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        某660 MW汽輪機(jī)振動大的原因分析

        2020-07-04 02:41:00姜波
        機(jī)電信息 2020年5期

        摘要:闡述了國內(nèi)某火電廠660 MW汽輪機(jī)振動異?,F(xiàn)象,通過分析汽輪機(jī)異常振動的常見原因及其預(yù)防措施,找出了造成該汽輪機(jī)振動大的原因是機(jī)組檢修時(shí)將原有的汽封改為了接觸式汽封,使其與轉(zhuǎn)子發(fā)生了動靜摩擦導(dǎo)致振動異常,采用暖機(jī)升速的手段解決了該問題,為國內(nèi)汽輪機(jī)振動問題的解決提供了參考。

        關(guān)鍵詞:油膜失穩(wěn);氣流振動;膨脹不均;動靜摩擦;暖機(jī)升速

        0 引言

        汽輪機(jī)的老化與磨損大多源于振動,雖然完全消除汽輪機(jī)的振動是不可能的,但是如果將其控制在一定范圍內(nèi),對汽輪機(jī)的正常運(yùn)行造成的影響較小,就可基本忽略其危害。我國汽輪機(jī)振動幅度的常用標(biāo)準(zhǔn)為不超過0.05 mm[1]。引起異常振動的因素多種多樣,除了設(shè)計(jì)或裝配失誤以外,汽輪機(jī)軸承的磨損老化,零部件達(dá)到其疲勞壽命極限等,都是造成汽輪機(jī)異常振動的重要原因。當(dāng)汽輪機(jī)軸系中心發(fā)生變化,偏離原來的平衡位置,超過了一定范圍,便會產(chǎn)生較大的異常振動幅度,不斷加劇機(jī)組內(nèi)部的動摩擦與靜摩擦,加劇了汽輪機(jī)的異常振動,產(chǎn)生惡性循環(huán),最終使得機(jī)組零件松動,加速老化磨損,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

        1 振動異?,F(xiàn)象

        某660 MW汽輪機(jī)機(jī)組為國內(nèi)某火電廠#3機(jī)組,型號為N660-25/600/600(超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式),汽輪機(jī)由8個(gè)軸承支撐,高壓轉(zhuǎn)子采用雙支承,發(fā)電機(jī)和勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子采用三支承,其余中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子采用單支承。

        某次檢修結(jié)束后,在第一啟動過程中,由于汽輪機(jī)組振動大出現(xiàn)了打閘停機(jī)的情況,隨后對機(jī)組進(jìn)行了4次啟動,經(jīng)過各軸振動數(shù)據(jù)檢測,發(fā)現(xiàn)機(jī)組中有一個(gè)可傾瓦軸承軸振異常,該可傾瓦軸承在不同轉(zhuǎn)速下的X/Y軸振Bode圖數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)該機(jī)組在不同轉(zhuǎn)速下的軸振Bode圖數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),該機(jī)組振動分量90%以上以基頻為主,屬于不平衡原因引發(fā)的強(qiáng)迫振動(基頻=工作頻率)[3]。

        2 汽輪機(jī)振動原因及其預(yù)防措施

        2.1 ? ?油膜失穩(wěn)及其預(yù)防措施

        油膜失穩(wěn)問題的判斷較為方便明顯,汽輪機(jī)的渦動頻率經(jīng)常隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化而變化,而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速是導(dǎo)致油膜失穩(wěn)的主要原因,及時(shí)檢測渦動頻率的變化可以幫助工作人員快速鑒別油膜失穩(wěn)問題。其出現(xiàn)原因通常為軸系穩(wěn)定性較差,系統(tǒng)阻尼不夠,在設(shè)計(jì)人員對汽輪機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),對于對比壓與負(fù)載的考慮不足,設(shè)計(jì)的軸承寬度可能較寬,在遵循運(yùn)行原則的基礎(chǔ)上,不妨適當(dāng)減小軸承寬度,與此同時(shí),適當(dāng)提高其承載系數(shù)。但也應(yīng)注意,過量增大軸承承載系數(shù),降低潤滑油黏度,會減薄油膜厚度,導(dǎo)致其工作環(huán)境溫度過高,油質(zhì)老化較快,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其利弊進(jìn)行取舍。機(jī)組操作人員做好相關(guān)工藝的檢查與控制,按期對汽輪機(jī)軸承做好維護(hù)工作,可以有效預(yù)防油膜失穩(wěn)問題。

        2.2 ? ?氣流振動及其預(yù)防措施

        氣流振動是引發(fā)汽輪機(jī)振動的常見原因,出現(xiàn)頻率較高[4]。眾所周知,工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速越接近,軸系統(tǒng)穩(wěn)定性越好,但是較高的臨界轉(zhuǎn)速無法滿足汽輪機(jī)的工作效率要求,機(jī)組工作人員常常通過改變汽輪機(jī)級數(shù)增大跨距來提高工作效率,導(dǎo)致通流部分兩側(cè)的徑向間隙出現(xiàn)較大的誤差,軸徑所受切向力增大,產(chǎn)生正向渦動,轉(zhuǎn)子逐漸彎曲、磨損,導(dǎo)致更大的徑向間隙,進(jìn)一步增大流動切向力,最終產(chǎn)生異常振動。氣流振動的主要問題為軸向旋流,為了防止這一問題的產(chǎn)生,主要采用擾亂軸向旋流,提高失穩(wěn)界限轉(zhuǎn)速的技術(shù)手段。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之初,可以采用較大軸徑偏心率的軸承,也可改變其幾何形狀,在降低振幅的同時(shí),擾亂軸向旋流,使得汽輪機(jī)可以高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

        2.3 ? ?膨脹不均及其預(yù)防措施

        汽輪機(jī)的工作環(huán)境一般為高溫環(huán)境,機(jī)組零部件具有熱脹冷縮的特性,在其整體加熱與受熱過程中,不能保證整體受熱均勻,使得汽輪機(jī)各部分受熱膨脹不均,在此過程中,軸承極易發(fā)生位置偏移,剛度變差,導(dǎo)致產(chǎn)生機(jī)械振動[5]。膨脹不均比較容易監(jiān)測與預(yù)防,當(dāng)氣缸與在熱壓力之間出現(xiàn)了受力不穩(wěn)的情況時(shí),及時(shí)檢查預(yù)防,同時(shí)在汽輪機(jī)正式投入運(yùn)行之前,認(rèn)真檢查疏通管道,疏水期間及時(shí)清理管道。遇到膨脹不均的問題,應(yīng)及時(shí)檢查汽輪機(jī)各部分的零件變形情況,如有問題及時(shí)更換。與此同時(shí),考慮汽輪機(jī)膨脹不均是否與未正確設(shè)置參數(shù)有關(guān),若是則及時(shí)調(diào)整設(shè)備參數(shù),留心設(shè)備使用時(shí)長。

        2.4 ? ?動靜摩擦及其預(yù)防措施

        動靜摩擦對于汽輪機(jī)振動的損害最為嚴(yán)重,一旦發(fā)生動靜摩擦,容易增大汽輪機(jī)內(nèi)部零件碰撞的概率,必然導(dǎo)致汽輪機(jī)振動的增加,劇烈的振動導(dǎo)致更為劇烈的動靜摩擦,產(chǎn)生負(fù)反饋效應(yīng),一些直接接觸的零件,如接觸式汽封、軸承等可能會發(fā)生永久性彎曲形變,造成嚴(yán)重事故,這也是汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)要求汽封的硬度要低于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的主要原因。面對動靜摩擦問題,機(jī)組設(shè)計(jì)人員一定要遵循設(shè)計(jì)原則,認(rèn)真計(jì)算考慮汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù),汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí),機(jī)組人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,不要盲目追求汽輪機(jī)工作效率,在日常維護(hù)中要注意及時(shí)補(bǔ)充潤滑油,增強(qiáng)潤滑。

        3 振動異常分析

        通過觀察該660 MW汽輪機(jī)組在不同轉(zhuǎn)速下的基頻振幅與相位角的變化發(fā)現(xiàn),當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),二者發(fā)生了明顯變化波動,如果該機(jī)組因?yàn)橘|(zhì)量不平衡引發(fā)振動,則二者會基本保持不變,故首先排除本身質(zhì)量不平衡問題。通過檢測渦動頻率的變化情況也排除了油膜失穩(wěn)問題。在該機(jī)組運(yùn)行時(shí),并未對高壓進(jìn)氣閥進(jìn)行操作,其開度未發(fā)生任何變化,該可傾瓦軸承依然存在,說明其軸振與高壓進(jìn)氣閥開度無關(guān),可以排除氣流振動問題。隨后,對該機(jī)組的啟動參數(shù)控制進(jìn)行了檢查,各項(xiàng)參數(shù)均無問題,認(rèn)真檢查管道疏水情況,均無問題,汽輪機(jī)組進(jìn)疏水流暢,機(jī)組受熱均勻,可排除膨脹不均問題。

        將機(jī)組長時(shí)間停留在1 000 r/min左右的轉(zhuǎn)速下,發(fā)現(xiàn)該可傾瓦軸承X/Y向軸振逐漸減小,初步判斷該可傾瓦軸承軸振是由于汽輪機(jī)中高中壓轉(zhuǎn)子熱彎曲引發(fā)。通過查閱本次檢修記錄發(fā)現(xiàn),中高壓部分汽封、軸封更換為了接觸式汽封。該可傾瓦軸承所在的軸系也進(jìn)行了更換,甚至存在過盈現(xiàn)象。故認(rèn)為此次機(jī)組振動是由于汽封與轉(zhuǎn)子之間發(fā)生了碰撞摩擦,產(chǎn)生了動靜摩擦而造成的。為解決該問題,將該機(jī)組啟動并維持在1 500 r/min(該機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速)左右的轉(zhuǎn)速下,使該可傾瓦軸承軸振逐漸趨于穩(wěn)定,更換轉(zhuǎn)速(升速),再次使該可傾瓦軸承軸振逐漸趨于穩(wěn)定,不斷重復(fù)該過程,直至最終振動減小趨于穩(wěn)定(動靜接觸部分磨平)。

        4 結(jié)語

        該660 MW汽輪機(jī)振動異常是由明顯的動靜摩擦引起的,其主要原因在于在檢修時(shí)將原有的汽封改為接觸式汽封,在裝配時(shí)甚至存在過盈現(xiàn)象,導(dǎo)致汽輪機(jī)組啟動時(shí),接觸式汽封與轉(zhuǎn)子之間間隙較小,發(fā)生了動靜摩擦。對于該問題,可以采用暖機(jī)升速的手段予以解決,操作人員一定要按照操作規(guī)程進(jìn)行操作,防止由于溫差過大引發(fā)膨脹不均等新的問題。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 劉湘萍.汽輪機(jī)運(yùn)行中的振動及防止技術(shù)研究[J].當(dāng)代化工研究,2020(1):56-57.

        [2] 謝巍.汽輪機(jī)組安裝中振動影響因素分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2019(35):94-95.

        [3] 廖申丁.火力發(fā)電廠汽輪機(jī)軸承振動大的原因分析及處理措施[J].機(jī)電信息,2019(35):83-84.

        [4] 陳志峰.汽輪機(jī)振動故障機(jī)理分析[J].電工技術(shù),2019(23):118-120.

        [5] 楊森,楊旭輝,馬長亮.某上汽1 000 MW汽輪機(jī)組軸系振動原因探索[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(33):19-21.

        收稿日期:2020-01-18

        作者簡介:姜波(1987—),男,山西朔州人,助理工程師,從事火電廠設(shè)備安裝工作。

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