超临界机组小汽轮机振动分析与处理

闫 旭

(国家能源集团铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244153)

0 引言

汽动给水泵组汽轮机(小汽轮机)作为现代大容量燃煤电厂的重要辅机,其运行的可靠性对机组的安全稳定运行影响较大。汽动给水泵组跳闸,一方面会造成机组降低出力运行从而影响机组发电,另一方面,严重时会造成机组跳闸,给电力系统的安全带来不利影响。而小汽轮机振动大是造成汽动给水泵组跳闸的最主要的原因之一,因此,必须从管理上、技术上引起足够的重视。

某电厂一期工程1,2号机组汽轮机是上海汽轮机厂制造的630 MW超临界压力纯凝汽式汽轮机,每台机组配备2台50 %容量的汽动给水泵组和1台30 %容量的电动给水泵组。小汽轮机为上海汽轮机厂生产的单缸、单轴、冲动式、下排汽纯凝汽式汽轮机,其连续运行调速范围为2800～6000 r/min,一阶临界转速为2145 r/min,二阶临界转速为9324 r/min。

引起小汽轮机振动异常增大的原因有多种,主要包括：测振元件故障、滑销系统卡涩、汽流激振、轴封温度过低、动静摩擦、轴承磨损、轴承座松动、汽动给水泵组转子中心不正、转子热弯曲、联轴器松动、轴承油温过低、轴承供油不足、油膜振荡和转子质量不平衡等。公司统计数据显示,转动机械的80 %以上的振动故障是由转子质量不平衡、转子中心不正和动静摩擦这三类原因引起的。

1 小汽轮机振动情况

某电厂2号机组小汽轮机前后轴承分别为1瓦(前轴承)和2瓦(后轴承),均配有x和y方向的轴振探头,轴振报警值设定为80 μm,跳闸值设定为125 μm。

2017-07-26,2B小机转速4500～4700 r/min之间,前轴承振动突发性异常增大,严重威胁机组的安全运行。为此,电厂技术人员采用EVM-8动态数据采集分析系统对2B给水泵组振动故障数据进行采集、诊断。

7月27日,2号机组负荷基本稳定在450 MW,2B小机转速在4500～4700 r/min之间波动,小机前轴承x向轴振波动明显,由60 μm左右上升到100 μm。机组升负荷后,2B小机转速超出4700 r/min,小机前轴承x向轴振由100 μm快速降到50 μm左右,继续升负荷,振动维持在50 μm附近。当2号机组负荷下降,小汽轮机转速回落至4700 r/min以下时,2B小机前轴承x向轴振又由65 μm升至最高101 μm。

7月28日凌晨,2号机组降负荷过程中,2B小机转速在4500～4700 r/min之间时,小机前轴承振动突变现象再次发生,而7月28日上午升负荷时,2B小机转速在4500～4700 r/min之间时,振动稳定,并未出现振动突变现象。

对于2B小机后轴承,发现其振动与转速直接相关,在高负荷运行期间,2B小机后轴承振动较大,最高可达100 μm。在转速升降过程中同一转速下,振动重复性较好。

2 振动原因分析

(1) 汽流激振。2号机组在2017年多次启停,小汽轮机也曾经过多次启停,每次启动汽源不同（四抽或者辅汽）,每次启动参数均有一定差异,但小汽轮机前后轴承振动数值差异不大,因此,小汽轮机振动增大与小汽轮机的启动参数选择无关；又因小汽轮机振动突变只在特定转速区间内发生,且具有一定偶然性,故可排除汽流激振。

(2) 膨胀受阻。现场检查小汽轮机外壳与基础之间未发现任何异常,滑销系统良好,说明小汽轮机振动突变并非因膨胀受阻引起。

(3) 台板与预埋地脚螺栓间隙。现场检查小汽轮机基础台板与预埋的地脚螺栓间隙,发现热态下,地脚螺栓螺杆与基础台板预留膨胀间隙为2 mm,符合小汽轮机厂家设计要求；检查轴承座和联轴器,均无松动现象,可排除上述原因。

(4) 轴封与轴承润滑油参数。查阅2B小机振动突增前后的历史数据,发现轴封压力和温度均在规定值,润滑油压力、流量和油温也均在规定值范围内,未发生任何异常变化。因此,可排除轴封温度过低、轴承油温过低或轴承供油不足等原因。

(5) 油膜振荡。油膜振荡的一个重要特征是只有当小汽轮机转速大于一阶临界转速的2倍时才会发生,同时振动发生时振幅突然骤增,振动非常剧烈甚至有可能造成轴瓦的损坏。查阅2B小机历史振动数据后发现,在转速4250 r/min (约为一阶临界转速的2倍)附近,前后轴承振动幅值平稳,变化不大,故可排除油膜振荡的原因。

(6) 动静碰摩或振动探头故障。从2B小机前轴承采集的数据来看,振动保持稳定期间,振动幅值稳定在50 μm。振动变化主要出现4500～4700 r/min且转速快速变化的阶段。当转速变化较缓慢时,未发生振动突变。分析发现,振动主要以1倍频为主,变化过程也是以1倍频变化为主,表明转子可能存在动静碰摩等问题,初步判断可能是1号轴承存在碰摩故障；同时由于1x向振动变化时,1y向振动基本不变,故不能排除存在信号异常的可能性。综上所述,1x向振动可能原因有两个：一是碰摩故障,可能是轴封、阻汽片或油挡处发生了摩擦；二是1x向振动探头共振,该振动在4500～4700 r/min转速区域有时出现,可能与支架的松动程度有关。

当振动探头松动或者传输线故障时,也会导致振动异常增大。该类振动的显著特征是小汽轮机打闸后振动幅值会保持不变。查阅2B小机历史打闸数据发现,打闸保护动作后2B小机前后轴承的振动幅值显著下降。同时,联系热控专业人员检查振动探头、传输线、卡件等,均未发现异常。因此,可以排除1x向振动探头共振,最终确认1x向振动的原因为碰摩故障,碰磨的原因有可能是轴封、阻汽片或油挡处发生了瞬间摩擦。

(7) 转子质量不平衡。转子质量不平衡引起的振动主要有稳定型质量不平衡、突发型质量不平衡、渐变型质量不平衡及随机型质量不平衡等类型。2B小机后轴承高负荷时振动大,从采集的数据来看,振动与转速直接相关,且重复性较好,转速越高,振动越大。振动现象基本符合稳定型质量不平衡引起的震动故障特征。频率成分主要以1倍频为主,且振动稳定。由于机组在一阶临界转速附近振动不大,说明转子的振动主要是由二阶质量不平衡所致,因此判断为二阶质量不平衡故障。

3 故障处理

(1) 碰摩故障处理。2B小机前轴承振动故障,初步分析认为是碰摩故障。因此,在2号机组正常运行中加强运行调整,尽量避免小汽轮机转速4500～4700 r/min区间快速变化。2017-08-31,2号机组停机A修,期间对2B小机进行彻底检查,主要检查1号轴承轴封间隙、轴瓦、油挡等装置。检查发现,小汽轮机缸内汽封处部分碰磨、1号轴承油挡处明显碰磨,这也证明了之前的判断。在A修中对2B小机进行了以下处理：对2B小机轴封间隙按标准值调整,对小机轴瓦垫块进行研磨,以保证良好的接触面积,小机轴瓦间隙均按标准值下限进行调整。

(2) 质量不平衡故障处理。2B小机后轴承振动故障,初步分析认为是二阶质量不平衡所致。由于加重位置受限,现场动平衡效果无法保障。本次A修期间2B小机转子返厂进行了高速动平衡处理,在2B小机转子1瓦侧110°位置和2瓦侧290°位置的配重孔上,各加装了120 g的平衡块。

11月13日,2号机组A修结束,对2B小机进行6300 r/min超速试验,小机1x和1y轴振均在20 μm左右,2x和2y轴振均在50 μm左右。我国现行的汽轮机轴振标准规定：汽轮机转速在3000 r/min及以上时,轴振在25 μm以下为良好,50 μm以下为合格。因此判定,2B小机检修后轴振达到了合格标准。在随后的几个月中,2号机组多次满负荷,2B小机在不同负荷段、不同转速区间振动均正常。

4 结束语

引起小汽轮机振动的原因比较复杂,在分析监测数据的同时,还应结合现场设备的运行、检修情况,同时应重视设备基础安装、检修数据的收集、整理和汇总,从小汽轮机组振动数据的变化分析机组运行状况,进而对设备异常及故障进行诊断,才能达到事半功倍的效果。