給水泵汽輪機振動故障診斷與處理

陶有宏 張瑞 馬帥 戈建新

摘 要：文章通過對田集發電廠2號機給水泵汽輪機B振動異常情況進行分析診斷，判斷振動故障原因為滑銷系統卡澀導致汽缸左右側膨脹偏差大，汽封套變形等引起的動靜碰磨故障，通過對汽缸底部立銷進行加固，增加汽缸膨脹監視裝置，檢查清理滑銷系統和動平衡等手段，最終將汽輪機軸振降低至40μm以下，為該型汽輪機提供了典型故障樣本，可為同類型機組振動故障診斷處理提供借鑒。

關鍵詞：振動故障；診斷；處理

中圖分類號：TM621.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）01-0139-02

Abstract： Based on the analysis and diagnosis of the abnormal vibration of No.2 feed-water pump turbine in Tianji Power Plant， this paper judges that the reason of vibration fault is that the sticking of sliding pin system causes the large expansion deviation on the left and right sides of the cylinder， and the dynamic and static rubbing fault caused by the deformation of the steam jacket， etc. Through reinforcing the vertical pin at the bottom of the cylinder， adding the cylinder expansion monitoring device， checking and cleaning the sliding pin system and dynamic balance， the shaft vibration of the steam turbine is finally reduced to below 40 μm， which provides a typical fault sample for this type of steam turbine， thus providing reference for the vibration fault diagnosis and treatment of the same type unit.

Keywords： vibration fault； diagnosis； treatment

前言

田集發電廠2號機組為630MW超臨界汽輪機，配置二臺50%容量汽動給水泵組，給水泵汽輪機為杭州汽輪股份有限公司引進西門子公司技術設計、制造的NK63/71/0型，單側進汽、單缸、單軸、反動式、純冷凝式汽輪機，小機與給泵之間用鼓形齒式聯軸器連接，配備油渦輪盤車裝置，所有汽軸封均采用J型齒鑲嵌汽封。汽缸膨脹指示器裝在汽輪機前支座上，由指針直接指示汽缸的絕對膨脹量，正常情況下，汽輪機滑銷系統能保證汽缸有導向的自由熱膨脹，指示器指針的移動是連續的，若起動過程中某處滑銷卡澀，則指針移動出現滯止或突跳。

1 振動情況

2016年1月份2號機組啟動后，給水泵汽輪機B前軸承振動明顯增大，平均振幅由修前40μm增大到70μm，且運行中多次出現振動值異常變化，振動異常時幅值會迅速升高并超過報警值，甚至達到小機遮斷值，造成小機跳閘，2016年1月至8月，該汽輪機共出現7次振動報警，2次振動超過120μm跳閘值，嚴重影響機組安全運行。

2 設備解體檢查情況和振動原因分析

2016年7月在2B小機啟動過程中，在汽缸周圍架設8只百分表，對汽缸各處膨脹進行監測，檢測數據表明汽缸左、右軸向膨脹相差1.18mm，徑向膨脹相差0.54mm，汽缸右側的膨脹明顯受到阻礙，汽缸膨脹的總量也明顯偏小。聯系西安熱工院、杭州汽輪股份有限公司、給水泵汽輪機排汽裝置制造廠家共同對進、排汽管道進行檢查和校核計算，排除了外接管道熱膨脹造成汽缸偏斜的可能[1]。

2016年9～12月2號機組大修中對2B給水泵汽輪機進行大修，發現以下幾個問題：

（1）前軸封嚴重磨損，左右兩側間隙值相差1mm，左側間隙為0.5mm，右側間隙為1.5mm。

（2）平活塞汽封齒嚴重磨損，平衡活塞汽封套變形，橢圓度達到1.4mm。

（3）轉子彎曲度比上次檢修有所增加，最大彎曲值

0.05mm（上次檢修為0.02mm），最大彎曲部位在前軸封處，轉子前端有較明顯的翹頭現象，分析可能是前軸封與轉子發生動靜碰磨所致。

（4）汽缸前端右側貓爪橫銷嚴重銹蝕，卡在槽內無法取出。

綜合以上幾點，我們認為這是一起較為典型的因汽缸膨脹受阻導致動靜碰磨，引起機組振動的故障，動靜碰磨的部位主要有兩個，一個是汽缸膨脹受阻導致的前軸封碰磨，一個是平衡活塞汽封套變形導致的汽封碰磨。

3 振動故障處理

杭州汽輪股份有限公司制造的NK系列汽輪機被廣泛用于驅動火電廠鍋爐給水泵，雖然是七十年代中期引進的西門子技術，在目前國內驅動汽輪機中仍然處于比較先進的水平，該汽輪機采用模塊化設計，結構緊湊、安裝方便，總體性能穩定、效率高。田集發電廠目前有八臺NK63/71型汽輪機，根據我們多年的使用經歷，發現該型汽輪機也存在一些設計問題，或者說存在一些與國內設備運行、維護現狀不相適應的地方，隨著運行時間的增加，容易出現機組異常振動的問題[2]。

（1）汽缸膨脹監測裝置過于簡陋，僅在前軸承座臺板上固定了二個鋼直尺，監視不便，也無法進行歷史數據分析。為有效監測汽缸膨脹情況，我們在汽缸前端安裝4只CIJ13500型電渦流位移傳感器，測量汽缸的軸向、徑向膨脹量。CIJ13500型電渦流位移傳感器的測量精度為0.01mm，數據可接入DCS系統，可以進行遠方在線監測，也可以進行歷史數據分析，為設備狀態檢修提供依據。

（2）汽缸滑銷系統的結構剛度較差，一般汽輪機汽缸前端的定位方式都是前軸承座依靠底部縱銷與基礎臺板定位，汽缸前端依靠立銷與軸承座定位，而NK63/71型汽輪機的汽缸與前軸承座分別依靠立銷和縱銷與基礎臺板單獨進行定位，且滑銷有一個高度560mm的底座。這樣的結構存在二個問題：一是滑銷底座在外力作用下會產生一定的彎曲變形；二是軸承座與汽缸的位移量會出現累加現象，導致動靜間隙變化量大。對此我們進行了現場試驗：在3.5噸的橫向推力下，汽缸與軸承座之間相對位移達到0.25mm。汽輪機膨脹受阻所產生的作用力肯定遠大于3.5噸，所以該型汽輪機在汽缸膨脹受阻時更容易產生動靜碰磨。

（3）滑銷系統卡澀的問題。汽缸前端右側貓爪橫銷卡澀的主要原因是安裝和檢修質量問題，但也存在一些客觀原因，需要我們加以注意：a.滑銷配合間隙較小，制造廠規定貓爪橫銷的配合間隙為0.01～0.03mm，不僅加工困難，也容易產生卡澀，我廠已將此標準修改為0.03～0.05mm；b.軸封汽調節不方便導致前軸封漏汽大，前、后軸封汽合用一只手動截止閥進行調節，且閥門布置在半空中，操作很不方便，在機組變工況時運行人員很難做到及時調整，為了保證后軸封不漏真空，一般都會維持較高的軸封汽壓力，導致前軸封漏汽，漏汽形成的凝結水會造成前貓爪橫銷銹蝕；c.從我們了解的情況看，與我廠2B小機同時期發生振動的同型汽輪機，其原因都是貓爪橫銷卡澀，這很難用巧合來解釋，我們分析可能是與該汽輪機單側進汽，汽缸左、右受力不平衡有關[3]。

（4）平衡活塞汽封套變形的問題。查閱我廠給水泵汽輪機歷次檢修的記錄，平衡活塞汽封套均存在較大的變形量，與制造廠溝通后確認該機型平衡活塞汽封套變形是一個共性問題，主要是汽封套設計強度不足。同時該汽封套在汽缸內的定位方式較為特別，是依靠自身結構上的一個彈性結構進行自定位，沒有任何定位銷或鍵，所以發生變形后汽封套中心會發生很大的偏移，極易造成動靜碰磨。汽封套變形的處理方式是高溫回火去除熱應力，再重新車削、鑲齒，杭汽廠已將平衡活塞汽封間隙標準進行了修改，新標準的單側間隙放大了0.5mm。

4 處理后的情況

從2B給水泵汽輪機檢修后，汽缸膨脹情況非常好，總膨脹量較修前增大了1mm以上，左、右兩側膨脹量基本一致。2017年1月機組啟動后，2B給水泵汽輪機運行情況穩定，未再出現振動突變的情況，但前軸承振動仍偏大，最大振幅77μm，平均振幅60μm。振動分量主要為一倍頻，振動幅值隨轉速升高而增加，且振動的重復性較好，具有較為典型的質量不平衡特征，分析原因為轉子前軸封處彎曲所致。2017年5月，由安徽省電科院對2B小機軸系進行動平衡校驗，經兩次加平衡后，轉子振動幅值穩定在40μm左右。[1]

5 結束語

本文通過監測給水泵汽輪機啟動過程中膨脹情況，判斷該型汽輪機存在左右兩側膨脹偏差的共性問題，是造成該汽輪機振動異常升高的主要原因，通過加固汽缸前底部縱銷立柱[4]，檢查清理滑銷系統等手段，將汽輪機膨脹不暢問題有效解決，并在就地架設汽輪機膨脹檢測系統，有效監測并記錄汽缸膨脹狀態，為汽輪機軸承振動問題的解決與預防提供基礎數據，可為同類型機組類似的振動故障提供借鑒。

參考文獻：

[1]陸頌元，吳崢鋒.汽輪發電機組振動[M].北京：中國電力出版社，2016：201-220.

[2]勒智平，王毅林，張國慶，等.電廠汽輪機原理及系統[M].北京：中國電力出版社，2006：4-20.

[3]施維新，石靜波.汽輪發電機組振動及事故（2版）[M].北京：中國電力出版社，2017：177-187.

[4]王延博.汽輪發電機組轉子及結構振動[M].北京：中國電力出版社，2016：108-114.