(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司 湖南 長沙 410000)

火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷分析

張旭

(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南火電建設(shè)有限公司湖南長沙410000)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，大型汽輪發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用率逐漸提升，在火電廠生產(chǎn)中，對(duì)于大型汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率、經(jīng)濟(jì)性、安全性的要求逐漸提升。振動(dòng)故障是大型汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行常見故障，只有對(duì)故障問題進(jìn)行詳細(xì)分析，才能夠及時(shí)排除故障。對(duì)此，本文首先對(duì)火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障類型、特征進(jìn)行分析，然后對(duì)振動(dòng)故障的危害性進(jìn)行了介紹，并對(duì)振動(dòng)故障診斷分析策略進(jìn)行詳細(xì)探究。

汽輪機(jī)振動(dòng)；表現(xiàn)特征；高中壓轉(zhuǎn)子彎曲；運(yùn)行故障

一、引言

在火電廠大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)能夠?qū)⒃瓌?dòng)機(jī)的蒸汽動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)力，在力矩作用下，轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在此過程中，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸中心與質(zhì)量中心偏離，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心偏向力，進(jìn)而發(fā)生振動(dòng)問題，影響汽輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。因此，對(duì)火電廠大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行故障進(jìn)行詳細(xì)分析迫在眉睫。

二、火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障概述

大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)類型有很多種，一般可以分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種，其中，對(duì)于強(qiáng)迫振動(dòng)，又可以將其分為分諧波共振、隨機(jī)振動(dòng)、普通強(qiáng)迫振動(dòng)、撞擊震動(dòng)、高次諧波共振等等，而對(duì)于自激振動(dòng)，可以將其分為摩擦渦動(dòng)、軸瓦自激振動(dòng)、汽流激振等等。根據(jù)振動(dòng)問題的產(chǎn)生原因，可以將其分為機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)兩種類型。由此可見，造成汽輪機(jī)發(fā)生振動(dòng)問題的原因有很多種，在故障處理過程中，首先需要對(duì)振動(dòng)問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，然后再制定相應(yīng)的消振策略。

三、火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的產(chǎn)生原因和診斷分析

(一)高中壓轉(zhuǎn)子彎曲

造成火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量平衡性比較差，而轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡性降低的原因包括以下幾點(diǎn)：第一，轉(zhuǎn)子生產(chǎn)質(zhì)量不合格；第二，在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中發(fā)生斷落，導(dǎo)致其平衡性降低，常見有撓性轉(zhuǎn)子葉片斷落。高中壓轉(zhuǎn)子彎曲所產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象如下：在汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生聲響，如果振動(dòng)問題突然增加，則軸向位移量也會(huì)隨之增加，進(jìn)而造成軸瓦運(yùn)行溫度、推力瓦溫度提升，如果葉片掉落至抽汽管道中，則會(huì)造成逆止門卡澀，導(dǎo)致振動(dòng)問題越來越嚴(yán)重。上述故障問題均是由于轉(zhuǎn)子平衡性降低所造成的。在故障分析過程中，需要對(duì)葉片質(zhì)量、是否發(fā)生雜物掉落、汽缸零部件是否發(fā)生脫落、轉(zhuǎn)子低周波運(yùn)行等進(jìn)行診斷分析。

(二)機(jī)組膨脹不均勻

在火電廠大型汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，為了保障機(jī)組正常運(yùn)行，需要采用滑銷系統(tǒng)，通過應(yīng)用滑銷系統(tǒng)，能夠有效抑制大型汽輪發(fā)電機(jī)組的膨脹自由度。因此，如果滑銷系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生故障問題，就會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)。在汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中，如果工作人員操作失誤，則機(jī)組的受熱膨脹無法受到正常引導(dǎo)，比如，在汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行暖機(jī)，在暖機(jī)過程中，需要逐漸增加負(fù)荷，在此過程中，如果轉(zhuǎn)子的升速過快或者沒有做到充分暖機(jī)，則會(huì)造成機(jī)組設(shè)備的受熱膨脹不同。在汽輪發(fā)電機(jī)組的不同構(gòu)件設(shè)備之間，都會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，不僅會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備造成損傷，同時(shí)，還會(huì)縮短零件設(shè)備的使用壽命。另外，在不同組件之間，如果膨脹差比較大，則會(huì)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的正常開機(jī)過程以及運(yùn)行穩(wěn)定性造成不良影響。除此以外，動(dòng)靜碰磨也是汽輪機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)問題的常見故障問題，而造成這一振動(dòng)形式的原因主要是在汽輪機(jī)組開機(jī)過程中，沒有使得汽輪機(jī)充分膨脹。

(三)汽流激振

在火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，如果葉片受到不均衡氣體的沖擊作用，就會(huì)使得葉片發(fā)生汽流激振。如果汽輪發(fā)電機(jī)組的末級(jí)葉片達(dá)到一定長度，則膨脹末端可能會(huì)產(chǎn)生流道紊亂問題，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)。另外，軸封也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)問題。由此可見，汽流激振的產(chǎn)生位置比較多，并且原因復(fù)雜，在進(jìn)行故障分析過程中，工作人員需要對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括振動(dòng)數(shù)據(jù)、滿負(fù)荷數(shù)據(jù)等等，然后根據(jù)數(shù)據(jù)制圖，通過曲線進(jìn)行比較分析。為了解決氣流激振故障問題，可以通過調(diào)整高壓調(diào)速汽門的方法，使得汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中，處于不產(chǎn)生汽流激振的的負(fù)荷范圍內(nèi)。

四、火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷實(shí)例

(一)機(jī)組及振動(dòng)情況簡介

某電廠1號(hào)機(jī)為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、反動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為CLN660-24．2/566/566，汽輪發(fā)電機(jī)組由高中壓缸、低壓缸A、低壓缸B、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)組成。

2012年2月25日，1號(hào)機(jī)組因鍋爐側(cè)故障，機(jī)組發(fā)生甩450MW負(fù)荷，機(jī)組在停機(jī)惰走的過程中發(fā)生了振動(dòng)增大現(xiàn)象，隨后機(jī)組投入盤車，停備狀態(tài)。2012年3月12日，1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)，啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速及帶負(fù)荷過程中，1號(hào)機(jī)組兩低壓轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)超標(biāo)，機(jī)組振動(dòng)出現(xiàn)報(bào)警。

(二)機(jī)組振動(dòng)原因分析

汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系由多轉(zhuǎn)子構(gòu)成，1號(hào)機(jī)組的軸系由5根轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子間的相互連接為靠背輪剛性連接。在汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，作用在每根轉(zhuǎn)子上的力矩分為3部分：首先是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的蒸汽轉(zhuǎn)矩TT；其次是發(fā)電機(jī)負(fù)載反轉(zhuǎn)矩TL；第3個(gè)是葉輪和軸頸部位等之間的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf。

當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組處于某功率運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子處于額定轉(zhuǎn)速，當(dāng)機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列，機(jī)組甩掉全部或部分負(fù)荷，TL=0或近似為0，由于力矩的瞬間不平衡誘發(fā)汽輪發(fā)電機(jī)組的軸系對(duì)中及各支持軸承的載荷重新分配，導(dǎo)致汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的軸系振動(dòng)有所上漲。

(三)機(jī)組振動(dòng)故障的現(xiàn)場處理

通過現(xiàn)場對(duì)兩轉(zhuǎn)子實(shí)施反對(duì)稱配重來處理；由于勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子單支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)在優(yōu)秀值范圍內(nèi)，故勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)可用單平面的質(zhì)量失衡來考慮。制定現(xiàn)場動(dòng)平衡方案如下：低壓A轉(zhuǎn)子3、4號(hào)支撐軸承處末級(jí)葉輪平衡輪轂分別加重450g/80°、450g/260°；低壓B轉(zhuǎn)子5、6號(hào)支撐軸承處末級(jí)葉輪平衡輪轂分別加重450g/80°、450g/260°；勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子末端平衡燕尾槽加重150g/130°，1號(hào)機(jī)組同時(shí)施加上述配重后，機(jī)組一次啟動(dòng)成功，順利達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，軸系振動(dòng)在優(yōu)秀范圍內(nèi)，機(jī)組帶負(fù)荷至400MW，振動(dòng)的幅值相位變化不明顯。

五、結(jié)語

綜上所述，在火電廠大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，振動(dòng)故障問題較為常見，振動(dòng)問題不僅會(huì)產(chǎn)生噪音，對(duì)工作人員的身體健康造成不良影響，而且還會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備造成損傷。對(duì)此，在進(jìn)行振動(dòng)故障分析過程中，首先需要了解振動(dòng)故障特征，確定故障發(fā)生位置，然后對(duì)故障發(fā)生位置的零件設(shè)備進(jìn)行檢查，確定故障問題的產(chǎn)生原因，然后以此為依據(jù)制定故障處理方案，這樣能夠有效解決汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障問題，保障其運(yùn)行高效性。

[1]倪秋華，朱曉東.汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的發(fā)展與趨勢(shì)[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2011，53(3)：220-222.

[2]王文營，盧盛陽，牟法海，等.某600MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析[J].熱力發(fā)電，2010，39(1)：61-63.

[3]許志銘，王鳳良，洪宇.600MW汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷及處理[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2013，55(6)：469-470.

張旭(1970.09-)，男，湖南長沙，工程師，主要從事火力發(fā)電施工技術(shù)管理方面。