超超临界汽轮机振动诊断分析实例

王刚,王增宏

(浙江国华浙能发电有限公司,浙江 宁海 315612)

超超临界汽轮机振动诊断分析实例

王刚,王增宏

(浙江国华浙能发电有限公司,浙江 宁海 315612)

本文利用汽轮机振动在线监测系统,对某百万千瓦超超临界汽轮机组的振动问题,进行了详细的数据采样分析,给出了故障诊断结果,最后通过解体检修解决了轴承振动大的问题.

振动;超超临界;汽轮机

1 概述

随着我国电力事业的快速发展,汽轮发电机组的转子质量和动量越来越大,汽轮机转子的振动故障日趋复杂.汽轮发电机组作为化石燃料电厂的核心设备,一旦发生剧烈振动,将直接威胁着机组的安全和电网的稳定.浙江某百万千瓦超超临界火力发电机组利用汽轮机在线诊断系统,积极做好历史数据的累积和分析工作,不断加强转子在线振动诊断工作,有效的解决了汽轮机轴瓦振动大的问题.

2 振动的表示

2.1 振幅

振幅表示物体偏离往复或旋转运动中心位置的幅度,振幅越大物体振动越强烈.振动幅值通常用的单位有振动位移、振动速度、振动加速度.

2.2 频率

振动频率是指物体在单位时间内振动的周期数,为周期的倒数.

2.3 相位

振动相位是由键相信号与选频振动信号构成的相对关系,它确定了转子某一瞬间振动情况与旋转初始角度的相对位置.

3 振动数据特征分析

3.1 波特图

波特图也叫作伯德图,波特图是基频振动的幅值和相位随转速变化的趋势图.波特图是最常用的振动工具之一,用来确定汽轮机的临界转速和过临界时的振幅和相位,还可以判断轴系中不平衡质量的位置.一般来说,当转速达到共振频率时,振幅会出现波峰,同时相位也会发生180度左右的变化.如果波特图显示振动峰值大幅跳跃,而相位没有发生变化,则可以排除共振的可能性.在实际应用中,建议保留历次机组的启停机波特图曲线,并加以比较判断,尽早发现汽轮机振动故障,保证机组的安全.

3.2 极坐标图

极坐标图,又称为乃奎斯特图,是将各种转速的一倍频率振动的振幅和相位表示在极坐标中,它实际上是直角坐标波特图在极坐标中的另一种形式.

3.3 三维频谱图

三维频谱图是分别以转速或时间参数变化作为第三维绘制的频谱曲线集合.如果以转速作为第三维时则称为级联图.级联图用来评价机组启停机过程中振动频率特性的变化趋势,如确定转子临界转速及振动幅值、半涡运动、油膜振荡发生和发展过程.如果以时间作为第三维时,则称之为瀑布图.瀑布图是指在定速下,振动频率特性随着时间的变化趋势,可以确定工作转速下振动变化趋势、半涡运动和油膜振荡故障发生的过程.三维频谱图能够帮助对振动故障及其发生的时刻做出准确的判断.

3.4 振动趋势图

它表示振动幅值、相位等参数随着时间变化的趋势.由于振动有可能与机组负荷、发电机转子电流等参数有关,所以振动趋势图有时也扩展为振动随着有功负荷和转子电流等相关参数变化的函数关系.在振动监测和故障诊断时,通过观察振动水平的发展趋势,作为分析判断设备状态的一个重要依据.

3.5 轴心轨迹图

轴心轨迹图是指随着时间的变化,转子轴心与其在没有径向振动时的相对位置轨迹图.轴心轨迹图是通过监测电涡流探头的交流电压合成的,转子每转一圈就能得到一个轴心轨迹图.通过长时间的观察,可以看出轴的中心位置变化趋势,可以了解转轴在轴承中的运动以及轴承承载变化情况,因此可以通过轴心轨迹来进行故障诊断.

4 振动问题描述与数据分析

某百万千瓦超超临界汽轮发电机组采用德国SIEMENS成熟的组合积木块式HMN机型,由1个单流圆筒型H30高压缸,1个双流M30中压缸和2个N30双流低压缸组成.高压通流部分l4级,中压通流部分2X13级,低压通流部分4X6级,共计64级.汽轮机1号轴承是汽轮机高压转子排气端的径向支撑轴承,主要功能是维持高压转子相对于高压缸的中心位置;1号轴承为椭圆轴承,采用双油契结构,润滑油供应充足,能够自动调节与转子中心的偏差,确保转子的平稳运转(图1).

图1 #1轴承结构示意图

该机组自投产之日起,#1瓦多次发生轴振值偏大并波动现象.某年某月,该机组负荷首次达到1000MW,轴振平稳在60μm,基本正常;后来几年#1瓦振动有恶化趋势,前后共生了多次#1瓦振动波动现象,#1瓦最大波动到70~90μm,波动持续10~20min,其中大部分处在低负荷(500~600MW),此后波动现象自行消失.

该厂利用在线振动监测系统,对振动进行采样,并进行数据特征分析,具体见图2.

图2 #1瓦振动数据分析图

通过对系统监测得到的数据进行分析可以知道,#1瓦的振动波形为正弦波,波形相对简单,以一倍频振幅为主,其他谐波的振幅较小,频谱呈枞树形,轴心轨迹椭圆形,相位稳定,基本可以排除油膜震荡、系统扰动、气流激振等原因,同时由于转速不变时,振幅迅速增大,推测应该是#1瓦稳定性差,导致转子与轴承发生轻微碰摩.

5 故障处理

该厂利用机组检修的机会,对汽轮机#1瓦解体后进行了仔细检查,发现#1轴瓦球面接触不良,球面垫铁及支架凹面局部电腐蚀(图3).

图3 #1瓦解体图

原因分析:西门子汽轮机转子为单轴承支撑,#1瓦处于轴系末端,在转子在升速过临界时,短时轴振较大,同时机组长时间运行,最终导致金属表面磨损;轴电流在#1瓦放电产生电腐蚀麻点,同时麻点又增加了球面间的摩擦阻力,导致轴瓦球面接触进一步变差,加上轴瓦自动调节能力变差,轴瓦乌金与轴颈接触受力不均,引起轴瓦乌金局部过热、轴承振动加剧.

处理措施:返厂对轴瓦球面垫铁与轴承支架凹面车削,修研至接触面合格,达到≥75%以上接触的要求;因轴瓦磨损轻微,对轴瓦乌金表面现场修刮.

处理结果:经过处理后,该机组并网带负荷#1瓦轴振基本维持在40~60um之间,轴瓦温度正常,取得了预期效果.

[1]上海汽轮机有限公司. 1000MW超超临界汽轮机技术资料[Z].2006.

TK268.1

A

1671-0711(2017)11(上)-0086-02