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        200MW 汽輪發(fā)電機組軸承振動異常原因分析及治理

        2014-11-28 08:02:46王春艷
        吉林電力 2014年4期
        關(guān)鍵詞:跳機油膜標高

        李 軍,王春艷

        (1.吉林電力股份有限公司,長春 130022;2.中電投白城發(fā)電公司,吉林 白城 137000)

        汽輪發(fā)電機組的振動會造成零部件松動及設(shè)備的損壞,嚴重影響機組的安全性,機組的振動狀態(tài)在很大程度上決定了其運行的可靠性。

        某發(fā)電廠2號機組為NC200-12.75/0.39/535/535型、超高壓、中間再熱、單軸三缸兩排汽、冷凝抽汽式汽輪機,高中壓轉(zhuǎn)子采取三支撐結(jié)構(gòu)。2012年11月以來,機組在正常帶負荷運行期間,4號軸承多次出現(xiàn)突發(fā)不穩(wěn)定振動,導(dǎo)致機組因振動保護動作而跳機,嚴重影響了機組安全、穩(wěn)定運行。本文對振動原因進行分析,并提出治理措施,機組檢修調(diào)整后振動平穩(wěn)。

        1 不穩(wěn)定振動現(xiàn)象

        2012年11月9日,2號機組正常帶130MW 負荷運行期間,4號軸承軸振首次出現(xiàn)突增,引起機組振動保護動作跳機。4號軸承振動突增振動變化曲線如圖1所示。在未采取任何調(diào)整措施的情況下啟動,機組恢復(fù)正常運行。此后,機組在2012年12月18日和2013年1月1日先后出現(xiàn)2次因振動保護動作而引起的跳機,現(xiàn)象與第1次相似。

        跳機故障發(fā)生后,查看汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測TDM 系統(tǒng)監(jiān)控記錄,發(fā)現(xiàn)3 次跳機機組振動具有如下共同特征。

        a.振動突變主要發(fā)生在4 號軸承上,4 號軸承振動增大后,相鄰軸承振動也相應(yīng)有不同幅度的增大。

        b.3次跳機時的最大振動幅值相近。跳機后,隨著轉(zhuǎn)速的降低,振動幅值迅速降低。

        c.振動增大后,頻譜圖中出現(xiàn)了較大幅度的低頻分量,低頻頻率并不是嚴格意義上的半倍頻,而是在0.4~0.5倍頻之間波動。頻率波動的過程中工頻分量幅值和相位也有一定幅度波動。圖2給出了振動突增后4號軸承頻譜。

        d.振動突增后,4 號軸承軸總振幅達到290 μm,工頻分量幅值反而有所減小,從100μm 減小到73μm。

        2 振動故障原因分析

        根據(jù)跳機時的振動記錄數(shù)據(jù),對2號機組振動突變原因進行分析。多次振動突變都是發(fā)生在4號軸承,說明故障部位在汽輪機側(cè),與發(fā)電機無關(guān)。振動突變多發(fā)生在穩(wěn)定帶負荷發(fā)電工況下,與不穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩、管道振動、扭振低頻振蕩等之間的關(guān)系不大,與負荷變化之間也沒有太大關(guān)系。

        圖1 機組振動突增變化曲線

        圖2 振動突增后4號軸承頻譜

        多次突發(fā)性振動現(xiàn)象具有很強的相似性。4號軸承振動突變時,相鄰各點振動以及4號軸承瓦振都有所增大。因此,4號軸承振動現(xiàn)象是真實的,不是監(jiān)測系統(tǒng)受到外界干擾所引起的,可能是由于軸承油膜失穩(wěn)所引起的。油膜失穩(wěn)是軸頸帶動潤滑油高速流動時,高速油流反過來激勵軸頸,使其發(fā)生強烈振動的一種自激振動現(xiàn)象[1]。油膜失穩(wěn)故障大多發(fā)生在機組啟動升速和超速試驗過程中,也有部分發(fā)生于機組帶負荷運行過程中。油膜失穩(wěn)故障是一種強烈的自激振動,具有以下特征[2]:油膜失穩(wěn)故障發(fā)生之前,振動以工頻分量為主。油膜失穩(wěn)故障發(fā)生后,低頻分量將成為主要頻率成分,振動頻率約等于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率,不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化,不能用提高轉(zhuǎn)速的方法來消除。振動具有幅值大和突發(fā)性的雙重特性。臨近油膜震蕩時,會出現(xiàn)不穩(wěn)定的低頻振動分量,此時幅值會出現(xiàn)一定程度的波動。一旦發(fā)生油膜失穩(wěn),振動幅值在短時間(幾秒鐘)內(nèi)劇增。正常工作時,軸心軌跡穩(wěn)定,油膜失穩(wěn)故障發(fā)生后,軸心軌跡紊亂。

        軸承是汽輪發(fā)電機組的重要部件,起著支撐轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵作用。軸承工作狀態(tài)較好時,軸承間隙內(nèi)的潤滑油可以起到良好的潤滑作用,保證轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地工作。反之,軸承工作狀態(tài)不好時,則容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。4號軸承頂軸油壓較低,運行一段時間后,頂軸油壓由初期的1.0MPa降至0.2MPa左右,表明軸承脫空、載荷較輕,承載較輕的軸承容易誘發(fā)油膜失穩(wěn)故障。突發(fā)振動后,出現(xiàn)了較大幅度的0.4~0.5倍低頻頻率成分,該頻率是軸承油膜失穩(wěn)故障的主要特征之一。軸承油膜失穩(wěn)故障具有突發(fā)性和隨機性的特點,在外界擾動作用下容易突發(fā)。

        從振動現(xiàn)象以及油膜失穩(wěn)故障機理來看,本機組振動是由于4號軸承油膜失穩(wěn)所引起的。

        3 振動故障治理

        第3次跳機故障發(fā)生后,停機對機組進行了第1次檢修和調(diào)整。4號軸承位于汽輪機低壓排汽缸上,軸承標高受真空和排汽缸溫度的影響較大,熱態(tài)下4號軸承標高可能發(fā)生變化?;谏鲜隹紤],檢修中對軸系中心進行了調(diào)整。將4號軸承標高抬高了0.10mm,5號軸承標高降低了0.05mm。揭瓦對4號軸承進行檢查,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷。

        2013年2月21日,機組檢修后開機,升速和帶負荷過程中振動都較小,但是,運行一段時間后,4號軸承振動再次出現(xiàn)了突增,并導(dǎo)致跳機。停機后對機組進行了第2次調(diào)整,將4號軸承標高在第1次抬高的基礎(chǔ)上又進一步抬高了0.15 mm。檢修后機組于2013年4月12日開機,開機和帶負荷過程中機組振動平穩(wěn),機組運行至今沒有再次出現(xiàn)突發(fā)性振動。

        表1給出了盤車狀態(tài)下所測第1次標高調(diào)整前后和第2次標高調(diào)整后各軸承頂軸油壓情況。可以看出,4號軸承標高抬高后,軸承頂軸油壓增大,說明4號軸承所承受的載荷增大,這對于提高4號軸承的穩(wěn)定性是很有利的。

        表1 3種標高狀態(tài)下軸承頂軸油壓 MPa

        4 結(jié)束語

        2012年11月前,2號機組運轉(zhuǎn)平穩(wěn),此后才頻繁發(fā)生突發(fā)性不穩(wěn)定振動,經(jīng)長時間運轉(zhuǎn)后,軸承標高可能發(fā)生了變化。軸承標高出現(xiàn)偏差后,擰緊聯(lián)軸器螺栓后,軸系仍然可以處于同心和平直狀態(tài),因此,軸系對中偏差并不會產(chǎn)生直接的激振力,但是標高變化會改變軸承之間的載荷分配。抬高某一軸承標高,該軸承載荷增大,相鄰軸承載荷必然減輕。軸承載荷變化改變軸承工作狀態(tài),嚴重時會導(dǎo)致載荷較輕的軸承發(fā)生失穩(wěn)故障。

        對于油膜失穩(wěn)和汽流激振這類自激振動故障,軸承標高調(diào)整是有效的治理措施。標高對振動的影響與標高調(diào)整量有關(guān)[2],小量標高變化對振動的影響有限。第1次調(diào)整沒能取得預(yù)期效果,與標高調(diào)整量較小有關(guān)。

        4號軸承突發(fā)振動是由于軸承標高降低導(dǎo)致軸承載荷較輕并進而誘發(fā)油膜失穩(wěn)故障所引起的,通過抬高軸承標高0.25 mm,取得了很好的減振效果。在軸承瓦溫不超標、動靜不摩擦的前提下,標高調(diào)整量可以適當大一些,但如果4號軸承標高抬高量進一步增大,將會導(dǎo)致軸承載荷過重,軸瓦溫度過高。目前狀態(tài)下,振動穩(wěn)定、瓦溫正常,標高調(diào)整量比較合理。

        4號軸承位于低壓排汽缸上,軸承標高受真空、排汽缸溫度等參數(shù)的影響較大,容易發(fā)生因為冷熱態(tài)下標高差異所引起的振動故障。建議利用機組冷態(tài)啟機機會,測試抽真空、沖轉(zhuǎn)和帶負荷過程中各軸承標高變化情況,為合理制定冷態(tài)下軸承標高預(yù)留補償值提供依據(jù)。

        [1]陳陽,楊建剛.汽輪發(fā)電機組滑動軸承油膜振蕩故障的分析與治理[J].軸承,2012,(9):25-28.

        [2]楊建剛.旋轉(zhuǎn)機械振動分析與工程應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2007.

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