閆志勇(中海石油化學股份有限公司,北京 100029)
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汽輪機振動超標故障分析及現(xiàn)場動平衡
閆志勇
(中海石油化學股份有限公司,北京 100029)
摘 要:針對1#汽輪機更換4#軸瓦之后各瓦振動超標的現(xiàn)象,進行了詳細的振動分析,并最終診斷為轉子不平衡故障,經現(xiàn)場動平衡之后振動降到良好的水平。
關鍵詞:汽輪機;軸瓦;振動;動平衡
1#汽輪發(fā)電機組是型號為CN12 - 3.43/0.49的單抽凝汽式汽輪機,額定功率為12MW,由南京汽輪電機廠制造。機組共有4個軸承,其中:1#、 2#軸承支撐汽輪機轉子,3#、4#軸承支撐發(fā)電機轉子。汽輪機與發(fā)電機通過剛性聯(lián)軸器連接,發(fā)電機與勵磁機同軸連接。整個軸系支撐結構簡圖如圖1所示。
圖1 軸系結構簡圖
1.更換4#軸瓦
自2005年8月測量振動以來,1#汽輪機4#瓦振動一直比較大,振動速度有效值保持在4~6mm/s之間,而ISO10816-1中同類設備的參考報警值為7.1mm/s有效值;振動位移保持在30~40μm之間,汽輪機振動經驗報警值為50μm。而進入2007年之后振動速度有效值就一直超過6mm/s,且始終在6~7mm/s之間波動,十分接近報警值。其他幾個軸瓦振動值則都在良好的水平。由于汽輪機組屬于電廠的關鍵設備,對于整個公司的生產穩(wěn)定有著異常重要的作用,于是利用2007年全廠設備大修機會,對汽輪機整個軸系進行了仔細的檢查。
檢查中發(fā)現(xiàn)4#瓦巴氏合金有一塊約1cm2的剝落,旁邊隱約可以看到一條裂紋,長度約為20mm。于是對4#瓦進行了更換,其他部分未做大的變動,只是重新調整了軸瓦的間隙及對中數據。
2.更換3#軸瓦
大修結束重新開車之后,4#瓦振動值稍有減小,再次降到6mm/s以下,檢修效果仍舊不太理想。值得注意的是,此次檢修之后其他幾個軸瓦振動均有明顯上升,其中3#瓦垂直方向的振動速度有效值達到了8mm/s以上,超過了報警值。在堅持開了一段時間未見好轉之后,決定再次停車對幾個軸瓦進行仔細檢查。檢查中發(fā)現(xiàn)3#軸瓦巴氏合金有大片的剝落現(xiàn)象。還有一個現(xiàn)象值得注意:脫開聯(lián)軸器時發(fā)現(xiàn)柱銷被卡死在銷孔之內,很難取出。于是更換了3#軸瓦并對聯(lián)軸器重新進行了對中,其他部位未做改動。
檢修之后重新開車,升速過程中,經過一階臨界轉速時振動超過了7μm的允許值,按照規(guī)定無法繼續(xù)升速,于是將機組停下來再次檢查軸瓦。此次檢查,除了聯(lián)軸器柱銷仍舊很緊之外,軸瓦各項安裝數據均在允許范圍之內。另外檢查滑銷系統(tǒng)也未發(fā)現(xiàn)異常。檢查之后重新開車,升速過程中振動仍舊超標。
由于始終無法準確找到引起振動的最初源頭,所以決定請專業(yè)檢測機構對汽輪機振動事故進行系統(tǒng)的診斷和處理。
第三方檢測機構技術人員到廠后,立即召開了一個簡短的事故研討會。我方技術人員對事故的整個經過進行了詳細的描述,對方初步認為是換瓦之后機組發(fā)生了共振。于是立即著手進行汽機的升速試驗,進行進一步的驗證。第三方技術人員所使用的儀器為美國本特立公司208-P DAIU振動測試儀,速度傳感器,分別測取機組1#~4#軸瓦垂直方向的振動。鍵相探頭為成都昕亞科技有限公司生產的LK3型光電傳感器。
1.第一次升降速試驗
2007年9月9日,在機組升速過程中進行了振動檢測。其中1#~4#軸瓦振動升降速波德圖如圖2。
圖2 2007年9月9日1#~4#瓦升降速波德圖
在機組達到額定轉速3000r/min空載運行時,對機組幾個軸瓦各方向振動進行了巡測,測試數據如表1。
表1 汽輪機組各測點3000r/min空載振動數據表μm∠deg,μm
空載時3#軸瓦垂直方向振動速度頻譜圖如圖3,其振動速度的時域波形接近正弦曲線。
圖3 空載時3#瓦振動速度頻譜圖
2.振動數據分析
從升降速各軸瓦波德圖可以看出,機組在1500~1600r/min時達到了一階臨界轉速,而設計時機組的一階臨界轉速為1800r/min,說明軸系的剛度發(fā)生了變化。而從表1的各測點振動數據可以發(fā)現(xiàn),2#、3#、4#測點振動較大,尤其3#垂直方向振動最大,達到了64μm,超過50μm的報警值,且頻譜圖中占優(yōu)勢的是轉速的一倍頻,時域波形也接近標準的正弦波,說明3#瓦振動性質為普通強迫振動。而其他幾個測點的振動情況也與之非常接近。
3.診斷結論
由于更換4#軸瓦之后其它幾個軸瓦測點振動也有明顯上升,且轉子動剛度發(fā)生了變化,軸瓦振動性質表現(xiàn)為普通強迫振動,結合以往的檢修經歷,做出了如下的診斷結論:1#汽輪機組振動超標事故原因為更換軸瓦之后改變了軸系的動剛度,導致了軸系的不平衡。
針對以上診斷結論,決定對電動機轉子進行現(xiàn)場動平衡試驗?,F(xiàn)場共進行兩次加重,之后各測點振動恢復到了良好的水平。動平衡過程及前后的振動數據如表2。
表2 1#機組動平衡過程及振動值表 μm
兩次加重后各軸瓦的振動波德圖如圖4、5所示。
可見,兩次加重振動均有明顯的好轉,轉子的一階臨界轉速已經基本恢復到1700~1800r/min之間,且在經過一階臨界轉速時的振動上升的不明顯。目前機組的振動已經達到了正常良好的水平。
圖4 1#機組1#~4#軸承第一次加重后振動波德圖
圖5 1#機組1#~4#軸承第二次加重后振動波德圖
通過此次故障分析及處理過程,發(fā)現(xiàn)了如下幾點值得注意,這也正是轉子不平衡故障的具體表現(xiàn)。首先,更換4#瓦之后,4#瓦振動沒有明顯改善,卻將振動波及了整個軸系上的其他各點,說明并不是4#軸瓦的安裝問題;其次,由于機組振動較大,經過一段時間的運行3#瓦巴氏合金出現(xiàn)了大片剝落,經過更換之后振動仍未解決,說明主要癥結也不在3#瓦;第三,每次檢查時都發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器柱銷卡得很緊,雖經重新找正之后,再次開車仍舊會繼續(xù)發(fā)生,說明如果一味地強制找正,會將軸系平衡再次破壞,而開車后軸系會自行回復到自由位置。
此次案例,汽輪機在整個軸系的檢查以及軸瓦更換過程中,應認真記錄下各項原始安裝數據。如果以往運行良好,最好不要嘗試改變這些數據,否則有可能會造成整個軸系平衡的破壞,如果正好和以往的不平衡量相互疊加,會對其進一步放大,而導致整個機組振動的超標。
中圖分類號:TK263.6+1
文獻標識碼:B
文章編號:1671-0711(2016)03-0071-03
收稿日期:(2015-12-15)