趙 毓,馬福軍

(淮北新源熱電有限公司,安徽淮北 235000)

低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組軸瓦振動原因分析及處理

趙 毓,馬福軍

(淮北新源熱電有限公司,安徽淮北 235000)

通過運(yùn)用故障診斷技術(shù),采用對熱電廠軸瓦進(jìn)行修配,聯(lián)軸器中心找正,動、靜碰磨檢查,缸體膨脹檢測,電氣試驗和動平衡檢測等方法,對低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組軸瓦振動原因進(jìn)行分析和處理,并成功解決了機(jī)組振動問題,保障了機(jī)組安全運(yùn)行。

汽輪發(fā)電機(jī)組;軸瓦振動;原因分析;處理措施

汽輪發(fā)電機(jī)組屬于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備,存在軸向、橫向、扭轉(zhuǎn)三種振動。不超過標(biāo)準(zhǔn)的振動是被允許的,對設(shè)備的危害也是可忽略的。但是,汽輪發(fā)電機(jī)組振動的振幅一旦超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)就變成了異常振動,對設(shè)備的危害性就很大。異常振動可能導(dǎo)致機(jī)組部件連接處松動斷裂;汽輪機(jī)葉片折斷,動、靜部分加劇磨損,軸瓦損壞,主軸彎曲,發(fā)電機(jī)接地或短路等危害,這樣的振動是絕對不允許的。然而,汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動是一個比較復(fù)雜的問題,造成振動的原因很多,如轉(zhuǎn)軸故障、軸承故障、聯(lián)軸器故障、結(jié)構(gòu)故障以及其他一些特殊故障等。因此查明振動原因,有針對性的維修才是解決汽輪發(fā)電機(jī)組異常振動的關(guān)鍵。

淮北新源熱電有限公司一臺低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)振動異常故障,我們通過對機(jī)組振動原因分析、故障排查,成功解決了機(jī)組振動問題。現(xiàn)就該案例進(jìn)行分析,總結(jié)歸納其中一些經(jīng)驗教訓(xùn),以期為解決類似振動問題的機(jī)組提供一些參考和借鑒。

1 機(jī)組概述

淮北新源熱電有限公司一臺低參數(shù)汽輪發(fā)電機(jī)組,主要利用工業(yè)汽輪機(jī)排汽進(jìn)行二次發(fā)電,平衡對外供汽量。汽輪機(jī)為山東青能動力股份有限公司生產(chǎn)的3 MW低溫、低壓、單缸、沖動式汽輪機(jī),型號為S3-0.5。發(fā)電機(jī)為東風(fēng)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的4.5 MW無刷勵磁空冷發(fā)電機(jī),型號為QF1W-4.5-2。機(jī)組于2009年12月投產(chǎn)運(yùn)行,運(yùn)行基本正常,各項參數(shù)均符合要求,唯有過臨界振動較大,最大振動#3瓦垂直在150μm～200μm間。(如下圖)

2012年5月,該機(jī)組出現(xiàn)多次非計劃停機(jī),2012年6月運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)#4瓦振動上升,⊥56μm、☉80μm,其它正常。2013年1月#3瓦水平振動增大到56μm,5月機(jī)組開缸大修,發(fā)現(xiàn)#4瓦上瓦頂部有一塊鈀式合金脫落,面積約3cm2,因沒有備用瓦,原樣恢復(fù)運(yùn)行,#3瓦振動消失。

2013年7月15日,機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)#4瓦振動突然增大,⊥80μm、☉110μm,打閘停機(jī)。檢查#4瓦發(fā)現(xiàn)原來上瓦缺陷稍有擴(kuò)大,下瓦正常,對其進(jìn)行修補(bǔ)、刮研,調(diào)整頂間隙0.30mm。開機(jī)試運(yùn),1200r/min暖機(jī)時,#3瓦水平振動28μm,其它軸瓦振動在10μm～20μm之間,過臨界# 3瓦最大振動⊥150μm,3000r/min定速,各瓦振動均合格,但隨后#3瓦水平振動快速增大,達(dá)80μm打閘停機(jī)。后來又啟動一次,并網(wǎng)帶負(fù)荷,但振動不減。

鑒于以上情況,該公司成立維修小組,并聘請專家到現(xiàn)場進(jìn)行診斷并指導(dǎo)。維修小組通過全面檢查及旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動頻譜儀監(jiān)測,歸納機(jī)組振動的主要特點,分析振動原因并制定維修方案,成功處理了機(jī)組振動大問題,并且通過配重解決了該機(jī)組過臨界振動超標(biāo)的問題,為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

2 機(jī)組振動原因分析

機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生異常振動的原因很多,轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、油膜不穩(wěn)、動靜摩擦等都會導(dǎo)致運(yùn)行中的機(jī)組異常振動。從振動頻譜分析,機(jī)組振動可分兩種振動形式：一種是強(qiáng)迫振動,振動頻率為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率及其倍數(shù),產(chǎn)生的主要原因是轉(zhuǎn)子不平衡、聯(lián)軸器不對中、安裝不良等;另一種是自激振動,振動頻率低于轉(zhuǎn)子頻率,其常在某個轉(zhuǎn)速下突然出現(xiàn),危害性極大。新源公司主要從以下幾個方面逐項排除,準(zhǔn)確地找到了故障點,解決了機(jī)組振動問題。

(1)不閉合勵磁機(jī)開關(guān)情況下,機(jī)組振動依然存在,可以排除發(fā)電機(jī)及勵磁機(jī)相電壓不平衡原因。

(2)運(yùn)行中主汽壓力、溫度穩(wěn)定,真空正常,排除軸封供汽溫度異常,使#2、#3軸承標(biāo)高變化影響轉(zhuǎn)子中心,造成振動異常。

(3)運(yùn)行中冷卻循環(huán)水穩(wěn)定,潤滑油溫保持在40～42℃,排除油溫異常影響油膜穩(wěn)定造成的振動異常。

(4)運(yùn)行中汽缸內(nèi)沒有異聲,且過臨界時振動比以往沒有增大,基本排除轉(zhuǎn)子部件掉落。

通過振動測試,機(jī)組的振動主要特征如下：

(1)機(jī)組剛到達(dá)3000r/min時,振動處于30μm的良好水平。稍后,#2、#3、#4瓦垂直和水平方向的振動則快速爬升,尤其#3瓦水平振動的增值最大。

(2)頻譜分析表明,振動頻率為50Hz的工頻,但含有少量100 Hz的倍頻分量。

根據(jù)該機(jī)組的振動特點,結(jié)合機(jī)組的運(yùn)行歷史,綜合分析后認(rèn)為,振動突增的可能原因如下：

(1)動、靜部分發(fā)生碰磨。

(2)聯(lián)軸器螺栓松動,影響軸系中心和扭矩傳遞。

(3)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足,改變了軸系連接的同心度和平直度。

3 采取的處理措施

針對機(jī)組振動的主要原因,采取的具體措施有：

(1)各瓦的頂隙、側(cè)隙、瓦口間隙、軸承的緊力等均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求,并盡量使軸瓦的頂部間隙靠近標(biāo)準(zhǔn)的下限值。

(2)檢查各瓦下部墊鐵的接觸面積是否在75%左右,并能均勻分布。

(3)汽—電側(cè)對輪的瓢偏、晃度以及聯(lián)軸器螺栓緊固后的組合晃度均應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi),尤其聯(lián)軸器螺栓緊固前、后的圓周晃度差應(yīng)小于0.02mm。

(4)復(fù)查聯(lián)軸器的中心,其應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(5)動、靜碰磨檢查：如軸封、油檔、發(fā)電機(jī)端蓋和勵磁機(jī)等部位是否有碰磨現(xiàn)象,使其間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(6)聯(lián)軸器螺栓松動的檢查。

螺栓松動一般由以下原因引起：(1)螺栓強(qiáng)度低,發(fā)生變形;(2)緊力過大,螺栓與螺孔配合不好、螺孔偏斜等。

(7)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足：主要依據(jù)汽-電側(cè)對輪瓢偏值和晃度值運(yùn)行前后的變化進(jìn)行判斷。

經(jīng)過維修檢查,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)側(cè)對輪瓢偏值最大0.08 mm,晃動值最大0.05mm,汽輪機(jī)側(cè)對輪晃動值最大0.03 mm。發(fā)電機(jī)及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子返廠維修,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子做高速動平衡。恢復(fù)后開機(jī)試運(yùn),1200r/min暖機(jī)時,各軸瓦振動均在10μm以下。過臨界3瓦最大振動⊥32μm,2500r/min時各軸瓦振動均在30μm以下。轉(zhuǎn)速升到2800r/min時3瓦水平振動開始上升,到3000r/min后3瓦水平振動最高達(dá)84μm。并網(wǎng)帶負(fù)荷,3瓦振動穩(wěn)定在→70μm左右、⊥36μm;1瓦振動→56μm、⊥12μm;2瓦振動→48μm、⊥16μm;4瓦振動→8μm左右、⊥20μm。

根據(jù)所做的檢修工作,結(jié)合振動頻譜分析表明,振動頻率基本為50Hz的工頻,振幅、相位隨轉(zhuǎn)速變化,3000r/ min振動穩(wěn)定。經(jīng)過在現(xiàn)場做軸系動平衡,通過在發(fā)電機(jī)兩側(cè)不同角度配重,達(dá)到了各軸承振動相位基本為零、振幅在20μm以下的優(yōu)秀水平。這就徹底解決了該機(jī)組一直存在過臨界軸瓦振動的問題。

4 結(jié)論

汽輪發(fā)電機(jī)組的異常振動嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,新源公司機(jī)組振動故障產(chǎn)生的原因及處理方法給了我們一些啟示。首先,設(shè)備不應(yīng)帶病運(yùn)行,以防擴(kuò)大機(jī)組損壞事故發(fā)生。所以機(jī)組振動增大時應(yīng)及時將機(jī)組停止運(yùn)行,查明故障原因,解決問題,其次,機(jī)組頻繁啟停,溫度波動大,使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈、絕緣塞塊等在應(yīng)力作用下發(fā)生相對位移,改變轉(zhuǎn)子質(zhì)心,破壞動平衡。特別是在甩負(fù)荷時,聯(lián)軸器承受巨大的沖擊扭力,可能改變對輪的外圓及端面參數(shù)。因此應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行管理,提高運(yùn)行人員業(yè)務(wù)素質(zhì),加強(qiáng)設(shè)備檢修,及時消除缺陷,確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外,處理汽輪機(jī)異常振動時,利用振動頻譜儀采集各軸承振動參數(shù),結(jié)合機(jī)組運(yùn)行和維修記錄、維修人員經(jīng)驗來判斷。這樣有利于故障分析解決,減少故障排除的盲目性,提高機(jī)組故障排查效率。

[1] 趙常興.汽輪機(jī)組技術(shù)手冊[M].北京：中國電力出版社,2007.

[2] 王東炎.發(fā)電機(jī)組異常振動排除[J].機(jī)械工業(yè),2007 (12).

[3] 李錄平.汽輪發(fā)電機(jī)組振動與處理[M].北京：中國電力出版社,2007.

[4] 趙瑞林.關(guān)于發(fā)電機(jī)組異常震動的分析[J].工業(yè)科技,2005(8).

責(zé)任編輯：為 恒

TM311

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1671-8275(2014)01-0120-02

2013-11-02

趙毓(1972-),女,安徽濉溪人,淮北新源熱電有限公司工程師。