汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子振動(dòng)波動(dòng)分析

李嵩

哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150090

1 振動(dòng)現(xiàn)象

汽輪機(jī)組機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)行四年以上時(shí)間后高壓轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)出現(xiàn)隨機(jī)同步波動(dòng)現(xiàn)象，隨后振動(dòng)波動(dòng)的頻率和幅度都明顯增大，有時(shí)一天波動(dòng)數(shù)次。其中1號(hào)軸承X/Y方向軸振由正常時(shí)的20μm/12μm左右增大到最大達(dá)75μm/70μm左右，2號(hào)軸承X/Y方向軸振由正常時(shí)的38μm/40μm左右增大到最大達(dá)135μm/105μm左右，如圖1。

圖1汽輪機(jī)1、2號(hào)軸承軸振動(dòng)

2 故障診斷

1、2號(hào)軸振動(dòng)變化以1倍頻為主，振動(dòng)幅值變化的同時(shí)，相位也出現(xiàn)一定的變化。常見的1倍頻振動(dòng)有轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子安裝部件松動(dòng)，轉(zhuǎn)子裂紋，軸系不對中，基礎(chǔ)松動(dòng)，軸承磨損，軸承松動(dòng)，動(dòng)靜碰磨，傳感器支架松動(dòng)等。

振動(dòng)波動(dòng)呈現(xiàn)出很強(qiáng)的隨機(jī)性，與負(fù)荷、蒸汽參數(shù)、軸承金屬溫度、汽封供汽溫度、高中壓內(nèi)壁溫差、高壓缸脹差、左右熱膨脹、潤滑油參數(shù)的變化無關(guān)。振動(dòng)首先爬升到一定的高位，又在未進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的情況下能自然回落到正常水平。

從振動(dòng)波動(dòng)隨機(jī)性可以排除汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子本身的動(dòng)不平衡及轉(zhuǎn)子彎曲，也可以排除軸系不對中及基礎(chǔ)松動(dòng)、軸承磨損，軸承松動(dòng)等原因；從振動(dòng)時(shí)大時(shí)小現(xiàn)象可以排除轉(zhuǎn)子裂紋的可能性；從振動(dòng)1、2號(hào)軸承四個(gè)傳感器均出現(xiàn)該現(xiàn)象可排除傳感器支架松動(dòng)原因；從多次波動(dòng)的相位變化關(guān)系可排除轉(zhuǎn)子安裝部件松動(dòng)的可能性。故障原因可集中在動(dòng)靜碰磨。

機(jī)組動(dòng)靜碰磨是指轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間的間隙小時(shí)，發(fā)生接觸、碰撞的現(xiàn)象[1]。汽輪機(jī)動(dòng)靜碰磨原因有動(dòng)靜間隙過小、轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大、轉(zhuǎn)子與軸承不對中、汽缸和軸承座的跑偏變形、缸體內(nèi)有活動(dòng)部件等[2]。汽輪機(jī)組機(jī)組動(dòng)靜碰磨常發(fā)生的轉(zhuǎn)子和固定油擋、汽封、浮動(dòng)油擋、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子密封瓦這些部位。本機(jī)組未采用浮動(dòng)油擋；機(jī)組已平穩(wěn)運(yùn)行四年，且振動(dòng)波動(dòng)時(shí)所有運(yùn)行參數(shù)正常，轉(zhuǎn)子和汽封碰磨的概率小；振動(dòng)波動(dòng)發(fā)生在高壓1、2號(hào)軸承，不符合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和密封瓦的碰磨的特征。動(dòng)靜碰磨應(yīng)為轉(zhuǎn)子和固定油擋發(fā)生了積碳碰磨。

3 積碳碰磨

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，高中壓缸周圍尤其是兩端軸封處溫度較高。當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境較差，大量灰塵進(jìn)入廠房，油擋中的積油與抽油煙機(jī)風(fēng)機(jī)作用下吸入油擋的灰塵混合后形成油垢，油垢在高溫作用下產(chǎn)生的較為堅(jiān)硬的碳化物。當(dāng)碳化物生長到一定的高度，轉(zhuǎn)子與靜子部分間的間隙消失，出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，振動(dòng)增大。但相對于金屬，碳化物硬度稍弱，摩擦到一定程度后，碳化物堅(jiān)硬部分磨掉，同時(shí)碰磨也將碳化物擠向油擋底部，動(dòng)靜間隙出現(xiàn)后碰磨振動(dòng)消失，轉(zhuǎn)子變直、振動(dòng)恢復(fù)。當(dāng)產(chǎn)生的油垢及碳化物由生長又到一定的高度，再次與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)靜碰磨，振動(dòng)又會(huì)爬升，周而復(fù)始。

4 故障處理

要消除高壓轉(zhuǎn)子與油擋碳化物發(fā)生動(dòng)靜碰磨，就必須阻止碳化物在油擋中生成。油垢碳化是灰塵、油煙和高溫的共同作用，因此，可采取防止高溫蒸汽泄露、建立隔熱、阻止油垢堆積等措施。針對積碳碰磨的現(xiàn)象，在保持運(yùn)行和停機(jī)檢修時(shí)可采取以下措施。

運(yùn)行方面：

（1）適當(dāng)降低軸承箱的負(fù)壓。通過降低軸承箱內(nèi)的負(fù)壓值，可以緩解對油擋外空氣的吸入量，即減小進(jìn)入油擋的灰塵量。

（2）試驗(yàn)加大潤滑油進(jìn)油量。試驗(yàn)提高潤滑油壓，試驗(yàn)是否能夠稀釋油泥，通過卸油口排除，阻止其形成碳化物。

檢修方面：

（1）檢查氣封，對積碳進(jìn)行清理。

（2）降低1、2號(hào)軸承油擋處溫度。通過增設(shè)隔熱板，降低油擋處溫度，使油泥無法進(jìn)一步形成碳化物。

（3）適當(dāng)增大軸承下油擋的泄油孔數(shù)目和直徑。通過泄油面積的增大，保證噴射到油擋上的潤滑油能及時(shí)沖走油垢混合物，并順利通過油擋泄油孔排出。

5 結(jié)果

首先進(jìn)行降低軸承箱負(fù)壓和加大潤滑油進(jìn)油量試驗(yàn)，兩種措施對振動(dòng)波動(dòng)的影響并不明顯。為保證設(shè)備正常生產(chǎn)，同時(shí)也因振動(dòng)最大值未達(dá)到停機(jī)值，決定觀察機(jī)組運(yùn)行，等合適機(jī)會(huì)停機(jī)檢修。在今年的例行檢修中，發(fā)現(xiàn)1號(hào)軸承油擋處有明顯的積炭。對積碳進(jìn)行清理后再次運(yùn)行四個(gè)月至今，1、2號(hào)振動(dòng)值在20um，未再出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)情況，運(yùn)行平穩(wěn)。