吳錫洲，黃琪，于光輝

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng)，618000)

0 前言

動(dòng)靜碰摩是汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的常見(jiàn)故障[1]，可能發(fā)生在從機(jī)組調(diào)試完成首次整套啟動(dòng)至汽輪發(fā)電機(jī)組壽命周期內(nèi)的各個(gè)運(yùn)行工況[2]，絕大部分是由于動(dòng)靜間隙小或者運(yùn)行中動(dòng)靜間隙發(fā)生變化引起的。幾乎所有機(jī)組在啟動(dòng)及運(yùn)行中都存在動(dòng)靜碰摩現(xiàn)象，只是程度輕重而已，較輕碰摩不容易引起關(guān)注，但是嚴(yán)重碰摩容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲，根據(jù)國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)彎軸事故統(tǒng)計(jì)表明：86%是由于轉(zhuǎn)軸動(dòng)靜碰摩引起的[3]。因此準(zhǔn)確判斷碰摩故障、發(fā)生位置及制定合理處理措施非常重要。

近年來(lái)，由于節(jié)能減排的壓力，大量機(jī)組檢修過(guò)程中，將動(dòng)靜間隙調(diào)整至中下限，甚至比下限還小，這種做法極易帶來(lái)啟機(jī)過(guò)程中振動(dòng)大，啟動(dòng)困難的現(xiàn)象[4～6]。

本文結(jié)合某電廠330 MW機(jī)組大修后發(fā)生的振動(dòng)故障，分析了碰摩發(fā)生時(shí)的振動(dòng)特點(diǎn)，介紹了診斷過(guò)程，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了處理。

該機(jī)組軸系由高中壓、低壓、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛性連接組成，1#、2#支持瓦為可傾瓦，其余各支撐瓦均為橢圓瓦，軸系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 軸系示意圖

1 振動(dòng)過(guò)程分析、診斷及特點(diǎn)

1.1 振動(dòng)過(guò)程描述

該機(jī)組于6月29日完成大修工作，16∶22開(kāi)始第一次沖轉(zhuǎn)，17∶36∶52定速 1 100 r/min暖機(jī)，剛定速時(shí)，除4x軸振為70 μm外，軸系其余軸振均在50 μm以內(nèi)，定速2.5 min后，4x軸振迅速上漲至170 μm，如圖2所示，由于漲幅快，打閘停機(jī)。

圖2 第一次升速過(guò)程4x振動(dòng)趨勢(shì)圖

振動(dòng)爬升主要以工頻為主，倍頻成份較小，隨工頻變化同步變化，軸心軌跡存在反相進(jìn)動(dòng)，時(shí)域波形存在一定削波和畸變現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 1 100 r/min暖機(jī)時(shí)4#軸頸軸心軌跡及時(shí)域波形圖

圖4為打閘后惰走過(guò)程3y、4y的波特圖，從圖中可以看出，低壓轉(zhuǎn)子在惰走過(guò)程中，振動(dòng)繼續(xù)爬升，其中3y振動(dòng)在700 r/min以后，振動(dòng)達(dá)到了 300 μm （滿量程），至29 r/min仍未下降，振動(dòng)均以工頻為主，且連續(xù)盤(pán)車(chē)1 h后，晃度值才逐漸恢復(fù)到?jīng)_轉(zhuǎn)前的數(shù)值，表明低壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了嚴(yán)重的熱彎曲現(xiàn)象。

圖4 打閘后惰走過(guò)程3y、4y的波特圖

1.2 振動(dòng)特點(diǎn)

從以上分析可以看出，該碰摩故障存在以下特點(diǎn)：

（1）定速后，振動(dòng)迅速爬升，且爬升的主要分量為工頻，相位也在同步變化，倍頻成份較小，隨工頻變化同步變化，軸心軌跡存在反相進(jìn)動(dòng)，時(shí)域波形存在一定的削波和畸變現(xiàn)象；

（2）打閘惰走過(guò)程振動(dòng)仍然發(fā)生爬升，振動(dòng)仍然以工頻為主；

（3）低速下晃度大，且需要較長(zhǎng)的時(shí)間盤(pán)車(chē)才能恢復(fù)到?jīng)_轉(zhuǎn)前的數(shù)值。

1.3 振動(dòng)原因分析

對(duì)低壓缸進(jìn)汽參數(shù)、軸封參數(shù)及疏水進(jìn)行檢查均未發(fā)現(xiàn)異常，分析振動(dòng)的變化趨勢(shì)，故障發(fā)生過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)特征，表明此次升速過(guò)程中振動(dòng)出現(xiàn)了嚴(yán)重碰摩現(xiàn)象，結(jié)合惰走過(guò)程3y低速下的晃度情況，表明碰摩點(diǎn)發(fā)生在3瓦附近。

對(duì)檢修安裝數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱，此次大修中對(duì)3#、4#軸承箱改造了空氣油檔及低壓兩端汽封，采用了兩圈接觸式汽封。根據(jù)某油檔供應(yīng)單位的要求，油檔與轉(zhuǎn)子周向徑向間隙均為10絲，在升速過(guò)程中，受橢圓支撐軸承特性的影響，轉(zhuǎn)子會(huì)偏心一側(cè)，圖5為處理后正常升速過(guò)程中3#軸頸軸心位置圖，從圖中可以看出，從沖轉(zhuǎn)到定速過(guò)程，轉(zhuǎn)子往左、往上分別浮動(dòng)了22絲、17絲，因此檢修時(shí)油檔與轉(zhuǎn)子徑向間隙小 （10絲）及低壓端汽封采用接觸式汽封是發(fā)生碰摩的主要原因，均勻的徑向間隙是碰摩發(fā)生的次要原因。

圖5 無(wú)異常振動(dòng)時(shí)升速過(guò)程3#軸頸軸心位置圖

2 振動(dòng)處理

2.1 升速過(guò)程振動(dòng)處理

考慮到重新調(diào)整動(dòng)靜間隙需要的工期長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)采用摩合手段，對(duì)動(dòng)靜間隙進(jìn)行處理。

2.1.1 第二次沖轉(zhuǎn)過(guò)程

機(jī)組進(jìn)行了4 h連續(xù)盤(pán)車(chē)后，在22∶00進(jìn)行第二次沖轉(zhuǎn)，為避開(kāi)葉片共振頻率，采取在500 r/min、650 r/min、980 r/min轉(zhuǎn)速下分別停留10～20 min，觀察振動(dòng)的變化趨勢(shì)再升速的方法，升轉(zhuǎn)速至1 215 r/min進(jìn)行中速暖機(jī)，23∶21，轉(zhuǎn)速至1 954 r/min，在此過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子分別順利通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，進(jìn)行高速暖機(jī)，暖機(jī)至 6月30日0∶31時(shí)， 3x、4x分別由71 μm、30 μm 爬升至 167 μm、 166 μm， 觀察趨勢(shì)， 仍有上升且漲幅逐步增大，降速至1 192 r/min，振動(dòng)分別降至124 μm、60 μm，在此階段停留至01∶10，3x振動(dòng)繼續(xù)爬升至188 μm，機(jī)組打閘，在打閘過(guò)程中，3x振動(dòng)最大爬升至207 μm，2∶20轉(zhuǎn)速至0 r/min，投入盤(pán)車(chē)，整個(gè)沖轉(zhuǎn)至停機(jī)過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖6 第二次沖轉(zhuǎn)過(guò)程軸振3x、4x、轉(zhuǎn)速隨時(shí)間趨勢(shì)圖

從圖5可以看出，經(jīng)過(guò)第二次沖轉(zhuǎn)過(guò)程摩合后，至低轉(zhuǎn)速時(shí)，軸振3x、4x工頻幅值已低于50 μm，表明較第一次沖轉(zhuǎn)，動(dòng)靜間隙已經(jīng)摩大，碰摩現(xiàn)象得到緩解，因此決定盤(pán)車(chē)一段時(shí)間后繼續(xù)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)摩合。

2.1.2 第三次沖轉(zhuǎn)過(guò)程

3∶41，機(jī)組開(kāi)始第三次沖轉(zhuǎn)，機(jī)組順利通過(guò)各臨界轉(zhuǎn)速，于4∶04達(dá)到額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，機(jī)組進(jìn)入額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)，暖機(jī)過(guò)程中3x、4x振幅分別由定速時(shí)的115 μm、104 μm下降然后爬升，至并網(wǎng)時(shí)，振動(dòng)分別為 47 μm、96 μm，如圖 7 所示。

定速3 000 r/min后至7∶40并網(wǎng)前，振動(dòng)逐步回落至最低點(diǎn)后緩慢爬升，表明低壓模塊動(dòng)靜部分仍存在碰摩現(xiàn)象。

圖7 第三次沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，軸振3x、4x、轉(zhuǎn)速隨時(shí)間趨勢(shì)圖

2.2 帶負(fù)荷過(guò)程中振動(dòng)控制

7∶41，機(jī)組開(kāi)始帶負(fù)荷暖機(jī)，期間軸系各瓦軸振均出現(xiàn)周期性波動(dòng)，如圖8所示，波動(dòng)周期約2 h，波動(dòng)峰值隨著暖機(jī)時(shí)間增長(zhǎng)逐漸減小，表明碰摩現(xiàn)象在逐步得到改善。

圖8 帶負(fù)荷暖機(jī)過(guò)程3x、4x振動(dòng)趨勢(shì)圖

6月30日22∶38，機(jī)組完成相關(guān)試驗(yàn)后，并網(wǎng)升負(fù)荷，至7月1日7∶22帶230 MW負(fù)荷運(yùn)行，從振動(dòng)變化趨勢(shì)圖 （見(jiàn)圖9）來(lái)看，低壓軸振3x、4x仍然存在時(shí)間周期為2 h左右的波動(dòng)，但是振動(dòng)的整體趨勢(shì)逐步增大，考慮到該機(jī)組為直接空冷機(jī)組，晝夜溫差大，真空波動(dòng)較大，限制機(jī)組負(fù)荷230 MW進(jìn)行低壓模塊動(dòng)靜摩合。

圖9 帶負(fù)荷暖機(jī)過(guò)程3x、4x振動(dòng)趨勢(shì)圖

機(jī)組帶230 MW負(fù)荷摩合至7月6日后，低壓軸振動(dòng)幅值恢復(fù)正常范圍 （見(jiàn)圖10），但仍有一定波動(dòng)，后繼續(xù)升負(fù)荷至額定值，低壓軸振均在50 μm以內(nèi)。

圖10 3x振動(dòng)趨勢(shì)圖 （通頻幅值，7月6日）

3 結(jié)論

（1）低壓軸承油檔間隙小、低壓端汽封采用接觸式汽封是發(fā)生徑向碰摩振動(dòng)的主要原因；

（2）徑向碰摩振動(dòng)發(fā)生時(shí)，振動(dòng)信號(hào)成份以工頻為主，成周期性變化趨勢(shì)，工頻相位同步發(fā)生變化，倍頻成份較小，隨工頻變化同步變化，軸心軌跡非規(guī)則橢圓，時(shí)域波形存在一定削波現(xiàn)象；

（3）發(fā)生嚴(yán)重碰摩時(shí)，振動(dòng)需要逐步摩合，需控制好摩合程度，否則劇烈摩擦容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永久彎曲，帶負(fù)荷受機(jī)組熱狀態(tài)的影響，仍然會(huì)存在一定的碰摩現(xiàn)象；

（4）機(jī)組由于碰摩原因引起振動(dòng)大打閘后，應(yīng)連續(xù)盤(pán)車(chē)至晃度值恢復(fù)沖轉(zhuǎn)前的數(shù)值，并適當(dāng)延長(zhǎng)盤(pán)車(chē)時(shí)間，確保轉(zhuǎn)子上的熱應(yīng)力完全消除方可再次沖轉(zhuǎn)；

（5）檢修中采用較小的動(dòng)靜間隙特別是采用接觸式汽封結(jié)合軸承-轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性來(lái)調(diào)整間隙值，避免啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程發(fā)生嚴(yán)重碰摩。