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        600 MW機(jī)組給水泵汽輪機(jī)振動故障分析及處理

        2018-08-27 10:24:08肖繼妙
        機(jī)電信息 2018年24期
        關(guān)鍵詞:大修汽輪機(jī)振動

        肖繼妙

        (湛江中粵能源有限公司,廣東湛江524099)

        1 設(shè)備概述

        某電廠#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)是杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的,其型號為NK63/71/0,型式為單缸、單流、反動式、純凝汽、再熱器冷端蒸汽外切換。汽動給水泵為沈陽水泵股份有限公司生產(chǎn)的型號為14×14×16-4HDB的四級離心泵(未含增壓級)。

        2 給水泵汽輪機(jī)振動情況介紹

        2011年,#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)首次大修后出現(xiàn)過#1軸瓦振動大而跳閘的故障;2012年12月11號,再次發(fā)生碰摩故障而導(dǎo)致跳閘。

        2.1 跳閘情況

        #2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)跳閘前后#1、#2軸振情況如表1所示。

        表1 #2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)跳閘前后#1、#2軸振列表

        如圖1所示,從跳機(jī)前的軸振趨勢上看,給水泵汽輪機(jī)前瓦(#1軸瓦)和后瓦(#2軸瓦)的軸振呈現(xiàn)先降低后緩慢升高的變化趨勢,而給水泵兩端軸振無明顯變化趨勢。后續(xù)過程給水泵汽輪機(jī)#1軸振增大發(fā)散,直至保護(hù)跳機(jī)。

        圖1 故障過程中給水泵汽輪機(jī)前后瓦軸振趨勢圖

        2.2 振動特征分析

        跳機(jī)前,給水泵汽輪機(jī)前瓦軸振在較短時間內(nèi)大幅上長,后瓦軸振呈相同趨勢,但振幅比前瓦小。根據(jù)跳機(jī)前后振動趨勢分析,應(yīng)是前瓦側(cè)發(fā)生碰摩故障導(dǎo)致振動不斷增大。

        正常運(yùn)行條件下,雖然給水泵汽輪機(jī)軸振都在合格范圍內(nèi),但前瓦軸振幅值與后瓦軸振幅值相差近1倍;如圖2所示,從軸心軌跡來看,#1瓦轉(zhuǎn)子主要呈現(xiàn)上下方向渦動,左右方向振動幅值很小,表明上下方向油膜剛度弱,左右方向油膜剛度大。在運(yùn)行過程中,該轉(zhuǎn)子前瓦向左上方偏移,主要承載油膜分布在軸瓦左側(cè),軸承支撐狀態(tài)異常,穩(wěn)定性較差,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子易受外界擾動。

        圖2 給水泵汽輪機(jī)前、后瓦軸心軌跡(實(shí)際轉(zhuǎn)向反向)

        3 振動原因查找及分析

        分析周向密封間隙不合理是導(dǎo)致碰摩故障多次發(fā)生的主要原因;給水泵汽輪機(jī)前瓦穩(wěn)定性較差,轉(zhuǎn)子容易受到擾動,發(fā)生較大的偏移量。針對#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)自2011年以來存在的振動突增的隱患,嘗試過更換#1軸瓦、現(xiàn)場添加平衡塊、更換并改大不銹鋼材質(zhì)本體疏水管等措施,都無法徹底解決振動突增的問題。

        3.1 汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹不同步

        每次#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)剛投入運(yùn)行時,由于轉(zhuǎn)子與汽缸膨脹不同步,觀察汽缸就地測量膨脹的指針,轉(zhuǎn)速超過3 000 r/min以后,汽缸就只膨脹出1.5 mm左右,相對其他正常給水泵汽輪機(jī)的膨脹量2.5~3.5 mm較少,導(dǎo)致汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹速度不同步。所以振動突增多發(fā)生在給水泵汽輪機(jī)剛投入運(yùn)行時、升速較快以及轉(zhuǎn)速超過5 000 r/min以上的情況下。

        3.2 汽輪機(jī)臺板受排汽管應(yīng)力作用而膨脹不一致

        運(yùn)行中,該給水泵汽輪機(jī)排汽缸與臺板接觸面兩側(cè)間隙不一致,靠電側(cè)間隙為0.15 mm,爐側(cè)間隙為0 mm;而排汽管與排汽缸相連,因排汽管安裝時殘留應(yīng)力,運(yùn)行中給水泵汽輪機(jī)工況壓力與溫度偏差,導(dǎo)致電側(cè)排汽缸與臺板接觸面間隙大,而正常標(biāo)準(zhǔn)為貼合為0 mm,所以兩側(cè)汽缸膨脹不一致。

        不同的坐標(biāo)系統(tǒng)之間,由于橢球參數(shù)不同,兩個橢球之間沒有完全統(tǒng)一的方法實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[8]。但是,兩個橢球所指的同一區(qū)域內(nèi),由于橢球彎曲度較小,該區(qū)域同名點(diǎn)在不同的橢球系上存在一定的曲面數(shù)學(xué)關(guān)系,因此可以通過區(qū)域轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。通常采用的轉(zhuǎn)換方法有4參數(shù)和7參數(shù)轉(zhuǎn)換法。

        3.3 聯(lián)軸器間隙大,有效定中差

        給水泵汽輪機(jī)與給水泵連接聯(lián)軸器的內(nèi)齒套筒與外齒軸轂間隙大,靠近汽輪機(jī)側(cè)間隙為0.18 mm,泵側(cè)間隙為0.10 m,采用捻打齒頂臨時處理,但是機(jī)側(cè)半齒套聯(lián)軸器與輪轂外齒間隙仍有0.12 mm,不在標(biāo)準(zhǔn)0.04~0.10 mm控制范圍內(nèi)。外齒凸臺外徑與內(nèi)齒齒根圓直徑配磨間隙過大,造成外齒與凸臺對中差,是導(dǎo)致軸系振動過大的原因之一。

        3.4 給水泵汽輪機(jī)與給水泵中心不正

        2015年以前,給水泵汽輪機(jī)中心都是按零對零(端面偏差≤0.03 mm,圓周偏差≤0.03 mm)標(biāo)準(zhǔn)找中心;其他給水泵汽輪機(jī)雖然沒有出現(xiàn)振動突增的現(xiàn)象,但是多重因素疊加,給水泵汽輪機(jī)與汽泵受熱后中心變化方向一致,也可能是給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸振動突增的一個因素。

        結(jié)合#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)振動大多次檢查情況及振動突增各參數(shù)分析,認(rèn)為振動突增的原因為:

        (1)機(jī)組升負(fù)荷率過快,汽缸受熱膨脹不均勻,周向某一位置處動靜間隙消失,導(dǎo)致動靜部件碰摩。

        (2)汽缸滑銷系統(tǒng)存在一定程度的卡澀情況,在給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行期間,因滑銷卡澀,導(dǎo)致汽缸膨脹不暢,使其靜止部件間隙消失,導(dǎo)致動靜部件碰摩。

        (3)汽缸與轉(zhuǎn)子動靜間隙不合理(缸體局部變形所致),轉(zhuǎn)子在高速區(qū)域內(nèi)向某方向移動,而該位置處在安裝狀態(tài)下未預(yù)留充足的間隙,導(dǎo)致碰摩故障。

        綜上所述,振動主要原因是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、滑銷生銹卡澀,振動次要原因是齒形聯(lián)軸器內(nèi)外齒間隙大、給水泵汽輪機(jī)與給水泵中心不正等。

        4 消除振動措施及實(shí)施

        利用機(jī)組大修機(jī)會,制定綜合治理給水泵汽輪機(jī)振動計劃,以徹底解決振動問題。具體措施包括:轉(zhuǎn)子返廠做動平衡試驗、滑銷部件清理、排汽管割開檢查、套筒聯(lián)軸器更換、給水泵汽輪機(jī)與水泵中心重新修定標(biāo)準(zhǔn)。

        4.1 給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子返回杭州汽輪機(jī)股份有限公司做動平衡

        該轉(zhuǎn)子重量為5 330 kg,型號為NK63/71/0,動平衡試驗報告如表2所示。

        4.2 檢查處理汽缸滑銷、排汽管等存在的缺陷

        (1)給水泵汽輪機(jī)汽缸前貓爪橫銷調(diào)整塊生銹嚴(yán)重,滑動性差。

        檢查給水泵汽輪機(jī)汽缸前貓爪橫銷調(diào)整塊,發(fā)現(xiàn)前貓爪螺釘生銹嚴(yán)重,靈活性差,汽缸前貓爪擱在前軸承座上,汽缸受熱膨脹時貓爪推動前軸承座一起向前移動,所以貓爪螺釘生銹可能會影響汽缸膨脹,導(dǎo)致膨脹受限。檢查滑銷及間隙,清理積垢;校正膨脹指示器在冷狀態(tài)下為零。

        (2)排汽管切割、自然恢復(fù),解決排汽缸與臺板間隙不一致問題。

        1)在汽缸排汽管底部加支撐撐住汽缸,防止管道切開后汽缸移位。

        2)在汽缸排汽管的垂直段選擇切口部位,后進(jìn)行環(huán)切;切開排汽管檢查汽缸、排汽管的變化情況。

        表2 #2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡試驗報告

        3)汽缸臺板水平調(diào)整、排汽管經(jīng)調(diào)整及定位后進(jìn)行焊接恢復(fù),拆除臨時支撐材料。

        4.3 更換聯(lián)軸器

        針對內(nèi)齒套筒與外齒聯(lián)軸器之間配合間隙大,更換新的整體聯(lián)軸器;間隙控制在標(biāo)準(zhǔn)值0.04~0.10 mm內(nèi),能迫使內(nèi)齒套筒在高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時有效自動定中,阻止齒套瞬時偏離中心線而引起軸系有較大的不平衡量,阻止軸系產(chǎn)生較大的強(qiáng)迫振動。

        4.4 修正給水泵汽輪機(jī)與給水泵中心調(diào)整的數(shù)據(jù)

        根據(jù)杭州汽輪機(jī)股份有限公司說明書及該公司現(xiàn)場檢修經(jīng)驗豐富的檢修師傅建議,結(jié)合給水泵設(shè)備廠家找中心要求,給出給水泵汽輪機(jī)與給水泵中心值修正標(biāo)準(zhǔn),如表3所示。

        表3 給水泵汽輪機(jī)與給水泵中心值修正標(biāo)準(zhǔn)

        5 給水泵汽輪機(jī)大修后運(yùn)行效果

        2016年5月,對#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行大修,大修前后該汽輪機(jī)推力瓦、前后軸瓦瓦溫正常,變化不大;因大修前#1、#2軸振突增隱患,影響機(jī)組帶高負(fù)荷,下面重點(diǎn)列舉振動值。大修前后運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4所示。

        根據(jù)表4進(jìn)行分析,給水泵汽輪機(jī)大修后設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好,在高轉(zhuǎn)速階段,#1、#2軸瓦振動值都比大修前小,并且從來未發(fā)生過振動突增的現(xiàn)象,徹底解決了該給水泵汽輪機(jī)振動突增的問題。

        6 結(jié)論

        通過對#2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)振動突增進(jìn)行原因分析和處理,總結(jié)了如下經(jīng)驗:

        表4 #2機(jī)B給水泵汽輪機(jī)大修前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

        (1)轉(zhuǎn)子質(zhì)量動不平衡必須返回廠家做動平衡試驗,徹底解決轉(zhuǎn)子質(zhì)量動不平衡問題。

        (2)汽缸與轉(zhuǎn)子膨脹不同步,必須釋放汽缸排汽管應(yīng)力,保證汽缸與臺板左右側(cè)間隙一致,解體清理滑銷部件使之滑動順暢。

        (3)汽輪機(jī)與給水泵中心必須按照汽輪機(jī)廠要求,保證汽輪機(jī)與給水泵熱脹與冷縮時同步一致。

        (4)給水泵汽輪機(jī)內(nèi)齒套筒與外齒聯(lián)軸器間隙必須控制在該類設(shè)備出廠標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

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