劉瑞奇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300457）

1 問描述題

某電站透平機組為SIEMENS（RUSTON）生產(chǎn)的TB5000 型號，額定輸出功率為3877 kW，壓氣機級數(shù)為12 級的雙軸、軸流式透平。透平機組效率下降，在帶載1000 kW 以上時出現(xiàn)高振動現(xiàn)象。由于透平機組載荷達到1000 kW 以上，機組載荷有波動時，極易出現(xiàn)振動高報警并停機的故障現(xiàn)象。對透平機組進行空載，逐步進行增加載荷測試，直到出現(xiàn)振動高報警為止。

圖1 為機組振動探頭的分布點位，其中UD39 代表齒輪箱驅動端速度振動探頭位置，其他測點的相關信息見表1～表3，表2 中有顏色部分為引起振動高報警的數(shù)據(jù)。

圖1 機組振動探頭的分布點位

表1 機組振動探頭的測點編號與位置的對應關系

表2 不同載荷下機組的振動值

表3 不同載荷下機組軸承的溫度 ℃

從表1～表3 可以發(fā)現(xiàn)，壓氣機進氣端UD10X1 及壓氣機出氣端UD11Y1 的振動值隨載荷變化，有明顯增加的現(xiàn)象，當機組的載荷約1150 W 時UD10X1 的振動值到達報警值且波動較大，是電站安全運行的不安全因素。

2 初步措施

對于透平機組出現(xiàn)高振動的現(xiàn)象，利用內(nèi)窺鏡等設備對機組壓氣機部件進行檢測，對于振動探頭也做了相應檢查，及機組解體、清理、動平衡、間隙調整等工作。

2.1 內(nèi)窺檢測

2.1.1 壓氣機進氣可轉導葉檢查

首先決定檢查的部分為進氣可轉導葉，由于進氣可轉導葉上如果出現(xiàn)裂縫或變形，進入壓氣機的氣流一樣會出現(xiàn)亂流而引起振動。拆掉一個可轉導葉位置的溫度探頭，利用內(nèi)窺鏡伸入內(nèi)部便可查看內(nèi)部情況，但由于內(nèi)部空間狹小，并且內(nèi)窺鏡拍攝到的畫面不是理想中一樣清晰，無法真正看清內(nèi)部導葉是否存在異常，但根據(jù)拍攝到的畫面仍可看出內(nèi)部不存在較為明顯的裂縫等異常。

2.1.2 壓氣機葉輪葉片檢查

利用壓氣機十級葉輪部位的一個引壓管線孔，用內(nèi)窺鏡伸入其中對內(nèi)部進行檢查。通過拍攝畫面可以看到葉片，但如果能使得葉片有所轉動并形成一個對比，就更容易分析出有無異常情況存在。根據(jù)透平機組停機以后啟動馬達保持與壓氣機軸脫開的狀態(tài)，只有啟動時才會連接，因此無法達到手動盤車的目的，也即無法通過使壓氣機軸的轉動來對比分析葉片有無異常。在靜態(tài)的畫面中，由于內(nèi)窺鏡的拍攝效果不佳，仍無法看清內(nèi)部是否存在裂縫或變形（圖2）。

圖2 機組內(nèi)窺檢測圖像

由于鏡頭的原因導致分辨率較低、效果欠佳，無法真正看清壓氣機內(nèi)部細微部分的狀態(tài)，決定對壓氣機部分進行額外的檢測。

2.2 振動探頭檢測

對壓氣機振動探頭進行檢查和測試，在帶載的過程中，壓氣機排氣端軸瓦振動探頭UD11Y1 高振動報警，中控將此項信號進行旁通，振動值由10 μm 在4 s時間內(nèi)躥升至120 μm 以上，此時同一位置振動探頭UD11X1 數(shù)值顯示為10 μm 以下且比較穩(wěn)定，軸瓦溫度、潤滑油油箱及回油管溫度正常。

圖3 中有時長2 min 的各項振動保持恒定，此時控制系統(tǒng)升級正在進行系統(tǒng)參數(shù)設定，系統(tǒng)停止錄入振動數(shù)據(jù)，所以各項振動曲線為直線。當系統(tǒng)恢復正常使用后，系統(tǒng)立刻出現(xiàn)幾項報警，包括IGV 及壓縮機7 級壓力報警、UD11X1 振動升高時報警顯示Generator（發(fā)電機）高振報警，與實際振動位置不符。

圖3 機組振動參數(shù)頁面截屏

脫開負載后繼續(xù)空轉，UD11Y1 振動數(shù)值恢復正常。將現(xiàn)場接線箱內(nèi)UD11Y1 接頭與UD11X1 接頭對調，顯示兩項振動數(shù)值無明顯變化；透平機組帶載，隨著載荷加大，UD11X1 振動數(shù)值快速上升，并很快達到報警、關斷值，脫開負載后UD11X1 振動數(shù)值恢復正常。

圖4 為壓氣機出口軸承振動探頭，為兩用兩備模式，X 向、Y向各兩個，機組正常運轉時X、Y 向各有一個在線監(jiān)測，將現(xiàn)場接線箱內(nèi)UD11Y1 探頭在線使用與備用探頭互換，繼續(xù)帶載運行，機組各項振動指標趨于穩(wěn)定。開始UD11X1 出現(xiàn)高振動現(xiàn)象并達到報警、關斷值（UD11X1 探頭一直處于旁通狀態(tài)）。機組運行過程中，此時間段內(nèi)UD11X1 項振動值多次出現(xiàn)突然升高現(xiàn)象。

圖4 壓氣機出口振動探頭

3 原因分析

通過采取上述措施，并考慮其他相關因素對機組的振動高造成影響。例如，潤滑油中的雜質或鐵屑，在給機組潤滑過程中將對振動探頭會產(chǎn)生影響。對潤滑油過濾器進行檢查，發(fā)現(xiàn)其中有些細小的雜質，以后將考慮對潤滑油進行在線過濾。

（1）動不平衡。壓氣機轉子不平衡量超出標準，將導致機組振動增大。

（2）氣流激振。高溫氣體在壓氣機出口及CT 轉子處（出口軸承附近）流動紊亂造成氣流激振導致壓氣機出口軸承振動加大。此次檢修沒有對備件進行更換，壓氣機出口氣封存在松動現(xiàn)象，機組其余密封存在高溫積碳、密封間隙超差、密封間隙不均等現(xiàn)象；密封間隙的超差與密封定子與動密封不同心都容易造成氣流激振。

（3）軸瓦、軸承間隙超差。壓氣機前后軸瓦間隙均接近或超過最大間隙值（壓氣機進口軸承頂部間隙超標）、推力瓦塊表面光潔度下降，造成轉子振動加大。

（4）密封件失效。此次檢修所涉及密封件均未更換。機組長期運轉過程中，密封件處于高溫、高壓工況；解體后密封件長期暴露在空氣中，清理過程中密封件容易接觸油性、腐蝕性物質，上述工況很容易導致密封件失效。密封件失效可能導致高溫氣體回流造成振動。

（5）高溫零部件強度失效。本次機組檢修所有高溫部件，主要為高溫緊固螺栓并未更換。按照大修手冊要求，所有高溫部位連接螺栓在拆除后都應換新，若繼續(xù)使用很難保證連接強度，在溫度發(fā)生變化及機組振動的情況下螺栓更加容易松動，造成機組工況進一步惡化。

（6）定位失效。本次機組拆檢各連接部位定位銷未進行過更換，從檢測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)過渡段——中機匣定位銷與銷孔間隙為0.50 mm，這導致CT 轉子與定子同心度超差（CT 轉子輪盤各葉頂間隙差最大達到1.0 mm）。本次維修后將CT 定轉子間隙調整至標準數(shù)值并用螺栓緊固，但是在沒用定位銷定位前提下很難保證過渡段與中機匣的相對位置不發(fā)生二次變化。如果類似情況再次發(fā)生，機組CT 轉子處高溫氣體回流也會造成機組的振動。應在檢修時換新機組所有定位銷，并對超差部位重新鉸孔定位。

4 解體大修

對透平機組的解體大修，在國內(nèi)的該項技術領域尚屬空白。

4.1 拆除

透平機組拆除工作，主要拆除透平機組壓氣機及燃燒器部分，另外還需要：做好現(xiàn)場隔離鎖定，將透平機組撬門板及附屬管件拆除；安裝專用支架及吊裝工具，脫開進氣蝸殼及ST 定子殼體連接螺栓；將機組滑出透平間并吊裝出。

4.2 檢修

機組解體檢修，按照原廠大修手冊將透平機組解體：①測量各部分間隙并做好記錄；②對ST 轉子部件及燃燒室導流罩等高溫部件進行探傷；③清理壓氣機定轉子葉片及其他附屬管線、零部件；④修復3#、4#燃燒室導流罩開裂部位并進行探傷；⑤壓氣機轉子進行動平衡試驗。

檢修過程中，測試壓氣機UD11X1 探頭做反饋電壓時，電壓信號傳輸不穩(wěn)定，檢修組人員對振動探測系統(tǒng)全面檢查，發(fā)現(xiàn)振動探頭接線老化、有明顯松動。在機組運行過程中，傳送信號線一個輕微的振動，都容易出現(xiàn)信號傳送不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

最后，在完成所有測試檢修工作之后，按照廠家大修手冊要求進行透平壓氣機回裝。

4.3 安裝調試

對檢修完后的透平機組進行了回裝調試工作：在回裝試機過程中，先對透平機組進行空載試機，在機組運轉超過6 h 后，對透平機組開始帶載測試，運轉穩(wěn)定后增加負載，振動信號穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)振動探頭高報的情況。

5 結論

針對透平機組高振動現(xiàn)象，進行機組解體檢修，在壓氣機UD11X1 探頭做反饋電壓測試時，由于振動探頭接線老化，出現(xiàn)了振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定；對燃燒室導流罩修復及，此次檢修解決了透平機組高振動故障。