復(fù)性好。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(jī)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(jī)組汽流激振的特征，其故障分析要通過長時間的記錄每次機(jī)組振動的數(shù)據(jù)，連同機(jī)組滿負(fù)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。本機(jī)組整個振動過程對機(jī)組的負(fù)荷由600MW調(diào)整至900MW機(jī)組的#5瓦振動在0.4mm左右，無明顯的變化；對汽門的開度進(jìn)行不同程度的調(diào)整，機(jī)組#5瓦振動值也無較明顯的變化；通過改變升降負(fù)荷速率，振動值均無較明顯的改善，低頻分量也無較大的變化；聽棒對低壓缸內(nèi)部聽音，也無較明顯的汽流轟鳴音。基本可以排除由汽流激振引起的機(jī)組振動。

2.2 #5瓦軸承座剛性不均引起振動特征原因及排除

軸承座剛性不足引起振動主要特征是沿著軸承座垂直方向，振動振幅值偏差較大，振動衰減不均勻，存在跳躍性，主要原因是地腳螺絲松動；軸承座與臺板接觸不良；基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)接觸不良，降低了軸承箱的水平與軸向的剛性，引起軸承的振動。就地測量#5軸承基礎(chǔ)和軸承座振動差值不大，基礎(chǔ)垂直0.01mm，軸向0.01mm；軸承座垂直0.05mm，軸向0.09mm，用力矩扳手對軸承地腳螺栓進(jìn)行緊固，未發(fā)現(xiàn)有松動的螺栓；另由于本臺機(jī)組在2009年底投產(chǎn)，至今未發(fā)生機(jī)組#5瓦的振動大現(xiàn)象，說明#5瓦軸承的剛度安裝期間較好，在機(jī)組運(yùn)行期間很難發(fā)生軸承座與臺板接觸不良；基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)接觸不良的情況，由此可以排除由軸承座的剛度不足引起機(jī)組振動。

2.3 #5瓦軸承本身問題分析

由數(shù)據(jù)分析5瓦5X、5Y方向軸振不存在低頻量較大情況（5X在0.5—0.8μm波動、5Y在0.6—0.9μm波動），波動幅度較小，振動大時也無明顯的異音，而且頂軸油壓穩(wěn)定，綜上所述#5瓦本身存在問題的可能性不大，但也不能夠完全排除軸瓦本身沒有問題，需要在檢修期間對軸瓦進(jìn)行徹底檢查。

2.4 中心不正引起振動分析

#5瓦DCS畫面上瓦振5X在1.9—2.3mm/s波動，5Y在2.6—3.4mm/s波動，軸振在0.046mm—0.052mm波動（徑向振動），波動較小，且1倍頻和2倍頻也無明顯的變化，也無8字形軌跡；轉(zhuǎn)子中心不正大多發(fā)生在機(jī)組安裝或檢修期間，未能夠按照廠家規(guī)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行安裝，所以大多發(fā)生在機(jī)組在機(jī)組安裝或機(jī)組檢修后啟動期間發(fā)生振動，而本次#5瓦振動是在機(jī)組長周期運(yùn)行期間發(fā)生的，且軸承載荷未發(fā)生較大變化，瓦溫也無變化，所以中心不正造成機(jī)組振動可能性不大，但也不排除是由于軸承基礎(chǔ)下沉造成轉(zhuǎn)子中心不正原因，需要在機(jī)組檢修期間對中心進(jìn)行檢查。

2.5 動靜碰磨分析

對汽輪機(jī)降真空，高壓凝汽器真空值在6.1 kpa至7.4 kpa，汽輪機(jī)振動有所緩解，能夠控制5瓦軸向振動值由0.4mm降低到0.35mm左右，垂直振動不超過0.05mm，水平振動不超過0.02mm，就地軸瓦無異音。降低凝汽器真空值可緩解#5瓦的軸向振動，但不能夠徹底解決振動問題，凝汽器真空對振動有影響，可初步判斷內(nèi)部可能有動靜碰磨。

調(diào)取主機(jī)的相關(guān)參數(shù)曲線，對就地振動進(jìn)行觀察測量，嚴(yán)密監(jiān)視DCS畫面汽輪機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，軸向位移、油系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、真空、排汽溫度、軸封參數(shù)無明顯變化，但在機(jī)組振動期間低脹由9.7mm突變到13.5mm，如圖1所示，低脹的突變說明汽缸沿軸向產(chǎn)生3.8mm的軸向位移，汽輪機(jī)的膨脹存在問題，且缸脹突變造成動靜間隙變小，進(jìn)一步證明了動靜碰磨的可能性。

查閱相關(guān)資料，與上汽廠核實(shí)，確認(rèn)#1機(jī)組#2低壓缸K1值（K1值為#2低壓缸第二級后轉(zhuǎn)子凸肩與第三級靜葉間隙值，K1值如圖2所示）安裝時為3mm，K1值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為14mm，K1值較標(biāo)準(zhǔn)值偏小11mm，K1設(shè)計(jì)值偏小，且缸脹由9.7mm突變到13.5mm，汽缸沿軸向產(chǎn)生3.8mm的軸向位移，使動靜間隙偏小，引起#2機(jī)組#5瓦軸向振動。

通過圖2可以看出汽缸的膨脹會造成動靜間隙減小，轉(zhuǎn)子和汽缸的靜葉的碰磨，引起機(jī)組的振動。

3 處理措施

3.1 機(jī)組運(yùn)行期間臨時措施

制定詳細(xì)的軸瓦的固定方案，對軸瓦兩側(cè)進(jìn)行支撐，束縛軸瓦的軸向振動。對軸瓦加固后，有效的控制了軸瓦的軸向振動，加固后#5瓦的軸向振動0.1mm以內(nèi)。制定和完善機(jī)組降振方案，適當(dāng)調(diào)整機(jī)組的真空值，加強(qiáng)對振動的監(jiān)視和巡檢工作。

3.2 機(jī)組檢修期間處理措施

利用機(jī)組檢修契機(jī)，對#2機(jī)組開低壓缸，#2低壓轉(zhuǎn)子返廠對K1值車削掉10mm，如圖二所示，保證了足夠的動靜間隙，在汽缸膨脹值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時能夠保證足夠的安全間隙，徹底消除了動靜碰磨造成機(jī)組振動增大的安全隱患；對#5瓦進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷；對低壓缸、發(fā)電機(jī)及勵磁機(jī)中心值重新進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)低發(fā)轉(zhuǎn)子中心（#5瓦處）存在一定的偏斜，利用檢修機(jī)會對軸系中心重新進(jìn)行調(diào)整至合格范圍。

機(jī)組啟動后#5瓦軸向振動值在0.03mm以內(nèi)，徹底消除了機(jī)組振動大的安全隱患，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

作者簡介

崔玉嶺（1983-），男，內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟人。大學(xué)本科學(xué)歷。畢業(yè)于長春工程學(xué)院，現(xiàn)為華能南京金陵電廠工程師。研究方向?yàn)殡姀S汽輪機(jī)改造檢修。

作者單位

華能南京金陵電廠 江蘇省南京市 210034