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        1 000 MW機(jī)組低壓缸軸瓦振動(dòng)故障原因分析及治理

        2018-11-02 06:07:10王勇
        東方汽輪機(jī) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:軸瓦軸承座軸系

        王勇

        (上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院,上海,200240)

        0 引言

        某廠商制造的百萬(wàn)機(jī)組作為新引進(jìn)的機(jī)組,其單支撐、落地式軸承完全不同其它類型的百萬(wàn)機(jī)組或常規(guī)的300 MW、600 MW機(jī)組,對(duì)其振動(dòng)機(jī)理產(chǎn)生的原因還有待進(jìn)一步的探索[1]。該型超超臨界百萬(wàn)機(jī)組大都存在低壓缸軸瓦振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題,嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本文以某電廠1#機(jī)組5#軸瓦振動(dòng)的成功治理為例,介紹了該型機(jī)組低壓缸軸瓦振動(dòng)的故障原因和處理方法。

        1 汽輪機(jī)主要技術(shù)規(guī)范

        某電廠1#機(jī)組是超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠?、反?dòng)凝汽式汽輪機(jī)。其主要設(shè)計(jì)性能參數(shù)如下:

        額定功率 (ECR):1 030 MW

        最大功率 (MCR):1 105 MW

        額定轉(zhuǎn)速:3 000 r/min

        轉(zhuǎn)向:從機(jī)頭看為順時(shí)針?lè)较?/p>

        主蒸汽壓力:26.25 MPa

        主蒸汽溫度:600℃

        再熱蒸汽壓力:6.05 MPa

        再熱蒸汽溫度:600℃

        額定工況設(shè)計(jì)熱耗:7 318 kJ/kW·h

        回?zé)嵯到y(tǒng):3高壓加熱器 (雙列)+1除氧器+4低壓加熱器

        通流型式:1個(gè)高壓缸,1個(gè)中壓缸,2個(gè)低壓缸,中、低壓缸雙流

        末級(jí)動(dòng)葉片長(zhǎng)度:1 146 mm

        2 汽輪機(jī)軸系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        某電廠的該型百萬(wàn)機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)軸系上共有5個(gè)對(duì)輪,連接高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)稱高中對(duì)輪,依次還有中低對(duì)輪、低低對(duì)輪、低發(fā)對(duì)輪、發(fā)勵(lì)對(duì)輪,另外液力盤車軸與高壓轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)齒型聯(lián)軸器。其中高壓轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu),中壓轉(zhuǎn)子和2根低壓轉(zhuǎn)子為單支撐結(jié)構(gòu),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu),勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子為單支撐結(jié)構(gòu)。

        3 5#瓦振動(dòng)異常情況及運(yùn)行調(diào)整

        3.1 異常情況簡(jiǎn)介

        2014年 3月 30日 14∶00,1#機(jī)組負(fù)荷 830 MW,就地檢查發(fā)現(xiàn)1#汽輪機(jī)5#瓦處有異音,DCS畫面上瓦振5X在1.9~2.3 mm/s波動(dòng),5Y在2.6~3.4 mm/s波動(dòng) (汽輪機(jī)瓦振保護(hù)動(dòng)作值11.8 mm/s),軸振在0.046~0.052 mm波動(dòng)(汽輪機(jī)ETS跳閘條件中無(wú)軸振保護(hù)動(dòng)作值,但要求轉(zhuǎn)子軸振不應(yīng)高于0.13 mm),DCS畫面顯示振動(dòng)值變化不大,但就地實(shí)測(cè)5#瓦軸承箱的軸向和垂直2個(gè)方向上振動(dòng)值偏大 (軸向0.4 mm,垂直0.057 mm,水平0.01 mm),測(cè)量基礎(chǔ)和軸承座振動(dòng)差值較大(基礎(chǔ)垂直0.01 mm,軸向0.01 mm;軸承座垂直0.05 mm,軸向0.09 mm)。全面檢查汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向位移、油系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、真空、排汽溫度等有關(guān)數(shù)據(jù),未發(fā)現(xiàn)異常,但低壓缸膨脹明顯增大(由9.7 mm 變化到13.5 mm)。 從16∶30開始至20∶20,1#機(jī)逐漸減負(fù)荷至720 MW,汽機(jī)5#軸承箱5#瓦對(duì)應(yīng)位置周期性異聲消失,但就地測(cè)量5#軸承箱振動(dòng)仍偏大 (軸向0.384 mm,垂直0.10 mm,水平0.045 mm),但DCS畫面顯示振動(dòng)值變化不大。由于就地已沒有周期性異音,機(jī)組正常運(yùn)行,觀察5#瓦振動(dòng)情況。

        3.2 運(yùn)行調(diào)整

        (1)2014年3月31日,對(duì)1#機(jī)組分別進(jìn)行提高軸封溫度試驗(yàn),降低再熱主汽溫度試驗(yàn),機(jī)組負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn),5#瓦軸承箱就地振動(dòng)均沒有好轉(zhuǎn)。

        (2)2014年4月1日,對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行降真空試驗(yàn),機(jī)組振動(dòng)明顯下降,但提高機(jī)組負(fù)荷至800 MW,機(jī)組的振動(dòng)不穩(wěn)定,終止降真空試驗(yàn),并觀察運(yùn)行,保持機(jī)組負(fù)荷始終維持800 MW以內(nèi)運(yùn)行 (就地測(cè)量5#瓦軸承箱軸向振動(dòng)在0.37 mm以內(nèi),DCS顯示瓦振最大3.4 mm/s,DCS軸振為0.061 mm)。

        (3)2014年4月2日,再次對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行降真空升負(fù)荷試驗(yàn),機(jī)組負(fù)荷780~1 000 MW,高壓凝汽器真空值6.1~7.4 kPa,汽輪機(jī)振動(dòng)較穩(wěn)定,能夠控制5#瓦軸承箱就地軸向振動(dòng)值不超過(guò)0.3 mm,垂直振動(dòng)不超過(guò)0.05 mm,水平振動(dòng)不超過(guò)0.02 mm,就地軸瓦無(wú)異音。

        4 5#瓦振動(dòng)原因分析及運(yùn)行控制措施

        4.1 振動(dòng)原因分析

        (1)調(diào)取了2013年7月至2013年11月1#機(jī)5#瓦的振動(dòng)數(shù)據(jù),5#瓦的軸振和瓦振在5個(gè)月范圍內(nèi)都沒有大幅波動(dòng),軸振和瓦振值均在良好范圍之內(nèi)。從數(shù)據(jù)來(lái)看振動(dòng)是突然變大的,不是緩慢變化的。

        (2)根據(jù)1#機(jī)組5#瓦振動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)分析(見圖1),軸振一倍頻基值較大,且有波動(dòng) (0.05~0.081 mm), 二 倍 頻 有 少 量 波 動(dòng) (0.015~0.022 mm),相位角變化50°;凝汽器真空對(duì)振動(dòng)的影響較大(調(diào)整高壓凝汽器真空值在6 kPa以上時(shí),就地瓦軸向振動(dòng)能控制在0.3 mm以內(nèi),機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)高壓凝汽器真空值應(yīng)在5 kPa左右)、低脹突變(低脹由9.7 mm突變到13.5 mm),經(jīng)以上分析,初步判斷1#機(jī)低壓缸內(nèi)部可能存在輕微動(dòng)靜碰磨。

        圖1 1#機(jī)5#瓦振動(dòng)頻譜圖

        (3)5#瓦5X軸振存在低頻量 (5X在0.5~2.4 μm波動(dòng)),振動(dòng)大時(shí)有異音,而且頂軸油壓不穩(wěn)定,判斷軸瓦本身可能存在問(wèn)題。

        (4)軸承座基礎(chǔ)和軸承座實(shí)測(cè)振動(dòng)差異較大(基礎(chǔ)垂直0.01 mm,軸向0.01 mm;軸承座垂直0.05 mm,軸向0.09 mm),軸承座剛度可能不足。

        (5)5#瓦軸承座剛度不足會(huì)影響2#低壓缸轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)輪中心,對(duì)輪中心偏差會(huì)導(dǎo)致5#瓦振動(dòng)偏大。

        (6)查閱制造廠資料,低壓缸膨脹正常值應(yīng)該在20~25 mm,1#機(jī)低壓缸膨脹只有13.5 mm,低壓缸膨脹不暢影響5#瓦振動(dòng)。

        4.2 運(yùn)行中采取的主要控制措施

        (1)通過(guò)降低機(jī)組真空值,可以控制1#機(jī)組5#瓦振動(dòng)值,保證1#機(jī)5#瓦軸向振動(dòng)值不超過(guò)0.3 mm,垂直振動(dòng)不超過(guò)0.05 mm,水平振動(dòng)不超過(guò)0.02 mm,目前機(jī)組可以短期監(jiān)測(cè)運(yùn)行,但振動(dòng)不能超過(guò)規(guī)定值。

        (2)1#機(jī)5#軸承箱剛性不足也是影響5#瓦振動(dòng)偏大的因素之一,在發(fā)電機(jī)端蓋和5#軸承箱之間加裝方木板硬性支撐,加裝方式見圖2。5#瓦軸承箱加裝軸向支撐后振動(dòng)明顯下降,1#機(jī)組正常加、減負(fù)荷并保持最佳真空,就地測(cè)量5#瓦軸承箱的軸向振動(dòng)在0.07~0.095 mm,振動(dòng)值在正常范圍之內(nèi)。

        圖2 1#機(jī)5#瓦運(yùn)行加支撐圖

        (3)5#瓦軸承箱加裝軸向支撐后,1#機(jī)組5#瓦的振動(dòng)值已回復(fù)正常,暫不停機(jī)處理5#瓦振動(dòng)大問(wèn)題,待2014年10月1#機(jī)組大修時(shí)一并解決該問(wèn)題。目前,運(yùn)行和檢修人員做好相關(guān)的防范措施,1#機(jī)組監(jiān)視運(yùn)行。

        5 5#瓦振動(dòng)異常停機(jī)后的檢查處理

        1#機(jī)組在2014年10月停機(jī)后,根據(jù)5#瓦振動(dòng)異常的可能原因,逐條進(jìn)行了檢查和處理。

        5.1 2#低壓轉(zhuǎn)子定位值K1檢查

        2#低壓轉(zhuǎn)子定位值K1,由于廠家設(shè)計(jì)問(wèn)題,比正常值偏小10 mm,造成2#低壓轉(zhuǎn)子和隔板輕微碰磨;碰磨車削部位見圖3。檢修期間2#低壓轉(zhuǎn)子送制造廠車削,恢復(fù)正確K1值。

        圖3 1#機(jī)低壓轉(zhuǎn)子碰磨車削部位圖

        5.2 5#瓦檢查

        解體檢查5#瓦,翻出下瓦后發(fā)現(xiàn)下瓦左側(cè)鎢金面大面積發(fā)黃有過(guò)熱痕跡,如圖4所示。判斷5#瓦下瓦左側(cè)承受較大載荷,鎢金面溫度過(guò)高,導(dǎo)致油質(zhì)碳化;另外,5#瓦經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)運(yùn)行,致局部過(guò)熱,導(dǎo)致油質(zhì)碳化。5#瓦經(jīng)金屬專業(yè)做著色和探傷檢查未發(fā)現(xiàn)異常,5#瓦除去碳化油跡不做其它處理。

        圖4 1#機(jī)5#瓦下瓦鎢金面過(guò)熱發(fā)黃圖

        5.3 低壓缸膨脹不暢檢查

        1#機(jī)低壓缸膨脹不暢也是影響5#瓦振動(dòng)的因素之一,檢修期間,針對(duì)低壓缸膨脹不暢進(jìn)行了檢查并對(duì)檢查存在的問(wèn)題進(jìn)行了處理:

        (1)如圖5所示,檢查發(fā)現(xiàn)中低壓缸拉桿鎖緊螺帽松動(dòng)導(dǎo)致膨脹和收縮量減少。將中低壓缸拉桿鎖緊螺帽擰緊并加止動(dòng)墊片。

        圖5 1#機(jī)中低壓缸拉桿鎖緊螺帽松動(dòng)圖

        (2)如圖6所示, 檢查發(fā)現(xiàn)1#、2#低壓內(nèi)缸之間推拉杠螺帽鎖緊墊片嚴(yán)重變形以及A排1#、2#低壓內(nèi)缸之間推拉杠補(bǔ)焊處斷裂導(dǎo)致低壓缸膨脹和收縮量減少。將連接桿更換成等徑圓鋼,墊片更換成一個(gè)小平墊片和一個(gè)大鎖緊墊片,螺帽緊固,進(jìn)行加強(qiáng),防止斷裂。

        圖6 1#、2#低壓內(nèi)缸之間推拉杠處理前后對(duì)比圖

        (3)檢查1#、2#低壓內(nèi)缸8個(gè)貓爪支撐墊塊、4個(gè)中心導(dǎo)向鍵良好,墊塊和導(dǎo)向鍵無(wú)明顯摩擦劃痕,不會(huì)阻礙到低壓內(nèi)缸膨脹。

        5.4 中心調(diào)整

        重新按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整中低、低低、低發(fā)對(duì)輪中心,使整個(gè)低壓轉(zhuǎn)子軸系和各軸瓦載荷恢復(fù)到廠家要求狀態(tài)。

        5.5 地腳螺栓緊固

        重新緊固5#瓦所在低壓軸承箱地腳螺栓,保證軸承箱有良好的剛性。

        6 振動(dòng)異常處理的重點(diǎn)、難點(diǎn)及建議

        (1)5#瓦振動(dòng)異常發(fā)生在1#機(jī)組搶、發(fā)電的關(guān)鍵時(shí)期,1#機(jī)組立即停機(jī)處理5#瓦振動(dòng)異常會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)也會(huì)對(duì)電廠的信譽(yù)造成一定影響;其次1#機(jī)組年初就確定并上報(bào)了檢修計(jì)劃,定在10月份進(jìn)行大修,所有1#機(jī)組的檢修、改造項(xiàng)目的實(shí)施方案、物資計(jì)劃、施工單位都按10月份的進(jìn)度準(zhǔn)備的,突然停機(jī),無(wú)法按要求完成機(jī)組的檢修和改造任務(wù);如何在1#機(jī)組正常運(yùn)行的前提下控制5#瓦的振動(dòng),直到10月份停機(jī)處理是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn),本次5#瓦振動(dòng)異常的處理,成功解決了這一難題。建議今后其它電廠遇到類似問(wèn)題時(shí),盡可能在保證機(jī)組運(yùn)行的前提下,控制軸瓦振動(dòng),掌握主動(dòng)權(quán),選擇合適時(shí)機(jī)停機(jī)處理。

        (2)本次5#瓦振動(dòng)異常的原因比較多,包括動(dòng)靜碰磨、軸瓦自身缺陷、低壓缸膨脹不暢、轉(zhuǎn)子中心偏差、軸承箱剛度差等諸多原因,如果分析和處理不夠完全, 5#瓦振動(dòng)異常就不會(huì)成功處理。建議今后其它電廠遇到類似問(wèn)題時(shí),最好進(jìn)行全面分析,找準(zhǔn)全部原因。

        (3)本次在5#瓦振動(dòng)異常的處理過(guò)程中,低壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行了返廠車削,由于低壓轉(zhuǎn)子超高、超寬、超重 (96 t),它的運(yùn)輸也是重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。這次提前制定了低壓轉(zhuǎn)子運(yùn)輸方案并制定了應(yīng)急預(yù)案,確保低壓轉(zhuǎn)子運(yùn)輸過(guò)程的安全。建議今后其它電廠在進(jìn)行轉(zhuǎn)子運(yùn)輸時(shí),制定完善的方案,確保安全。

        7 5#瓦振動(dòng)異常處理后的效果

        1#機(jī)組大修后,于2014年12月下旬開機(jī),機(jī)組在沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)、帶負(fù)荷、升負(fù)荷整個(gè)過(guò)程中5#瓦的振動(dòng)都達(dá)到了優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn),滿負(fù)荷1 000 MW運(yùn)行時(shí),整個(gè)軸系的振動(dòng)情況良好。1#機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)5#瓦振動(dòng)情況:DCS瓦振0.3~0.4 mm/s,軸振5X和5Y方向的振動(dòng)值均小于0.025 mm;就地測(cè)量5#瓦軸承箱的軸向振動(dòng)在0.05~0.07 mm;低壓缸膨脹為21 mm,恢復(fù)至正常值。經(jīng)過(guò)1#機(jī)組大修,5#瓦振動(dòng)的問(wèn)題得到了徹底解決,消除了機(jī)組的安全隱患。

        8 結(jié)論

        (1)某廠商設(shè)計(jì)制造的超超臨界百萬(wàn)機(jī)組因其特殊的軸系和超長(zhǎng)的大修間隔,在運(yùn)行中出現(xiàn)的軸瓦振動(dòng)故障,其故障原因分析和處理存在較大的困難,需要不斷加強(qiáng)研究,積累經(jīng)驗(yàn)[2]。

        (2)對(duì)于軸瓦振動(dòng)故障的治理,軸瓦自身缺陷的處理要和整個(gè)軸系的調(diào)整同步進(jìn)行。運(yùn)行中軸系是一個(gè)整體,單純處理故障軸瓦可能會(huì)引起鄰近軸瓦振動(dòng)的增加,會(huì)導(dǎo)致整個(gè)軸系失穩(wěn)。

        (3)軸瓦振動(dòng)有時(shí)并不是軸瓦自身缺陷造成,而是由于制造廠其它相關(guān)部件加工存在問(wèn)題或是基建時(shí)未嚴(yán)格按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)安裝引起的。本次5#瓦振動(dòng)故障原因分析和治理為同類型機(jī)組軸瓦振動(dòng)問(wèn)題的處理提供了行之有效的思路和方法。

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