粵電集團(tuán)廣東省韶關(guān)粵江發(fā)電有限責(zé)任公司 蔣啟東
某廠2號(hào)機(jī)組為600MW 超超臨界凝汽式發(fā)電機(jī)組,其中汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司制造的N600-25/600/600-1型超超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)(機(jī)型為660G 型);發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)有限公司制造的QFSN-600-2-22B 型水氫氫冷卻的同步汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系中,#1、2軸承采用可傾式軸承,#3、4、5、6、7、8均采用橢圓形軸承。機(jī)組軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓Ⅰ轉(zhuǎn)子、低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以及9個(gè)支持軸承(含一個(gè)穩(wěn)定軸承)組成。各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性聯(lián)軸器連接(圖1)。
圖1 機(jī)組軸系示意簡(jiǎn)圖
2號(hào)機(jī)組首次大修后于2016年3月16日進(jìn)行首次沖轉(zhuǎn),采用中壓缸啟動(dòng)方式?jīng)_轉(zhuǎn),隨著轉(zhuǎn)速的升高,#1、#2軸承相對(duì)軸振迅速增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min 后進(jìn)行暖機(jī)時(shí),#1、#2軸承相對(duì)軸振仍繼續(xù)爬升,幾分鐘后2Y 測(cè)點(diǎn)振幅超過(guò)180μm,根據(jù)運(yùn)行規(guī)程運(yùn)行人員手動(dòng)打閘。停機(jī)過(guò)程相關(guān)測(cè)點(diǎn)隨著轉(zhuǎn)速降低振動(dòng)迅速減小(圖2)。從DCS 中有限的振動(dòng)數(shù)據(jù)及其他啟停曲線數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn),#2軸承振動(dòng)大有以下振動(dòng)特征:大修前高中壓轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)較好,通過(guò)其一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí)振動(dòng)非常小;機(jī)組維持1500r/min 轉(zhuǎn)速不變時(shí),#1、#2軸承相對(duì)軸振仍然迅速爬升,其中2瓦軸振爬升現(xiàn)象顯著;低轉(zhuǎn)速時(shí)相關(guān)測(cè)點(diǎn)降速時(shí)振動(dòng)值比升速時(shí)明顯偏大;降速至投入盤車后,機(jī)組偏心較升速前大。
圖2 啟動(dòng)及停機(jī)過(guò)程趨勢(shì)圖
基于以上故障特征分析,根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明[1],可基本判斷本次升速過(guò)程首次振動(dòng)故障為高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)靜碰磨故障,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生了暫態(tài)熱彎曲,表現(xiàn)為相關(guān)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)振幅迅速爬升?,F(xiàn)場(chǎng)采取的措施是進(jìn)行4小時(shí)的連續(xù)盤車,待轉(zhuǎn)子熱彎曲恢復(fù)后再重新沖轉(zhuǎn)。同時(shí)分析機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程的沖轉(zhuǎn)參數(shù),發(fā)現(xiàn)高中壓軸封供汽溫度接近310℃,高于運(yùn)行規(guī)程要求冷態(tài)開(kāi)機(jī)時(shí)軸封供汽溫度為180℃~260℃的范圍,沖轉(zhuǎn)前中壓缸I 級(jí)前溫度為114℃。因此認(rèn)為高中壓缸軸封溫度偏高導(dǎo)致對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置發(fā)生臨時(shí)熱彎曲,造成動(dòng)靜間隙改變,進(jìn)而引發(fā)動(dòng)靜碰摩故障。
基于以上結(jié)論,再次沖轉(zhuǎn)時(shí)將軸封溫度調(diào)整至規(guī)程范圍內(nèi)(約250℃),機(jī)組于2017年3月18日再次沖轉(zhuǎn),沖轉(zhuǎn)過(guò)程順利,并于16:58成功定速。
3月18日16:58機(jī)組首次定速之初,出現(xiàn)#5、#6、#7軸承瓦振動(dòng)偏大,分別為68μm、72μm、53μm,其余測(cè)點(diǎn)振動(dòng)狀況較好,隨后機(jī)組因鍋爐故障跳機(jī)。鍋爐故障恢復(fù)后機(jī)組于3月19日06:38再次沖轉(zhuǎn),沖轉(zhuǎn)過(guò)程中當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到2900r/min 時(shí),由于#6軸承瓦振超過(guò)80μm,運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行規(guī)程要求打閘停機(jī)。在現(xiàn)場(chǎng)#5、#6軸承蓋處采取了一些臨時(shí)支撐措施,相關(guān)測(cè)點(diǎn)瓦振振幅略有改善,機(jī)組于3月19日14:54達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,定速后#6軸承瓦振振幅仍然為77μm。
目前機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題主要表現(xiàn)在低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)方面,其中#6軸承尤為嚴(yán)重。低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子相關(guān)振動(dòng)成分均以基頻分量為主,定速后各測(cè)點(diǎn)基頻振幅有一定變化,基頻相位相對(duì)穩(wěn)定。低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子相對(duì)軸振均較小而軸承座振動(dòng)較大,本次剛定速時(shí)5X、5Y、6X、6Y 振幅分別為56μm、31μm、51μm、46μm,而#5、#6軸承座振幅分別為65μm、77μm。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析,以及參考同型機(jī)組經(jīng)驗(yàn)和本臺(tái)機(jī)組調(diào)試階段經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)研究資料[2],診斷低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障為結(jié)構(gòu)共振。由于該機(jī)型低壓轉(zhuǎn)子軸承落在低壓缸上,而軸瓦-軸承座-低壓缸組成的支撐結(jié)構(gòu)的共振頻率接近汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率,即汽輪機(jī)運(yùn)行在其支撐結(jié)構(gòu)的共振區(qū)內(nèi)。而在該狀態(tài)下其支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度非常低,軸承座振動(dòng)對(duì)于轉(zhuǎn)子激振力的響應(yīng)非常靈敏,表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子很小的激振力就會(huì)造成較大的軸承座振動(dòng)。且不同工況下相關(guān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)的差別也非常大。
本次大修后超速試驗(yàn)過(guò)程測(cè)得瓦振共振頻率報(bào)告可以證實(shí):2號(hào)機(jī)組#3~#8軸承均存在在一定程度的共振問(wèn)題,即其支撐結(jié)構(gòu)共振頻率距離機(jī)組額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率較近。從本次大修后超速試驗(yàn)可看出,#3、#4軸承共振峰值為3159r/min,#5、#6軸承共振峰值為2968r/min 和3136r/min,#7、#8軸承共振峰值為3138r/min,#5、#6軸承的其中一個(gè)共振點(diǎn)距50Hz 最近,其軸承座振動(dòng)故障也尤為突出。如需從根本上解決該問(wèn)題,應(yīng)調(diào)整其支撐結(jié)構(gòu)的共振頻率以達(dá)到一定的避開(kāi)率。而制作調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)方案需大量的前期試驗(yàn)和相關(guān)計(jì)算,且需較長(zhǎng)的檢修施工周期,目前現(xiàn)場(chǎng)不具備實(shí)施的可能性。而目前可采取的最有效措施就是實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡,盡可能的降低轉(zhuǎn)子激振力。由于目前低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)幅值較小而軸承座振動(dòng)響應(yīng)非常靈敏,這就需要現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡各個(gè)環(huán)節(jié)均達(dá)到極高的準(zhǔn)確性,包括數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)的有效性、動(dòng)平衡計(jì)算、平衡塊加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)。
基于以上分析考慮,由于剛定速進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),機(jī)組工況不穩(wěn)定、振動(dòng)狀態(tài)也不穩(wěn)定,振動(dòng)數(shù)據(jù)也并非真實(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù),在此時(shí)實(shí)施動(dòng)平衡風(fēng)險(xiǎn)較大。參考相關(guān)國(guó)標(biāo)及其他同型機(jī)組經(jīng)驗(yàn),經(jīng)開(kāi)會(huì)討論,以確保機(jī)組設(shè)備安全為前提,臨時(shí)將軸承座振動(dòng)保護(hù)限值放寬到120μm,機(jī)組繼續(xù)相關(guān)試驗(yàn)及帶初負(fù)荷,嚴(yán)密監(jiān)測(cè)振動(dòng)情況。3月19日晚帶初負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組由于其他原因跳機(jī)。03月20日0:40重新定速繼續(xù)進(jìn)行初負(fù)荷試驗(yàn),此時(shí)軸系振動(dòng)狀態(tài)較之前有所惡化并緩慢增長(zhǎng),于03月20日6:11#6軸承瓦振動(dòng)增大至120μm,運(yùn)行人員被迫打閘停機(jī),準(zhǔn)備實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。
綜合機(jī)組定速運(yùn)行及相關(guān)試驗(yàn)的振動(dòng)數(shù)據(jù),#5、#6、#7軸承瓦振均偏大,此時(shí)影響機(jī)組運(yùn)行的主要矛盾是#6軸承瓦振動(dòng)。考慮的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)也不穩(wěn)定,變化量較大且其振幅也相對(duì)偏小,所以本次動(dòng)平衡暫不考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,只對(duì)低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。根據(jù)相位分析結(jié)果,低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子存在少量的二階質(zhì)量不平衡,可在低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子末級(jí)葉輪平衡槽內(nèi)施加反對(duì)稱配重分量,對(duì)振動(dòng)進(jìn)行改善。隨后分別于3月23日、3月25日、3月27日進(jìn)行了三次配重,其中第一次在#5瓦側(cè)加重230g ∠75°、#6瓦側(cè)加重230g ∠255°;第二次在#5瓦側(cè)加重381g ∠209°、#6瓦側(cè)加重381g ∠29°;第三次在#5側(cè)加重280g ∠76°、#6瓦側(cè)加重280∠256°。
前兩次加重后開(kāi)機(jī)效果并不理想,其原因主要是機(jī)組處于不穩(wěn)定的工況下,其振動(dòng)數(shù)據(jù)并非真實(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。綜合前兩次動(dòng)平衡前后數(shù)據(jù),經(jīng)重新計(jì)算后第三次加重達(dá)到理想效果,#5、#6軸承瓦振動(dòng)大幅改善,動(dòng)平衡前后工況均為3000r/min,其他數(shù)據(jù)分別為:5⊥ 63/16、5X 83/20、5Y 55/13、6⊥ 31/22、6X 51/14、6Y 42/20。
表1 大負(fù)荷穩(wěn)定工況下各測(cè)點(diǎn)軸振動(dòng)數(shù)據(jù)(通頻,單位:μm)
綜上,2號(hào)機(jī)組大修后首次沖轉(zhuǎn)過(guò)程#2軸承首次振動(dòng)故障為高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生了動(dòng)靜碰摩故障,而發(fā)生動(dòng)靜碰摩的原因可能與軸封供氣溫度過(guò)高有關(guān),經(jīng)過(guò)連續(xù)盤車待轉(zhuǎn)子熱彎曲恢復(fù)后和調(diào)整好軸封溫度再重新沖轉(zhuǎn)再?zèng)]有出現(xiàn)故障。定速運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子軸承座振動(dòng)偏大的原因是支撐結(jié)構(gòu)共振,通過(guò)精細(xì)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡大幅改善低壓Ⅱ轉(zhuǎn)子相關(guān)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)水平。2號(hào)機(jī)組帶額定負(fù)荷穩(wěn)定工況下各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值列于表1,參照國(guó)標(biāo)GB/T 11348.2-2012相關(guān)條款規(guī)定,機(jī)組軸系振動(dòng)均處于優(yōu)良水平,可以長(zhǎng)期安全運(yùn)行。