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        高背壓改造機組振動分析與處理

        2022-06-21 07:11:36
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2022年5期
        關(guān)鍵詞:磁力軸承座軸系

        董 博

        (華電章丘發(fā)電有限公司,山東 濟南 250200)

        1 設(shè)備簡介

        某電廠2號汽輪機為上海汽輪機廠生產(chǎn)的N135-13.24/535/535型超高壓、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸、凝汽式汽輪機。設(shè)計銘牌出力為135MW,后增容為145MW。該汽輪機調(diào)節(jié)、保安系統(tǒng)在2004年3月的大修中由低壓潤滑油電調(diào)系統(tǒng)改造為高壓抗燃油系統(tǒng)。 2012年該汽輪機低壓轉(zhuǎn)子進行高背壓供熱改造,低壓轉(zhuǎn)子改造為2根轉(zhuǎn)子互換使用,增加了從連通管處抽汽管道和電動抽汽蝶閥。在冬季供熱季節(jié)采用供熱轉(zhuǎn)子,供熱期結(jié)束后采用純凝轉(zhuǎn)子。

        2 異常振動情況及初步分析

        2.1 振動情況

        2號機組2019年6月更換純凝轉(zhuǎn)子后首次啟動,機組帶負荷穩(wěn)定后持續(xù)監(jiān)測各軸承振動, 利用SK12 振動分析儀對2號汽輪機進行振動監(jiān)測,#3、#4、#5軸承振動,均以工頻振動為主,其中軸向振動幅值300μm~400μm,垂直振動幅值均超過100μm~150μm。#3、#4軸承箱振動自下向上由80μm升到300μm~400μm。發(fā)電機兩側(cè)端蓋振動在500μm~600μm。

        2.2 初步分析

        分析如下:1)#3、#4、#5軸承箱軸向振動異常大,帶動軸承箱垂直振動增大。2)振動以工頻振動為主、從開機以來緩慢上升,低-發(fā)聯(lián)軸器中心不正的可能性不大,排除低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的可能。3)#3、#4軸承箱剛度不足是引起軸承箱振動異常的主要原因,表現(xiàn)為基礎(chǔ)水平度不良、墊片高度不一致、基礎(chǔ)螺栓損傷、軸瓦裝配數(shù)據(jù)超標等。4)#3、#4軸承溫度相差10℃,說明存在負荷分配不均的問題。5)2019年6月16日,#2機由供熱轉(zhuǎn)子更換為純凝轉(zhuǎn)子開機后,低壓差脹呈上漲趨勢,超過報警值7.6mm,最高差脹值到達8.72mm,須進一步檢查是否因差脹過大導致動靜碰磨或發(fā)電機磁力中心偏移產(chǎn)生軸向推力。

        2.3 處理方案

        處理方案如下:1)保持跟蹤#3、#4、#5軸振及軸承金屬溫度的變化,每班實測#3、#4軸承箱振動數(shù)值。2)低壓轉(zhuǎn)子更換時,復測低-發(fā)聯(lián)軸器中心,重點檢查#3、#4軸承箱基礎(chǔ)水平度、墊片厚度、螺栓損傷、定位銷等。3)檢查#3、#4軸承標高。4)復測#3、#4、#5軸瓦裝配數(shù)據(jù)。5)檢查發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子磁力中心。

        3 改善振動的措施

        每年2次低壓缸檢修中測量調(diào)整動靜間隙,低壓轉(zhuǎn)子軸向定位K值為低壓反向第一級葉根與隔板軸向間隙,實測為8.9mm,滿足設(shè)計要求(9±1)mm,低壓轉(zhuǎn)子左旋通流間隙如圖1所示,第一級葉根處軸向間隙b即為K值。該處為低壓轉(zhuǎn)子與隔板軸向間隙最小處,假定低壓缸靜止部分完全不膨脹,低壓轉(zhuǎn)子整體均勻膨脹,低壓轉(zhuǎn)子末端膨脹20mm才會發(fā)生軸向動靜碰磨的情況。因此,目前差脹值下運行安全能夠得到保障。

        圖1 低壓轉(zhuǎn)子左旋通流間隙圖

        利用每年季節(jié)性小修更換轉(zhuǎn)子時檢查調(diào)整軸系中心,軸系中心設(shè)計要求及修前、修后數(shù)據(jù)如表1所示,將軸系中心調(diào)整至設(shè)計要求范圍,開機后檢查軸承座,軸向振動仍然超300μm,排除軸系中心的影響。

        調(diào)整對輪同心度,調(diào)整軸承緊力,頂部間隙、側(cè)間隙、瓦枕底部墊鐵研磨,開機后軸承振動未見明顯變化,排除軸承本身原因,#3瓦、#4瓦修后的數(shù)據(jù)、低發(fā)聯(lián)軸器同心度數(shù)據(jù)如表2所示。

        大修中對軸承座檢查,軸承座與臺板支撐面進行研磨,保證其接觸面積75%以上,軸承座底部臺板接觸情況如圖2所示。保證發(fā)電機軸承座底部墊鐵壓實無卷起,底部墊片數(shù)量3片,#5軸承座底部墊片如圖3所示。軸承座臺板固定螺栓進行超聲波探傷,未發(fā)現(xiàn)斷裂特征;軸承座地腳螺栓緊固均勻、到位;清理軸承箱呼吸閥,更換呼吸閥不銹鋼濾布,保證軸承箱熱量及時散出,排除軸承座問題。

        高中壓轉(zhuǎn)子重新配重:根據(jù)現(xiàn)場實際情況,制定動平衡臨時調(diào)整方案如下。 汽機向發(fā)電機看,2 號汽機#2 瓦軸振探頭向位于正上垂直方向;2 號汽機鍵相探頭位于正上垂直方向;轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。如圖 4 所示。

        該機組在沖轉(zhuǎn)及帶負荷過程中,#2 瓦振動數(shù)據(jù)如表3所示。

        經(jīng)過計算,加重方案如下。在#2 瓦處進行調(diào)整,在#2 軸承側(cè)加重 400g,角度 90°,即以鍵槽為零位,逆轉(zhuǎn)向 90°。安裝配重塊后,機組重新啟動,各軸承振動未見明顯變化,初步排除動平衡對機組異常振動影響。

        冷態(tài)下發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子磁力中心線檢查。軸系連接完畢,推力瓦安裝到位并將轉(zhuǎn)子推至工作位,在發(fā)電機末端同一位置測量發(fā)電機定子長度為950mm,發(fā)電機轉(zhuǎn)子長度為959mm,這時磁力中心偏差4.5mm,發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心偏前(以汽輪機前箱方向為前,發(fā)電機方向為后),該數(shù)值與發(fā)電機廠家共同確認,滿足發(fā)電機安裝預留磁力中心偏移量。

        熱態(tài)下發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子磁力中心線偏差計算如下。低壓轉(zhuǎn)子膨脹死點在#2軸承處,向后膨脹,低壓差脹測點固定在三號軸承箱上,電渦流探頭指向低壓轉(zhuǎn)子后對輪上,該探頭為測距探頭。因此該測距探頭測量所得為轉(zhuǎn)子的絕對膨脹量,并非低壓差脹值,但可利用該測點,進一步分析低壓差脹參數(shù)控制范圍,以調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸向位置處于磁力中心線,減少電磁干擾。

        圖2 軸承座底部臺板接觸情況

        圖3 #5軸承座底部墊片

        機組正常運行狀態(tài)下,發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心位置向后膨脹約2mm,而發(fā)電機定子是由中間向兩側(cè)均勻膨脹,二者磁力中心偏移超過5mm時,就易導致機組軸向振動過大,而低壓差脹原設(shè)計報警值為7.6mm,在該狀態(tài)下,加上發(fā)電機轉(zhuǎn)子中心向后偏移2mm,這時發(fā)電機轉(zhuǎn)子較冷態(tài)下向后共偏移9.6mm,再減去發(fā)電機安裝預留磁力中心偏移量4.5mm,這時磁力中心偏差剛好為5.1mm,易導致機組振動幅度增加,而隨著低壓差脹越高,振動幅度越大。

        表1 軸系中心調(diào)整數(shù)據(jù)表(單位:mm)

        表2 軸瓦及聯(lián)軸器修后數(shù)據(jù)表(單位:mm)

        表3 #2 瓦振動數(shù)據(jù)(單位:μm)

        通過運行調(diào)整低壓缸進汽壓力不超過0.21MPa(表壓),進汽溫度不超過260℃,控制低壓差脹始終低于原設(shè)計報警值7.6mm,持續(xù)監(jiān)測各軸承座振動,有明顯好轉(zhuǎn),各軸承及軸承座振動見表4。

        4 低壓差脹影響機組異常振動分析

        低壓差脹是低壓轉(zhuǎn)子較低壓缸的膨脹量,一般不能過大,否則會導致動靜碰磨,該汽輪機低壓轉(zhuǎn)子進行高背壓供熱改造后,增加了從連通管處抽汽管道和電動抽汽蝶閥,因#2機在供熱轉(zhuǎn)子運行下,低壓缸排汽溫度較高,低壓轉(zhuǎn)子膨脹量較大,經(jīng)設(shè)計廠家統(tǒng)一將低壓差脹報警值提高至8.8mm,跳機值為9.9mm,更改參數(shù)后,供熱季低壓差脹持續(xù)維持在9mm左右,非供熱季低壓差脹也常常達到8mm,均超過原設(shè)計報警值7.6mm。

        雖然經(jīng)過計算,低壓差脹到達20mm才有可能導致低壓缸內(nèi)部動靜碰磨,但廠家修改低壓差脹報警值時,未充分考慮低壓差脹增大后會導致發(fā)電機轉(zhuǎn)子向后偏移的情況,導致發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子磁力中心線偏差較大,發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動中,在定子內(nèi)的氣隙磁場不斷做切割磁力線運動,進而產(chǎn)生軸向推力,當發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子中心線偏差過大時,軸向推力過大,推力軸承難以平衡該推力,會引發(fā)機組異常振動。

        通過控制影響低壓差脹的直接因素——低壓缸進汽溫度和壓力后,發(fā)電機轉(zhuǎn)子和定子的磁力中心得到有效保證,汽輪機組軸系振動恢復正常。

        表4 各軸承及軸承座振動數(shù)據(jù)表

        5 結(jié)論

        汽輪機組軸系振動的原因很多,也很復雜,長期異常振動會對機組安全運行產(chǎn)生嚴重威脅?,F(xiàn)實工作中要敏銳察覺異?,F(xiàn)象,找到引起汽輪機軸系振動的根本原因,分類、分層次進行排查和研究,也可采用排除法,逐一排除引起汽輪機組軸系振動的可能性,找到根本原因并加以改進,最終降低汽輪機振動幅度至正常范圍,保證汽輪機組安全穩(wěn)定運行。

        圖4 鍵向及振動傳感器方向

        圖5 低壓差脹測點

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