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        帶自同步離合器聯(lián)合循環(huán)機組振動問題分析與處理

        2022-10-27 02:23:58曹寒于光輝楊靈趙先波陳丹董衛(wèi)紅馬駿
        東方汽輪機 2022年3期
        關(guān)鍵詞:方向振動

        曹寒,于光輝,楊靈,趙先波,陳丹,董衛(wèi)紅,馬駿

        (東方電氣集團東方汽輪機有限公司,四川 德陽,618000)

        1 前言

        近年,國家能源結(jié)構(gòu)在不斷調(diào)整,“高質(zhì)量”和“綠色”已成為未來電力行業(yè)發(fā)展的趨勢和方向,傳統(tǒng)燃煤電廠的市場占比將會不斷縮小,而燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由于具有熱效率高、污染排放低、節(jié)省投資、建設(shè)周期短、啟??旖?、調(diào)峰性能好、占地少、節(jié)水、廠用電率低和可靠性強、維修方便等優(yōu)點將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

        燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的三大主要設(shè)備為燃機、汽機和發(fā)電機,三大設(shè)備按軸系布置可分為單軸和多軸配置方案,多軸配置方案又可分為一拖一、二拖一、三拖一等。在多軸配置方案里,考慮到夏季純凝、冬季抽凝供熱和背壓供熱等多工況運行的需求,機組大都配置有自同步離合器(Synchro-Self-Shifting,SSS,以下簡稱SSS 離合器),SSS 離合器可以實現(xiàn)低壓缸的“解列”和“并車”[1],使機組能夠在抽凝和背壓模式之間在線切換。設(shè)置SSS 離合器一方面可以提高能源利用效率,另一方面,也會對軸系振動產(chǎn)生影響,降低機組運行的安全性。

        某S 熱電廠聯(lián)合循環(huán)機組為一拖一、分軸帶SSS 離合器的軸系配置。燃氣輪機功率310 MW;汽輪機功率145 MW,汽機軸系布置如圖1 所示,高中壓轉(zhuǎn)子連接一根短軸,與SSS 離合器連接,離合器的另一端連接低壓轉(zhuǎn)子。

        圖1 汽機軸系布置

        2 振動情況

        2.1 運行特征

        對機組運行情況進行統(tǒng)計分析,#5 軸承振動及瓦溫有以下特點:

        (1)軸承金屬溫度異常;該機組汽機部分全部采用四瓦可傾式軸承,軸承結(jié)構(gòu)示意圖以及探頭布置情況如圖2 所示,底部2 個瓦塊各有一個溫度測點。在盤車狀態(tài)下,#5 軸承2 個測點溫度基本相同,但是隨著機組轉(zhuǎn)速升高,#5 軸承2 個測點溫度逐漸出現(xiàn)偏差,額定轉(zhuǎn)速至帶負荷時溫差最大達到8 ℃左右,如圖3 所示,而其他軸承2個測點溫度在各個工況下基本保持相同。

        圖2 四瓦可傾式軸承結(jié)構(gòu)示意圖及測振探頭布置情況

        圖3 機組12 月26 日運行時部分參數(shù)隨時間變化情況

        (2)在#5 軸承Y 方向振動增大過程中,X 方向振動增大并不明顯,X、Y 方向的振動相關(guān)性不強,#5 軸承振動大主要體現(xiàn)在Y 方向振動。

        (3)振動主要與運行時間有關(guān),隨運行時間的延長振動值緩慢增大。

        (4)振動有隨負荷變化的趨勢,但不明顯;但當負荷降低至90 MW 時,振動幅值會迅速回落,如圖4 所示。

        圖4 機組12 月30 日運行時部分參數(shù)隨時間變化情況

        2.2 振動數(shù)據(jù)

        通過本特利408 對振動信號進行處理,發(fā)現(xiàn):

        (1)#5 軸承振動在增大時,5Y 的頻譜圖如圖5 所示,從圖中可以看出,振動頻率始終以工頻分量為主,幾乎沒有低頻分量,因此,可排除油膜渦動導致5# 振動大;由2.1 可知,振動隨運行時間有緩慢增長的趨勢,故雖為工頻振動,但是可排除掉不平衡量大的原因。

        圖5 5Y 振動頻譜圖

        (2)振動增大時,#5 軸承的軸心位置向右上方移動(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向為順時針);振動減小時,則向左下方移動,規(guī)律很明顯,而相鄰的#4 軸承和#6 軸承的軸心位置相對固定,如圖6 所示,在振動變化的過程中,#5 軸承的軸心位置不穩(wěn)定,沿右上左下方向變動,說明軸承Y 方向剛度比X 方向小,可能存在Y 方向緊力不足的情況。

        圖6 #4-#6 軸心位置圖

        (3)#5 軸承在振動大時的軸心軌跡如圖7 所示,從圖中可以看出軸心軌跡的橢圓非常扁,而圖8 中#4 軸承的軸心軌跡形狀較正常,圖9 中#6軸承由于振動幅值較小,軌跡沒有規(guī)則形狀,也屬正常情況;經(jīng)分析認為,#5 軸承的軸心軌跡之所以會呈現(xiàn)圖7 情況,是由X 方向和Y 方向的剛度偏差導致的。

        圖7 #5 軸承軸心軌跡圖

        圖8 #4 軸承軸心軌跡圖

        圖9 #6 軸承軸心軌跡圖

        2.3 數(shù)據(jù)分析

        從第2.1 和2.2 節(jié)振動數(shù)據(jù)分析,#5 軸承振動頻率始終以工頻分量為主,幾乎沒有低頻分量,因此,可排除油膜渦動導致#5 軸承振動大;由2.1 可知,振動隨運行時間有緩慢增長的趨勢,故雖為工頻振動,但是可排除掉不平衡量大的原因。軸心位置的變化與振動趨勢的變化符合振動理論,即轉(zhuǎn)子向右上方移動時(遠離左下方瓦塊),該方向油膜變厚,剛度變小,振動增大,反之亦然;但是軸心位置變動幅度太大屬異常,軸心軌跡橢圓度過大且方位呈45°也屬異常,結(jié)合下半兩瓦塊溫度差別大均說明#5 軸承工作狀態(tài)異常,應(yīng)對該軸承進行翻瓦檢查。

        3 檢查及處理

        3.1 檢查情況

        #5 軸承位于自同步離合器高壓側(cè)的短軸轉(zhuǎn)子上,也可看作高壓轉(zhuǎn)子外伸端的支撐,設(shè)計載荷為34 000 N。該軸承的安裝示意圖如圖10 所示,在轉(zhuǎn)子提升過程中需使用拉力計測量提升力,當力達到設(shè)計值時,此時的U 值即為#5 軸承的安裝標高[2]。安裝標高的偏差直接影響#5 軸承的承載情況,而軸承的載荷會影響其穩(wěn)定性。故對#5 軸承的檢查重點為軸承載荷。

        圖10 #5 軸承安裝標高示意圖

        檢查過程中在#5 軸承處架百分表,并用拉力計記錄力,測量結(jié)果見表1。從表1 可以看出,用1 噸力(9 800 N)提升轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子被抬起0.018 mm,說明#5 軸承在原來的位置根本沒有承載,而在設(shè)計載荷34 000 N 時,轉(zhuǎn)子約被抬起了0.05 mm。經(jīng)分析,#5 軸承不承載是導致振動大的根本原因。

        表1 #5 軸承力與抬起標高對應(yīng)關(guān)系

        除了檢查軸承載荷,對軸承的間隙和緊力也進行了檢查,結(jié)果見表2,從表中可看出軸承右側(cè)沒有緊力,為間隙配合,這也是導致#5 軸承Y 方向剛度小、振動大的次要原因。

        表2 #5 軸承間隙和緊力檢查結(jié)果

        3.2 處理措施及效果

        從3.1 節(jié)中了解到,#5 軸承存在不承載及右側(cè)緊力不足的問題,針對這2 個問題采取了以下處理措施后,機組再次啟機沒有發(fā)生振動大問題,而且X 方向和Y 方向的振動都小于30 μm,處理效果非常好。

        (1)為解決#5 軸承不承載情況,根據(jù)表1 的檢查數(shù)據(jù),將軸承標高上抬0.05 mm,可使軸承承載滿足設(shè)計要求;標高調(diào)整通過在軸承下半墊塊下增加墊片達到。

        (2)軸承右側(cè)緊力恢復到設(shè)計值要求的過盈0~0.05 mm,可通過在軸承上半右側(cè)墊塊下增加墊片來達到;

        最終每個墊塊下的墊片調(diào)整量需結(jié)合軸承標高與檢查結(jié)果情況,使各參數(shù)均滿足設(shè)計要求。

        4 結(jié)語

        (1)本文首先對#5 軸承的振動特征進行了詳細描述,并對振動數(shù)據(jù)進行分析,特征與數(shù)據(jù)兩者相結(jié)合確定了導致振動的原因為#5 軸承工作狀態(tài)異常;

        (2)通過對#5 軸承進行翻瓦檢查,確定了軸承不承載是導致軸承工作狀態(tài)異常的根本原因;緊力不足為Y 方向振動大的次要原因。

        (3)通過對#5 軸承標高和緊力進行調(diào)整,最終徹底解決了軸承振動大的問題。

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