600 MW機組給水泵汽輪機振動故障分析及處理

肖繼妙

（湛江中粵能源有限公司，廣東湛江524099）

1 設備概述

某電廠#2機B給水泵汽輪機是杭州汽輪機股份有限公司生產的，其型號為NK63/71/0，型式為單缸、單流、反動式、純凝汽、再熱器冷端蒸汽外切換。汽動給水泵為沈陽水泵股份有限公司生產的型號為14×14×16-4HDB的四級離心泵（未含增壓級）。

2 給水泵汽輪機振動情況介紹

2011年，#2機B給水泵汽輪機首次大修后出現過#1軸瓦振動大而跳閘的故障；2012年12月11號，再次發生碰摩故障而導致跳閘。

2.1 跳閘情況

#2機B給水泵汽輪機跳閘前后#1、#2軸振情況如表1所示。

表1 #2機B給水泵汽輪機跳閘前后#1、#2軸振列表

如圖1所示，從跳機前的軸振趨勢上看，給水泵汽輪機前瓦（#1軸瓦）和后瓦（#2軸瓦）的軸振呈現先降低后緩慢升高的變化趨勢，而給水泵兩端軸振無明顯變化趨勢。后續過程給水泵汽輪機#1軸振增大發散，直至保護跳機。

圖1 故障過程中給水泵汽輪機前后瓦軸振趨勢圖

2.2 振動特征分析

跳機前，給水泵汽輪機前瓦軸振在較短時間內大幅上長，后瓦軸振呈相同趨勢，但振幅比前瓦小。根據跳機前后振動趨勢分析，應是前瓦側發生碰摩故障導致振動不斷增大。

正常運行條件下，雖然給水泵汽輪機軸振都在合格范圍內，但前瓦軸振幅值與后瓦軸振幅值相差近1倍；如圖2所示，從軸心軌跡來看，#1瓦轉子主要呈現上下方向渦動，左右方向振動幅值很小，表明上下方向油膜剛度弱，左右方向油膜剛度大。在運行過程中，該轉子前瓦向左上方偏移，主要承載油膜分布在軸瓦左側，軸承支撐狀態異常，穩定性較差，導致轉子易受外界擾動。

圖2 給水泵汽輪機前、后瓦軸心軌跡（實際轉向反向）

3 振動原因查找及分析

分析周向密封間隙不合理是導致碰摩故障多次發生的主要原因；給水泵汽輪機前瓦穩定性較差，轉子容易受到擾動，發生較大的偏移量。針對#2機B給水泵汽輪機自2011年以來存在的振動突增的隱患，嘗試過更換#1軸瓦、現場添加平衡塊、更換并改大不銹鋼材質本體疏水管等措施，都無法徹底解決振動突增的問題。

3.1 汽缸與轉子膨脹不同步

每次#2機B給水泵汽輪機剛投入運行時，由于轉子與汽缸膨脹不同步，觀察汽缸就地測量膨脹的指針，轉速超過3 000 r/min以后，汽缸就只膨脹出1.5 mm左右，相對其他正常給水泵汽輪機的膨脹量2.5～3.5 mm較少，導致汽缸與轉子膨脹速度不同步。所以振動突增多發生在給水泵汽輪機剛投入運行時、升速較快以及轉速超過5 000 r/min以上的情況下。

3.2 汽輪機臺板受排汽管應力作用而膨脹不一致

運行中，該給水泵汽輪機排汽缸與臺板接觸面兩側間隙不一致，靠電側間隙為0.15 mm，爐側間隙為0 mm；而排汽管與排汽缸相連，因排汽管安裝時殘留應力，運行中給水泵汽輪機工況壓力與溫度偏差，導致電側排汽缸與臺板接觸面間隙大，而正常標準為貼合為0 mm，所以兩側汽缸膨脹不一致。

不同的坐標系統之間，由于橢球參數不同，兩個橢球之間沒有完全統一的方法實現坐標轉換[8]。但是，兩個橢球所指的同一區域內，由于橢球彎曲度較小，該區域同名點在不同的橢球系上存在一定的曲面數學關系，因此可以通過區域轉換模型進行坐標轉換。通常采用的轉換方法有4參數和7參數轉換法。

3.3 聯軸器間隙大，有效定中差

給水泵汽輪機與給水泵連接聯軸器的內齒套筒與外齒軸轂間隙大，靠近汽輪機側間隙為0.18 mm，泵側間隙為0.10 m，采用捻打齒頂臨時處理，但是機側半齒套聯軸器與輪轂外齒間隙仍有0.12 mm，不在標準0.04～0.10 mm控制范圍內。外齒凸臺外徑與內齒齒根圓直徑配磨間隙過大，造成外齒與凸臺對中差，是導致軸系振動過大的原因之一。

3.4 給水泵汽輪機與給水泵中心不正

2015年以前，給水泵汽輪機中心都是按零對零（端面偏差≤0.03 mm，圓周偏差≤0.03 mm）標準找中心；其他給水泵汽輪機雖然沒有出現振動突增的現象，但是多重因素疊加，給水泵汽輪機與汽泵受熱后中心變化方向一致，也可能是給水泵汽輪機轉軸振動突增的一個因素。

結合#2機B給水泵汽輪機振動大多次檢查情況及振動突增各參數分析，認為振動突增的原因為：

（1）機組升負荷率過快，汽缸受熱膨脹不均勻，周向某一位置處動靜間隙消失，導致動靜部件碰摩。

（2）汽缸滑銷系統存在一定程度的卡澀情況，在給水泵汽輪機運行期間，因滑銷卡澀，導致汽缸膨脹不暢，使其靜止部件間隙消失，導致動靜部件碰摩。

（3）汽缸與轉子動靜間隙不合理（缸體局部變形所致），轉子在高速區域內向某方向移動，而該位置處在安裝狀態下未預留充足的間隙，導致碰摩故障。

綜上所述，振動主要原因是轉子質量不平衡、滑銷生銹卡澀，振動次要原因是齒形聯軸器內外齒間隙大、給水泵汽輪機與給水泵中心不正等。

4 消除振動措施及實施

利用機組大修機會，制定綜合治理給水泵汽輪機振動計劃，以徹底解決振動問題。具體措施包括：轉子返廠做動平衡試驗、滑銷部件清理、排汽管割開檢查、套筒聯軸器更換、給水泵汽輪機與水泵中心重新修定標準。

4.1 給水泵汽輪機轉子返回杭州汽輪機股份有限公司做動平衡

該轉子重量為5 330 kg，型號為NK63/71/0，動平衡試驗報告如表2所示。

4.2 檢查處理汽缸滑銷、排汽管等存在的缺陷

（1）給水泵汽輪機汽缸前貓爪橫銷調整塊生銹嚴重，滑動性差。

檢查給水泵汽輪機汽缸前貓爪橫銷調整塊，發現前貓爪螺釘生銹嚴重，靈活性差，汽缸前貓爪擱在前軸承座上，汽缸受熱膨脹時貓爪推動前軸承座一起向前移動，所以貓爪螺釘生銹可能會影響汽缸膨脹，導致膨脹受限。檢查滑銷及間隙，清理積垢；校正膨脹指示器在冷狀態下為零。

（2）排汽管切割、自然恢復，解決排汽缸與臺板間隙不一致問題。

1）在汽缸排汽管底部加支撐撐住汽缸，防止管道切開后汽缸移位。

2）在汽缸排汽管的垂直段選擇切口部位，后進行環切；切開排汽管檢查汽缸、排汽管的變化情況。

表2 #2機B給水泵汽輪機轉子動平衡試驗報告

3）汽缸臺板水平調整、排汽管經調整及定位后進行焊接恢復，拆除臨時支撐材料。

4.3 更換聯軸器

針對內齒套筒與外齒聯軸器之間配合間隙大，更換新的整體聯軸器；間隙控制在標準值0.04～0.10 mm內，能迫使內齒套筒在高轉速運行時有效自動定中，阻止齒套瞬時偏離中心線而引起軸系有較大的不平衡量，阻止軸系產生較大的強迫振動。

4.4 修正給水泵汽輪機與給水泵中心調整的數據

根據杭州汽輪機股份有限公司說明書及該公司現場檢修經驗豐富的檢修師傅建議，結合給水泵設備廠家找中心要求，給出給水泵汽輪機與給水泵中心值修正標準，如表3所示。

表3 給水泵汽輪機與給水泵中心值修正標準

5 給水泵汽輪機大修后運行效果

2016年5月，對#2機B給水泵汽輪機進行大修，大修前后該汽輪機推力瓦、前后軸瓦瓦溫正常，變化不大；因大修前#1、#2軸振突增隱患，影響機組帶高負荷，下面重點列舉振動值。大修前后運行數據如表4所示。

根據表4進行分析，給水泵汽輪機大修后設備運行狀態良好，在高轉速階段，#1、#2軸瓦振動值都比大修前小，并且從來未發生過振動突增的現象，徹底解決了該給水泵汽輪機振動突增的問題。

6 結論

通過對#2機B給水泵汽輪機振動突增進行原因分析和處理，總結了如下經驗：

表4 #2機B給水泵汽輪機大修前后運行數據

（1）轉子質量動不平衡必須返回廠家做動平衡試驗，徹底解決轉子質量動不平衡問題。

（2）汽缸與轉子膨脹不同步，必須釋放汽缸排汽管應力，保證汽缸與臺板左右側間隙一致，解體清理滑銷部件使之滑動順暢。

（3）汽輪機與給水泵中心必須按照汽輪機廠要求，保證汽輪機與給水泵熱脹與冷縮時同步一致。

（4）給水泵汽輪機內齒套筒與外齒聯軸器間隙必須控制在該類設備出廠標準以內。