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        某汽輪機1瓦振動爬升原因分析及處理

        2023-11-09 09:09:52魏曉東張艷紅胥佳瑞
        機電信息 2023年21期
        關(guān)鍵詞:中壓隔板停機

        魏曉東 李 峰 吳 韜 張艷紅 胥佳瑞

        (1.大唐國際發(fā)電股份有限公司張家口發(fā)電分公司,河北 張家口 075131;2.中國大唐集團科學技術(shù)研究總院有限公司華北電力試驗研究院,北京 100043)

        1 機組概況

        某發(fā)電廠2號汽輪機為東方汽輪機廠制造的N300-16.7/537/537型亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、凝汽式汽輪機。軸系由高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子3根轉(zhuǎn)子組成,各轉(zhuǎn)子均為雙支撐結(jié)構(gòu),1、2號軸承為可傾瓦軸承,3、4、5、6號軸承為橢圓軸承,軸系示意圖如圖1所示。2020年以來,2號汽輪機1瓦振動持續(xù)上漲;2023年3月,A級檢修期間發(fā)現(xiàn)高中壓轉(zhuǎn)子中壓第二級彎曲0.15 mm,為此,結(jié)合機組運行情況進行了分析。

        圖1 汽輪發(fā)電機組軸系布置圖

        2 振動概況

        投產(chǎn)初期,機組首次揭缸檢查,查汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處軸彎曲0.50 mm。委托主機廠直軸處理,最終將彎軸值控制在0.03 mm。

        2017年7月,機組第一次A級檢修,查汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處軸彎曲0.085 mm,將高中壓轉(zhuǎn)子返主機廠進行處理,扣缸前復測該處軸彎曲0.06 mm。返廠對中壓聯(lián)軸器外圓、端面、過橋汽封處進行車削處理,中低對輪重新鉸孔。修后升降速過程中,高中壓轉(zhuǎn)子過臨界振動比修前明顯下降很多。

        2019年8月,1X、1Y軸振分別為138、95 μm。

        2021年2月,1X軸振出現(xiàn)逐漸緩慢上漲趨勢,振動值上漲至170 μm,1Y軸振在90~100 μm。

        2021年3月,利用停機機會在高壓轉(zhuǎn)子前軸封處加配重488 g,機組啟動后1X、1Y軸振分別為135、75 μm,且振動數(shù)值較為穩(wěn)定。

        2022年2月,1X、1Y軸振分別為160、85 μm。

        2022年3月,在1瓦處單側(cè)加重690 g,1X、1Y軸振分別為92、60 μm。

        2023年1月,1X、1Y軸振分別為110、69 μm。

        1、2瓦振動發(fā)展情況如表1所示。

        表1 1、2瓦振動發(fā)展情況

        2021—2023年,機組歷次啟停機過程中一階臨界轉(zhuǎn)速下1、2瓦振動均偏大且有上漲趨勢,1X振動啟動過臨界時振動由101 μm逐漸升至201 μm,2X振動啟動過臨界時振動由110 μm逐漸爬升至139 μm;1X振動停機過臨界時振動由148 μm逐漸升至199 μm,2X振動停機過臨界時振動由86 μm逐漸升至129 μm。機組部分啟停機過臨界振動情況如表2所示。

        表2 機組部分啟停機過臨界振動情況

        本次解體后發(fā)現(xiàn)問題如下:

        1)高中壓轉(zhuǎn)子彎曲。本次測量轉(zhuǎn)子彎曲最大值0.15 mm,彎曲相位1~7孔,最大彎曲點位于中壓第1級與第2級之間,彎曲值嚴重超標。

        2)推力盤工作面瓢偏0.045 mm,非工作面瓢偏0.05 mm,高中壓轉(zhuǎn)子對輪端面瓢偏0.055 mm,均超設(shè)計值。

        3)中壓1號隔板套右側(cè)4、5、6號螺栓斷裂,5、6號罩母有明顯磨損變形;左側(cè)4號螺栓斷裂,5號螺栓有明顯貫通裂紋;隔板套左側(cè)定位螺栓變形、磨損嚴重。具體如圖2所示。

        圖2 隔板套、螺栓現(xiàn)場圖

        4)中壓1、2級隔板汽封塊損壞,存在汽封齒磨損、斷裂現(xiàn)象,如圖3所示。

        圖3 中壓隔板汽封塊現(xiàn)場圖

        5)中壓通流軸向間隙超標。通流間隙測量中,中壓第1、2、3級軸向間隙不符合標準,共24個值,偏小1.51~3.95 mm。

        6)中壓1號隔板套變形。中壓1號隔板套上半,背弧槽道至隔板套出汽側(cè)加工面距離超標,實測值最大334.92 mm(設(shè)計值330 mm),變形量4.92 mm。

        7)中壓隔板變形量超標。中壓1、2、3級隔板變形量超標,相較上次檢修,中壓1級隔板變形量0.60 mm,2級隔板變形量1.28 mm,3級隔板變形量0.98 mm。

        3 振動原因分析

        由以上振動現(xiàn)象和解體結(jié)果分析可知,該機組振動存在以下特征:

        1)機組啟動后低負荷至高負荷階段1瓦振動變化比較明顯,呈現(xiàn)出振動波動隨機組負荷變化的高度相關(guān)性;

        2)機組運行中同等負荷下1瓦振動總體呈上漲趨勢,2021年3月和2022年3月兩次現(xiàn)場動平衡均有顯著效果,但隨運行時間增長振動仍持續(xù)升高;

        3)歷次啟停機過程中一階臨界轉(zhuǎn)速下1、2瓦振動均有輕微上漲趨勢,且停機過程振動明顯高于冷態(tài)啟動時振動。

        通過分析高中壓轉(zhuǎn)子振動特征和運行中的變化情況,認為該機組高中壓轉(zhuǎn)子存在如下問題:

        1)1瓦振動與負荷有明顯關(guān)聯(lián),一階臨界轉(zhuǎn)速時停機過程振動明顯高于冷態(tài)啟動時振動,可能是由于運行中高中壓轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲。熱彎曲主要由轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻引起,材質(zhì)不均勻是由轉(zhuǎn)子鍛件內(nèi)部存在氣隙、夾雜、鼓泡等因素導致轉(zhuǎn)子徑向纖維組織不均勻,使材料的物理特性存在各向異性。對于高中壓轉(zhuǎn)子來說,在機組升負荷過程中轉(zhuǎn)子溫度升高產(chǎn)生不均勻的軸向或徑向膨脹,引起轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲,導致不平衡量增大,表現(xiàn)為升負荷過程中振動增大,一階臨界轉(zhuǎn)速下停機過程振動明顯高于冷態(tài)啟動時振動。

        2)1瓦振動總體呈上漲趨勢,啟停機過程中一階臨界轉(zhuǎn)速下1、2瓦振動逐次上漲,重點懷疑高中壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生永久彎曲。從運行角度分析,當發(fā)生嚴重碰磨、進水等故障時,在轉(zhuǎn)軸上會殘留較大的內(nèi)應(yīng)力,當內(nèi)應(yīng)力引起的轉(zhuǎn)軸變形量超出材料的屈服極限時會導致轉(zhuǎn)軸發(fā)生永久彎曲;另外,轉(zhuǎn)子殘余應(yīng)力過大,在機組運行過程中逐漸釋放,殘余應(yīng)力的釋放也會使轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲變形。從機組2019年以來歷次啟停機運行情況看,轉(zhuǎn)子彎曲和變形是逐步發(fā)展的,可排除發(fā)生嚴重碰磨、進水等故障的可能性,結(jié)合該轉(zhuǎn)子于2016年7月檢修期間曾因高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處軸彎曲返廠進行車削處理,故判斷可能是因殘余應(yīng)力過大引起永久彎曲[1]。

        4 處理情況

        對高中壓轉(zhuǎn)子進行返廠檢查:

        1)拆卸主油泵轉(zhuǎn)子,按照工藝流程對主油泵轉(zhuǎn)子做檢查、處理和整定實驗;

        2)對轉(zhuǎn)子做外觀目視檢查,準確記錄較大磕碰、拉毛和損傷情況,對兩端軸徑做磁粉探傷檢查,記錄檢查結(jié)果;

        3)按照高中壓轉(zhuǎn)子總圖檢查轉(zhuǎn)子跳動及晃動,檢查各級軸向開檔尺寸,重點對中壓1~3級及對輪進行檢查,記錄檢查結(jié)果;

        4)以最小量車削去除高點,修復轉(zhuǎn)子徑向跳動,修復推力盤及徑向晃動,修后對各處加工部位做PT檢查確認無缺陷,記錄修后跳動檢查數(shù)據(jù)及各修復部位車削量;

        5)轉(zhuǎn)子進行高速動平衡檢查。

        對1號隔板套進行外觀檢查、中分面間隙檢查、變形檢查后進行返修。

        2023年3月28日,機組A修完成后啟動,高中壓轉(zhuǎn)子軸承振動達標,機組并網(wǎng)運行中振動數(shù)值穩(wěn)定,如表3所示。

        表3 機組啟動后振動情況單位:μm

        5 結(jié)論與建議

        1)機組運行中未發(fā)生超速、超溫超壓、嚴重碰磨及進水等異常工況,轉(zhuǎn)子發(fā)生永久彎曲可能為金屬殘余應(yīng)力所致,引起振動隨運行時間的延長而持續(xù)增長和一階臨界轉(zhuǎn)速下振動增大[2]。

        2)轉(zhuǎn)子材質(zhì)組織不均勻?qū)е罗D(zhuǎn)子高負荷時產(chǎn)生一定的熱彎曲,引起振動隨負荷升高而增大,熱態(tài)停機時一階臨界轉(zhuǎn)速下振動明顯高于冷態(tài)啟動時。

        3)轉(zhuǎn)子存在一定的永久彎曲,同時存在一定的熱彎曲,二者疊加導致振動加劇。2016年7月因高中壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處軸彎曲返廠進行處理,而轉(zhuǎn)子殘余應(yīng)力的釋放過程非常緩慢,現(xiàn)場很難確定殘余應(yīng)力是否完全釋放,故處理手段應(yīng)以現(xiàn)場動平衡為主,視振動發(fā)展情況決定是否返廠處理[3]。

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