李森林

（上海金聯(lián)熱電有限公司，上海 201506）

汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)故障的處理方法

李森林

（上海金聯(lián)熱電有限公司，上海 201506）

在背壓汽輪機(jī)組出現(xiàn)間歇性振動(dòng)時(shí)，首先通過(guò)汽缸位移值監(jiān)視、振動(dòng)頻譜監(jiān)視進(jìn)行故障排除分析，初步縮小故障原因范圍，通過(guò)設(shè)備檢查找到主要問(wèn)題。此方法可在不揭缸的情況下有效解決背壓機(jī)組間歇性振動(dòng)故障，可為同類設(shè)備的故障診斷和處理提供參考。

汽輪機(jī)；間歇性振動(dòng)；故障；處理方法

近年來(lái)，我國(guó)熱電廠有了更多的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也肩負(fù)著對(duì)社會(huì)供電穩(wěn)定性的責(zé)任，汽輪機(jī)作為熱電廠設(shè)備的重要組成部分，其運(yùn)行狀態(tài)好壞直接影響供電可靠性、企業(yè)的安全生產(chǎn)以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，振動(dòng)是直接關(guān)系到汽輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)[1]。隨著電廠自動(dòng)化程度的提高，必然要求設(shè)備的可靠性增強(qiáng)，機(jī)組參數(shù)的提高和容量的增加，使得機(jī)組軸系增長(zhǎng)，機(jī)組振動(dòng)增大的可能性增加，并且一旦發(fā)生事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，而汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)故障是機(jī)組振動(dòng)類型中最難消除的缺陷[2]。由于汽輪機(jī)的作為電廠的三大主要設(shè)備之一，對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)的研究從20世紀(jì)60年代就引起了世界相關(guān)人士的重視，國(guó)內(nèi)在基礎(chǔ)理論研究方面也做了大量工作，并取得許多成果，但具有突破性成果較少，在工程應(yīng)用方面也缺少關(guān)鍵性進(jìn)展，理論方面的研究有很多，比如對(duì)汽輪機(jī)碰磨引起的振動(dòng)就分為以高校為主的研究人員針對(duì)簡(jiǎn)化模型所做的以理論和實(shí)驗(yàn)為主的研究,另一類是研究所和工廠為主的研究技術(shù)人員針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障進(jìn)行分析、排除和總結(jié)[3]。汽輪機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀況是否良好一般會(huì)通過(guò)機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)，汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年，積累了豐富的成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，汽輪機(jī)軸系振動(dòng)通常具有很強(qiáng)的諧波性，軸系故障也多表現(xiàn)為某些諧波成分的變化，因而功率譜分析技術(shù)在故障特征提取中得到廣泛應(yīng)用。但是功率譜分析存在3個(gè)主要缺陷：不能揭示由于機(jī)械設(shè)備非線性而產(chǎn)生的二次相位耦合現(xiàn)象；不能處理工程實(shí)際信號(hào)中存在的大量非高斯隨機(jī)信號(hào)；丟失了原始信號(hào)中的相位信息。而大型機(jī)組結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜、故障類型較多，轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)存在非線性特性，導(dǎo)致振動(dòng)測(cè)量信號(hào)千變?nèi)f化，往往存在非平穩(wěn)、非線性成分以及各類干擾噪聲，不同類型故障可能造成信號(hào)同一諧波成分的變化，故障信息交叉和混合，給故障特征的提取帶來(lái)困難，因此功率譜分析在一定程度上受到限制[4]。對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，怎么解決汽輪機(jī)振動(dòng)故障的實(shí)際問(wèn)題是最重要的，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上目前對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)頻譜的檢測(cè)設(shè)備雖然它對(duì)機(jī)組的普通振動(dòng)有良好的確診方法，但它面對(duì)機(jī)組間歇性振動(dòng)的復(fù)雜性以及診斷人員技術(shù)能力的參差不齊，很多情況下無(wú)法精密診斷故障原因和識(shí)別、判斷故障的嚴(yán)重程度，不能為企業(yè)科學(xué)檢修指明方向。熱電企業(yè)只有靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)消除機(jī)組的間歇性振動(dòng)，很多公司為了消除汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)可能花費(fèi)一兩年時(shí)間，由此花費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力。本文結(jié)合工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了處理此類型汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)故障的分析與處理方法，在不揭缸的情況下便捷的解決企業(yè)類似的實(shí)際難題。

1 情況介紹

某熱電廠用杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的HG32/20/10型汽輪機(jī)，汽輪機(jī)運(yùn)行正常時(shí)#2軸瓦處軸振動(dòng)維持在25 μ m左右，振幅開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)后，振幅波動(dòng)會(huì)間歇性反復(fù)發(fā)生，正?！l(fā)生一次波動(dòng)（有時(shí)到振動(dòng)報(bào)警跳機(jī)值）→回落到正常值，汽輪機(jī)#1軸瓦軸振動(dòng)跟隨變化較小，振動(dòng)的發(fā)生與工況負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、油溫關(guān)系不大，振動(dòng)發(fā)生時(shí)間間隔沒(méi)有規(guī)律可循，多數(shù)間歇性振動(dòng)發(fā)生后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常（振幅達(dá)到跳機(jī)保護(hù)值除外）。機(jī)組由汽機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)組成，共有6只軸承，每只軸承處有X相和Y相軸系振幅值在線檢測(cè)。

2 故障分析

鑒于現(xiàn)場(chǎng)能引起汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)的原因有很多，我們采用了機(jī)組3500軟件和ADR E5軟件對(duì)機(jī)組運(yùn)行工況下的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣和分析，以便縮小故障原因的范圍。汽輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速8923 r/min，額定負(fù)荷6 MW正常運(yùn)行時(shí)振幅維持在20～33 μ m之間變化，當(dāng)間歇性振動(dòng)出現(xiàn)時(shí)振幅會(huì)超過(guò)30 μ m，間歇性軸振時(shí)只有#2軸承（即汽機(jī)后軸承）處軸X相、Y相振幅波動(dòng)比較大，#1軸承處（即汽機(jī)前軸承）軸X相、Y相振幅跟隨變化微小，其他軸承處軸振動(dòng)幅值基本維持正常，間歇性振動(dòng)振幅值時(shí)高時(shí)低到一定高度又恢復(fù)正常運(yùn)行，振動(dòng)時(shí)間間隔沒(méi)有規(guī)律（見(jiàn)表1），振動(dòng)幅值會(huì)在不定時(shí)間超過(guò)機(jī)組振動(dòng)保護(hù)值而跳機(jī)。

汽輪機(jī)在額定轉(zhuǎn)速8 923 r/min，額定負(fù)荷6 MW運(yùn)行正常時(shí)，汽輪機(jī)軸系6只軸承處軸振動(dòng)X相、Y相頻譜的通頻、工頻、相位基本維持不變（見(jiàn)表2）。

在汽輪機(jī)額定負(fù)荷運(yùn)行發(fā)生間歇性振動(dòng)時(shí)，其他軸瓦處頻譜圖基本維持不變，間歇性振動(dòng)前后軸心軌跡為橢圓形,重復(fù)性較好無(wú)發(fā)散和紊亂，無(wú)明顯尖角，軸心軌跡均為正進(jìn)動(dòng)，剔除振動(dòng)波動(dòng)以及轉(zhuǎn)速變化的影響，開(kāi)機(jī)以來(lái)軸振動(dòng)長(zhǎng)期趨勢(shì)沒(méi)有增長(zhǎng)跡象。只有汽輪機(jī)#2軸承處軸振動(dòng)X相、Y相1倍頻振動(dòng)趨勢(shì)變化，通頻跟隨變化，相位也跟隨變化，振動(dòng)趨勢(shì)變化呈現(xiàn)波浪型趨勢(shì)，維持在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，波動(dòng)一定時(shí)間后又恢復(fù)正常，1X相位趨勢(shì)維持在160～240區(qū)間波動(dòng)，1Y相位趨勢(shì)維持在260～340區(qū)間波動(dòng)（見(jiàn)圖1）。

表1 汽輪機(jī)振幅監(jiān)視值 μ m

表2 汽輪機(jī)正常運(yùn)行軸系頻譜表

圖1 #2軸瓦處軸振動(dòng)X相、Y相1倍頻振動(dòng)趨勢(shì)圖

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)振幅監(jiān)視值、汽輪機(jī)振動(dòng)頻譜值分析，結(jié)合汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦作用力分析及轉(zhuǎn)子振動(dòng)方程式[5]：

式中：M為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，C1為橫向振動(dòng)阻尼系數(shù)，K1為橫向變形剛度系數(shù)。

式中：C2為軸向振動(dòng)阻尼系數(shù)，K2為軸向變形剛度系數(shù)。

式中：J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，C3為扭振阻尼系數(shù)，K3為扭曲變形剛度系數(shù)，G=Г·r

得出本次汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)的原因?yàn)閯?dòng)靜間歇性、輕微摩擦引起的結(jié)論。由此可以排除[6-9]：轉(zhuǎn)子彎曲永久變形、汽輪機(jī)汽缸內(nèi)部與轉(zhuǎn)子動(dòng)靜間隙小導(dǎo)致摩擦、汽缸變形。間歇性、輕微的動(dòng)靜摩擦部位可能發(fā)生以下方面：軸承油擋齒（材質(zhì)軟鋁）及軸承箱油封齒（材質(zhì)軟鋁）與轉(zhuǎn)子有存在間歇性摩擦的可能；汽封處飽和蒸汽結(jié)垢引起垢質(zhì)與轉(zhuǎn)子間歇性摩擦引起振動(dòng)，而汽輪機(jī)蒸汽品質(zhì)該電廠有嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控體系，發(fā)生結(jié)垢的可能性極小。所以下一步只需要檢查汽輪機(jī)的油檔和油封部位，無(wú)需對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行揭缸檢查。

3 機(jī)組檢查與分析

2015年7月對(duì)HG32/20/10型汽輪機(jī)進(jìn)行有針對(duì)性的停機(jī)檢查，主要檢查部位為軸系軸瓦處的油檔、油封，拆開(kāi)#1軸承箱時(shí)發(fā)現(xiàn)油封內(nèi)最外側(cè)一道槽油碳化結(jié)焦嚴(yán)重，并且碳化油焦有一定的硬度，油封泄油孔保持暢通沒(méi)有堵塞（見(jiàn)圖2）。

現(xiàn)象分析[10-11]：

油封泄油孔沒(méi)有堵塞說(shuō)明油封不存在泄油不暢的情況；該電廠潤(rùn)滑油為L(zhǎng)-TSA46#汽輪機(jī)油，閃點(diǎn)≥180℃，實(shí)際運(yùn)行時(shí)油封最外側(cè)溫度≤130℃（汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)用測(cè)溫槍測(cè)得實(shí)際溫度），油封最外側(cè)與轉(zhuǎn)子接洽處溫度≤150℃（汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)用測(cè)溫槍測(cè)得實(shí)際溫度），汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)油封處溫度均小于180℃，說(shuō)明油封處潤(rùn)滑油碳化結(jié)焦不是由于1#軸承處汽缸保溫不好導(dǎo)致溫度過(guò)高傳熱至油封引起，油封最外側(cè)槽碳化結(jié)焦的原因是當(dāng)汽輪機(jī)軸在額定速度8923 r/min運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，油封最外側(cè)槽只存在極少量的潤(rùn)滑油，極少量的潤(rùn)滑油及雜質(zhì)與高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)軸反復(fù)碰撞摩擦產(chǎn)生局部高溫，而極少量的潤(rùn)滑油滯留帶不走碰撞摩擦產(chǎn)生的溫度，此處產(chǎn)生局部高溫導(dǎo)致潤(rùn)滑油碳化結(jié)焦，當(dāng)碳化結(jié)焦塊堆積滿油封最外側(cè)槽與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)，較硬的碳化結(jié)焦塊與汽輪機(jī)高速轉(zhuǎn)子產(chǎn)生碰撞摩擦、擠壓而引起汽輪機(jī)振動(dòng)，較高振動(dòng)過(guò)后會(huì)消減一部分較硬碳化結(jié)焦塊，當(dāng)較硬的碳化結(jié)焦塊不與汽輪機(jī)軸接觸時(shí)振動(dòng)恢復(fù)正常，由此表現(xiàn)出來(lái)的是機(jī)組一個(gè)間歇性振動(dòng)發(fā)生后振動(dòng)恢復(fù)正常；而極少量的潤(rùn)滑油會(huì)源源不斷流到此處，繼續(xù)高溫碳化結(jié)焦，堆積到與機(jī)組高速軸接觸而再一次碰撞摩擦、擠壓導(dǎo)致汽輪機(jī)振動(dòng)。

如此反復(fù)，汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的就是汽輪機(jī)軸間歇性振動(dòng)。最后當(dāng)油封最外側(cè)槽潤(rùn)滑油的高溫碳化結(jié)焦塊擠壓到很高的硬度后再與汽輪機(jī)軸接觸時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一次較強(qiáng)烈的振動(dòng)而導(dǎo)致振幅值超過(guò)保護(hù)而跳閘事故跳機(jī)，這與該汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況完全吻合。

圖2 油封最外側(cè)槽內(nèi)油碳化結(jié)焦圖

4 故障處理方法

針對(duì)主要原因采取了以下方法：（1）泄油孔增大：油封內(nèi)的泄油孔從?8增加到?10，增加泄油量避免有極少量潤(rùn)滑油流經(jīng)油封最外側(cè)槽內(nèi)與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生碰撞摩擦、擠壓產(chǎn)生高溫碳化結(jié)焦的情況。（2）油封油擋改變：安裝時(shí)將油封最外側(cè)槽的兩片軟鋁質(zhì)齒比油封前面槽的軟鋁質(zhì)齒高0.02 mm,進(jìn)一步阻擋潤(rùn)滑油流經(jīng)油封最外側(cè)槽內(nèi)。（3）油封增加吹掃空氣：改型后的油封如圖3所示。油封從充氣接口處引入0.03 MPa（壓力由軸承箱內(nèi)潤(rùn)滑油壓和排油煙風(fēng)機(jī)的負(fù)壓決定）的潔凈壓縮空氣，充氣接口1與環(huán)形腔室A聯(lián)通，壓縮空氣經(jīng)a、b（油封上下兩半各有3個(gè)）孔道流經(jīng)環(huán)形腔室B，由油封間隙從兩側(cè)排除，這樣一方面可以杜絕軸承座內(nèi)回油向外泄漏，另外一方面也將沖向軸承座的汽封漏汽及雜質(zhì)吹除掉，從而減少傳到軸承座的熱量和污染，油封下半有泄油孔將油回流至軸承座內(nèi)。

圖3 改進(jìn)型油封

經(jīng)過(guò)以上改造處理以后，汽輪機(jī)運(yùn)行至今沒(méi)有再發(fā)生間隙性振動(dòng)的故障。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的故障分析和處理方法，讓我們對(duì)機(jī)組存在的潛在故障有所了解，然后制定出具有針對(duì)性的檢修方案，縮短了處理此類故障的時(shí)間，提高了處理過(guò)程的工作效率；對(duì)油封的改造也永久性消除了油封再次積碳結(jié)焦的缺陷，為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行提供有力的保障，并為同行處理此類故障提供了參考。引起汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)的原因有許多，下一步應(yīng)繼續(xù)研究其他原因引起的汽輪機(jī)間歇性振動(dòng)。

[1]呂新社.300 MW汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)大原因分析及處理[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013,42(12)55～57.

[2]袁東輝，郭洋.火電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障排除注意的問(wèn)題[J].科技致富向?qū)В?011(12)410（35）,357.

[3]丁千，陳予恕.汽輪發(fā)電機(jī)組摩擦振動(dòng)研究現(xiàn)狀[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2005,10,47(5),321～323.

[4]嚴(yán)可國(guó)，柳亦兵，徐鴻，等.基于雙譜分析的大型汽輪機(jī)振動(dòng)故障特性提取[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010,01,15,30(2),98～102.

[5]金建國(guó)，劉鐘杰，蘇同敏.基于聲發(fā)射信號(hào)的汽輪機(jī)動(dòng)靜摩擦檢測(cè)[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,06,22(2),36～39.

[6]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008,08,01.57～358.

[7]汪玉林.汽輪機(jī)設(shè)備檢修實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012,03:204～225.

[8]李錄平.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及處理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007,08.23～159.

[9]趙常興.汽輪機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007,01,01.128～169.

[10]王平，張永工.大型工業(yè)汽輪機(jī)的無(wú)規(guī)律間歇振動(dòng)[J].東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，1994,18(3):106～108.

[11]金慧.機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦問(wèn)題[J].一重技術(shù)，2014(1):73-74.

TK268

A

1671-0711（2016）10（上）-0041-03