300 MW汽轮发电机组振动故障分析与处理

2010-09-04刘文华刘志高

湖南电力 2010年1期

刘文华,甘勇,刘志高

(华能岳阳电厂,湖南岳阳 414002)

某厂 4号机组汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司生产的亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽反动式汽轮机,型号为 N300-16.7/537/537-2型。发电机型号 QFSN-300-2,定子绕组水冷、定子铁芯和转子氢冷却,可控硅静态励磁。

高中压汽缸采用合缸结构。1,2号轴承为 4瓦块可倾瓦,位于高中压缸前后的轴承箱内;3号轴承下部是 2个活动瓦块、上部是椭圆瓦,4号轴承为椭圆瓦,3,4号座落在低压排汽缸上;5,6号轴承为椭圆瓦,支撑在发电机端盖上。发电机采用双流程的空、氢侧密封油分离系统。高中压转子一阶临界转速设计值 1689r/min,低压转子一阶临界转速设计值1 597 r/min,发电机一阶临界转速设计值 1 290 r/min。轴系结构见图 1。

1 振动故障特征

图 1 哈汽 300MW机组轴系结构

1.1 突发性非稳定高幅振动

4号机组首次整套启动过程中,2006-05-16T 17∶14首次启动冲转至 600 r/min时,5号轴承 5X,5Y轴相对振动增至 121μm,后因左侧主汽门打不开,打闸停机。20∶08机组重新启动,至 1 960 r/min时,6号轴承 6X,6Y轴相对振动最大增至181μm,20∶30转速升至 2 040 r/min开始高速暖机,6号轴承振动逐步降低。5月 19日机组进行主汽门严密性试验由 3 000 r/min降速至 1 300 r/min时开始出现 5号轴承 5X,5Y轴相对振动上升,在1 300至 760 r/min狭小范围内突然急速上升,转速760 r/min时 5X轴相对振动最大增至 334μm,在760 r/min后开始下降,至 100 r/min时振动仍维持在 150μm左右 (如图 2所示)。

机组 TSI监测系统配置为 Bently 3500型。在 1-6号瓦垂直方向装设了 9200型速度传感器测量轴承瓦振,每个轴瓦的轴颈附近左右 45°安装 2套电涡流传感器测量轴系各转子轴相对振动,在前箱小轴前端安装了电涡流传感器,与小轴上的凹槽配合测量机组转速和振动相位。

图 2 5号轴承波德图

1.2 稳定性偏高振动

5月 20日,机组完成超速试验、汽门严密性试验、锅炉蒸汽严密性试验后,重新挂闸冲转至3 000 r/min,机组各轴承振动平稳,未再出现 5,6号轴承的振动急骤变化现象。机组于 7∶00发电机并网带负荷,12∶30机组负荷至 150 MW,5月 21日 5∶53负荷达 300MW。机组带负荷后,从100MW负荷至 300 MW负荷,6号轴承振动平稳,但 6X,6Y轴相对振动逐步由 87μm增至 98μm,并相当稳定。振动具体情况见表 1。

表 1 4号机组带负荷及 “168”期间机组振动μm/°

2 振动故障分析

2.1 突发性非稳定高幅振动

机组主汽门关闭试验中 5号轴承振动频谱图如图 3所示。图中可见该突发性振幅并无明显的倍频特征,仅在约 10 Hz时急骤增加,并快速上升,随后在再次启动过程中又未再出现。结合首次启动过程中 5号轴相对振动增至121μm,6号轴相对振动增至 181μm的 2次出现振动明显增加的现象,对该振动故障的分析集中在发电机密封瓦的碰磨原因上。

图 3 5号轴振动频谱图

经对该突发性振动的进一步数据分析,在主汽门关闭后,曾伴随有短暂的发电机密封瓦调端空、氢侧差压不平衡的现象。当密封瓦轴向推力不平衡时,密封瓦与瓦套拉触,浮动受阻,从而导致突发性振动。并且该高幅振动在转速下降至 100 r/min时仍保持了超过 0.15 mm的振幅,直至转速为 0。从密封瓦的安装数据分析,轴向间隙为最小0.19 mm,仅比安装要求 0.20～0.23 mm偏小0.01 mm,周向间隙均匀,判断并不是影响密封瓦碰磨的主要因素。在重新启动汽轮机后,经对密封油空、氢侧差压的严密关注,该振动消失且未再出现,判断因密封瓦差压出现的突发性振动并未对密封瓦造成严重影响,发电机漏差率检测也在合格范围内。

该类型密封瓦突发振动在同类型机组中较为多见,多为油质有夹渣造成密封瓦卡涩或密封油空、氢侧压力不平衡造成的密封瓦碰磨等密封瓦方面的原因。但如此高幅的振幅较为少见,反映当时该密封瓦确实出现了较为严重的偏磨或卡涩现象,但在随后的再次启动过程中已恢复正常。

2.2 稳定性偏高振动

机组带负荷后 6号轴振动数据如图 4所示。分析认为,该振动为周期性的突起现象非常明显,工频分量与 3 000 r/min空转时比较基本无变化,仅为 47μm,相位稳定,频谱图中增加大量 2～9倍频的高频分量成分。先行检查 6号瓦电涡流检测装置,其间隙电压均正常。因刚出现了发电机密封瓦的高幅振动,故对该振动的分析当时大多倾向于密封瓦周期性碰磨。但在机组第 1次达到 3 000 r/min时,6号轴振动均为 59.1μm,且随后在带负荷过程中振幅逐步增加,现象稳定,并非密封瓦碰磨表现的突发性非稳定性振动现象。

图 4 6号轴振动频谱图和波形图

在对 6号轴承侧密封瓦解体后,查密封瓦各部件正常,均无明显的碰磨痕迹。对该故障原因的检查排除了密封瓦的原因,随后现场扩大对 6号轴承的检查范围。检查 6号瓦振动探头处曾发现轴颈有明显小块发黑痕迹,清理后检查轴颈椭圆度仅0.01 mm,认为并非轴颈椭圆度的影响。对振动探头位置轴颈检查亦未发现轴颈表面的问题,由此排除转子轴颈异物的影响。并检查油档正常,无异物进入造成碰磨的痕迹。

从图 4轴振动波形看,每个正峰值顶部都凸出了一节 “尾巴”,在正常的振动波形上叠加了 1个不是真实振动的干扰因素。在再次检查中,对该发黑痕迹全部清理后检查距振动探头轴向调端约 15～20 mm处存在 1处钢印字码,且检查该轴颈处并无碰磨痕迹。至此,经分析并确认该钢印字码是造成振动高的真正原因。在第 1次 3 000 r/min时,因转子向发电机端膨胀尚未到位,振动探头未检测到钢字码,因此轴振仍在 59.1μm,且 X,Y方向均保持相同。而当带满负荷后,转子开始热膨胀,发电机转子向励端延伸并到位,振动探头开始检测到钢字码,电涡流对钢字码的凸起发生感应,从而造成虚假的振动数据。