汽輪機(jī)組試車期間常見故障分析

韓斌

摘 ?要：結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，針對汽輪機(jī)組在試運(yùn)行中出現(xiàn)的振值高、噪音大、軸封疏水多、轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，進(jìn)行綜合分析，對可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子動平衡不良、轉(zhuǎn)子不對中、缸體疏水不暢、乏汽管道/膨脹節(jié)焊縫有裂紋、主蒸汽管道有應(yīng)力、軸封汽帶水、真空高等相應(yīng)的故障進(jìn)行診斷，及時判斷和排除影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的各種因素。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn);振值高;噪音大;軸封疏水多;不平衡

中圖分類號：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0043-02

Abstract： Combined with the actual production situation， in view of the high vibration value， loud noise， more shaft seal drainage， rotor rotation and other phenomena in the trial operation of the steam turbine unit， a comprehensive analysis is carried out. The possible problems such as poor dynamic balance of the rotor， misalignment of the rotor， poor drainage of the cylinder block， cracks in the welds of the exhaust pipe/expansion joint， stress in the main steam pipe， water in the gland seal steam， vacuum and so on are corresponding so as to diagnose the faults， and judge and eliminate the factors that affect the stable operation of the unit in time.

Keywords： rotor rotation; high vibration value; high noise; more shaft seal drainage; imbalance

1 概述

汽輪機(jī)在石油化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛，但因其系統(tǒng)的復(fù)雜性，產(chǎn)生振動的原因多種多樣[1]。造成新汽輪機(jī)組運(yùn)行中振動大、噪音大等因素有：轉(zhuǎn)子不平衡，軸系不對中，基礎(chǔ)松動，轉(zhuǎn)子磨損，機(jī)組裝配尺寸不當(dāng)，機(jī)組配管存在外應(yīng)力等，既影響設(shè)備的壽命又影響生產(chǎn)效率。這里就某化工廠甲烷化裝置I系列天然氣壓縮機(jī)組驅(qū)動汽輪機(jī)試車期間出現(xiàn)的振動高，噪音大進(jìn)行分析診斷，對處理過程進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流。

2 設(shè)備簡介

本天然氣壓縮機(jī)組由2BCL458壓縮機(jī)+HNK25/36/0型凝汽式汽輪機(jī)組成，汽輪機(jī)主要參數(shù)：進(jìn)汽壓力8.9MPaA，溫度510℃，額定轉(zhuǎn)速11500r/min。凝氣系統(tǒng)由凝汽器、射汽抽氣器、凝結(jié)水泵、排氣安全閥等設(shè)備組成。由圖1可知，本機(jī)組由汽輪機(jī)拖動，采用一拖一形式，汽輪機(jī)為單出軸。

3 設(shè)備故障特征

2019年10月25日，汽輪機(jī)單試前進(jìn)行拉閥試驗(yàn)，當(dāng)調(diào)節(jié)汽閥行程到50%，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子突然自轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)），現(xiàn)場檢查確認(rèn)主蒸汽閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)汽閥前無壓力。

汽輪機(jī)第一次冷態(tài)啟機(jī)，轉(zhuǎn)速升至9000rpm時，進(jìn)汽側(cè)徑向軸承瓦溫（TISA801/TISA802）升高至84.37℃/60.44℃，排汽側(cè)軸振動（VIA803/VIA804）為35um/27um;隨著轉(zhuǎn)速逐漸升高，軸振動亦升高，轉(zhuǎn)速達(dá)到11000rpm進(jìn)汽側(cè)徑向軸承瓦溫（TISA801/TISA802）升高至93.7℃/66℃，排汽側(cè)軸振動（VIA803/VIA804）升高至62.38um/53.27um;同時現(xiàn)場技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)排缸側(cè)軸封疏水量大，排缸側(cè)聲音悶沉。

待汽輪機(jī)缸體冷卻后對前、后徑向軸瓦及缸體疏水管線進(jìn)行檢查，處理情況如下：

（1）前徑向軸承下瓦接觸不完全，前徑向軸承下瓦進(jìn)行刮研，并開油楔。

（2）汽輪機(jī)缸體疏水管線排查，管線通暢。

（3）修磨后徑向軸承瓦枕調(diào)整墊，上軸瓦增加0.05mm銅墊，后徑向軸承間隙由0.30mm調(diào)整為0.24mm（安裝標(biāo)準(zhǔn)0.188～0.307）。

（4）增大后軸封疏水孔直徑。

為更好的診斷汽輪機(jī)振動高的原因，現(xiàn)場進(jìn)行機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集。

汽輪機(jī)第二次啟動轉(zhuǎn)速升至9000rpm時，進(jìn)汽側(cè)徑向軸承瓦溫（TISA801/ TISA802）升高至82.48℃/58.06℃，排汽側(cè)軸振動（VIA803/VIA804）為31.4um/24um;轉(zhuǎn)速達(dá)到11000rpm進(jìn)汽側(cè)徑向軸承瓦溫（TISA801/TISA802）升高至90.7℃/63.3℃，排汽側(cè)軸振動（VIA803/VIA804）升高至62um/53.1um;同時現(xiàn)場技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)排缸側(cè)軸封疏水量大，排缸側(cè)聲音悶沉。

根據(jù)兩次汽輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，每當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至8000rpm以后，VIA803/VIA804振動值隨轉(zhuǎn)速升高逐漸增大。

4 數(shù)據(jù)采集、故障分析診斷

4.1 靜態(tài)調(diào)試期間轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)

運(yùn)行分析：現(xiàn)場軸封汽進(jìn)汽量大（軸封排汽管大量白霧冒出），汽輪機(jī)真空度高（達(dá)到0.1MPaG），速關(guān)閥及暖管放空閥全開。

分析結(jié)果：在調(diào)節(jié)汽閥行程測試時，汽輪機(jī)進(jìn)汽口通過暖管放空管線與大氣連通，軸封汽量大，真空度高，造成轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)。

4.2 汽輪機(jī)振動大

頻譜分析1：根據(jù)波形頻譜圖顯示，自振動趨勢增大開始，諧波能力主要集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率（1X）上，其占主導(dǎo)地位，并伴有較高低頻成分，高頻成分不明顯。通常情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)平行不對中時，其2倍轉(zhuǎn)頻突出，而角度不對中時則出現(xiàn)同頻振動，即多倍頻振動。本次并沒有出現(xiàn)多倍頻諧波，表明振動不是不對中引起。

頻譜分析2：軸心軌跡圖所示自振動趨勢增大開始，軸心軌跡呈不規(guī)則橢圓。不同的軸心軌跡反映著轉(zhuǎn)子運(yùn)動狀態(tài)或故障的基本信息，比如不平衡故障使軸心軌跡呈橢圓形，不對中故障使軸心軌跡呈外8字形，油膜渦動故障使軸心軌跡呈內(nèi)8字形[2]。

分析結(jié)果：結(jié)合頻譜圖及軸心軌跡圖分析，振動隨轉(zhuǎn)速增大逐漸增加，特征頻率1X明顯，伴有較高的低頻成分，軸心軌跡呈不規(guī)則橢圓，初步分析為軸系不平衡，振動增大的主要原因可能是：轉(zhuǎn)子不平衡、軸承裝配間隙不當(dāng)，軸承與殼體配合過盈不足等。其中隨著負(fù)荷增大、轉(zhuǎn)速升高，機(jī)械松動可以使已經(jīng)存在的不平衡、不對中等所引起的振動問題更加嚴(yán)重，也可因機(jī)械松動的進(jìn)一步惡化而引發(fā)其他故障[3]。

4.3 膨脹節(jié)振動大、排缸聲音悶沉

運(yùn)行分析：隨汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高，膨脹節(jié)振動增大、排缸聲音增大，現(xiàn)場對排汽管線及凝汽系統(tǒng)進(jìn)行檢查，排汽管線焊縫外表面無裂紋，連接法蘭緊固件無松動，現(xiàn)場無漏點(diǎn)，凝氣器采用剛性支撐，無彈簧支座，排除因外部支撐或連接件松動引起振動或噪音。

分析結(jié)果：振動和噪音大可能是膨脹節(jié)或機(jī)體內(nèi)某些部件連接松動或膨脹節(jié)內(nèi)部焊縫存有裂紋。

4.4 排缸軸封輸水量大

運(yùn)行分析：汽輪機(jī)為冷態(tài)啟機(jī)，軸封汽過早投用，軸封汽進(jìn)汽閥開度大，現(xiàn)場排汽管排出大量白霧。

分析結(jié)果：冷態(tài)啟機(jī)，軸封汽不應(yīng)過早投用，避免真空建立時間長，造成排缸軸封疏水量大;同時增加軸封供汽管疏水，避免軸封汽帶水。

根據(jù)上述分析診斷，判斷除軸系不平衡外，可能伴有機(jī)內(nèi)部件松動，部件裝配尺寸不當(dāng)?shù)惹闆r，需要拆缸檢查。

5 汽輪機(jī)拆檢

待汽輪機(jī)缸體冷卻后，拆缸檢查問題如下：

問題1：主蒸汽管道進(jìn)汽法蘭，自由狀態(tài)下法蘭錯口量大（20～30mm），法蘭水平間隙大（180mm），不滿足無應(yīng)力配管要求，迫使缸體產(chǎn)生側(cè)向應(yīng)力，轉(zhuǎn)子與缸體中心改變，而造成高壓側(cè)徑向軸承運(yùn)行不良，現(xiàn)場拆檢發(fā)現(xiàn)TISA801瓦塊磨損嚴(yán)重。

問題2：現(xiàn)場復(fù)測轉(zhuǎn)子與缸體軸向定位尺寸E2為106.58mm（合格證要求定位數(shù)據(jù)為106.30mm），由于定位尺寸大，造成轉(zhuǎn)子與噴嘴件距離變小，易產(chǎn)生動靜部件摩擦。

問題3：現(xiàn)場復(fù)測后徑向軸承下瓦背與瓦枕間隙，左側(cè)0mm，底部0mm，右側(cè)0.05mm，測量顯示瓦背與瓦枕接觸不良，軸瓦在運(yùn)行中可能產(chǎn)出自振動，使油膜建立不良。

問題4：汽輪機(jī)開缸后，發(fā)現(xiàn)末級導(dǎo)葉持環(huán)尾部中分面螺栓未安裝，導(dǎo)葉持環(huán)尾部中分面有0.02mm間隙，在缸體受熱膨脹后，受汽流的沖擊，易產(chǎn)生噪聲及振動。

問題5：排汽側(cè)膨脹節(jié)內(nèi)部檢查，其安裝方向正確，內(nèi)部連接焊縫PT檢測，未發(fā)現(xiàn)有裂紋。

問題6：鑒于汽輪機(jī)通流部分間隙值符合要求，后徑向軸瓦接觸良好，建議轉(zhuǎn)子返廠高速動平衡測試。最終高速動平衡測試顯示轉(zhuǎn)子排汽側(cè)不平衡量大。

本次檢修消除上述問題后，再次啟動汽輪機(jī)組，軸振動達(dá)到正常值范圍，噪音消除。

6 結(jié)束語

本文在分析汽輪機(jī)組試車期間出現(xiàn)的振動高，噪音大等問題上，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)的多方面分析，同時利用在線監(jiān)測，分析運(yùn)行頻譜圖，較準(zhǔn)確地掌握機(jī)組運(yùn)行狀況，進(jìn)行事故診斷，得出解決措施。同時建議加大機(jī)組安裝、拆檢跟蹤檢查力度，尤其類似各部件裝配尺寸、主蒸汽管道無應(yīng)力安裝等關(guān)鍵點(diǎn)，需嚴(yán)格進(jìn)行檢查確認(rèn)，以確保機(jī)組安裝質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭宇.汽輪機(jī)振動的機(jī)理及其危害[J].石油和化工設(shè)備，2013，16（10）：68-70.

[2]萬書亭，李和明.汽輪發(fā)電機(jī)組軸心軌跡進(jìn)動方向自動識別新方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2003，3（23）：146-149.

[3]申甲斌.常見三種機(jī)械松動的振動頻譜分析[J].中國設(shè)備工程，2008（2）：52-55.

[4]高登.汽輪機(jī)組異常振動分析與故障排除[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（24）：120.

[5]侯茗楓.汽輪發(fā)電機(jī)組振動原因分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（29）：70.