某330 MW机组碰摩振动诊断及处理

2018-11-02吴锡洲黄琪于光辉

东方汽轮机 2018年3期

吴锡洲，黄琪，于光辉

(东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000)

0 前言

动静碰摩是汽轮机发电机组的常见故障[1]，可能发生在从机组调试完成首次整套启动至汽轮发电机组寿命周期内的各个运行工况[2]，绝大部分是由于动静间隙小或者运行中动静间隙发生变化引起的。几乎所有机组在启动及运行中都存在动静碰摩现象，只是程度轻重而已，较轻碰摩不容易引起关注，但是严重碰摩容易导致转子弯曲，根据国内汽轮机弯轴事故统计表明：86%是由于转轴动静碰摩引起的[3]。因此准确判断碰摩故障、发生位置及制定合理处理措施非常重要。

近年来，由于节能减排的压力，大量机组检修过程中，将动静间隙调整至中下限，甚至比下限还小，这种做法极易带来启机过程中振动大，启动困难的现象[4～6]。

本文结合某电厂330 MW机组大修后发生的振动故障，分析了碰摩发生时的振动特点，介绍了诊断过程，并结合现场实际情况进行了处理。

该机组轴系由高中压、低压、发电机转子刚性连接组成，1#、2#支持瓦为可倾瓦，其余各支撑瓦均为椭圆瓦，轴系结构见图1。

图1 轴系示意图

1 振动过程分析、诊断及特点

1.1 振动过程描述

该机组于6月29日完成大修工作，16∶22开始第一次冲转，17∶36∶52定速 1 100 r/min暖机，刚定速时，除4x轴振为70 μm外，轴系其余轴振均在50 μm以内，定速2.5 min后，4x轴振迅速上涨至170 μm，如图2所示，由于涨幅快，打闸停机。

图2 第一次升速过程4x振动趋势图

振动爬升主要以工频为主，倍频成份较小，随工频变化同步变化，轴心轨迹存在反相进动，时域波形存在一定削波和畸变现象，如图3所示。

图3 1 100 r/min暖机时4#轴颈轴心轨迹及时域波形图

图4为打闸后惰走过程3y、4y的波特图，从图中可以看出，低压转子在惰走过程中，振动继续爬升，其中3y振动在700 r/min以后，振动达到了 300 μm （满量程），至29 r/min仍未下降，振动均以工频为主，且连续盘车1 h后，晃度值才逐渐恢复到冲转前的数值，表明低压转子产生了严重的热弯曲现象。

图4 打闸后惰走过程3y、4y的波特图

1.2 振动特点

从以上分析可以看出，该碰摩故障存在以下特点：

（1）定速后，振动迅速爬升，且爬升的主要分量为工频，相位也在同步变化，倍频成份较小，随工频变化同步变化，轴心轨迹存在反相进动，时域波形存在一定的削波和畸变现象；

（2）打闸惰走过程振动仍然发生爬升，振动仍然以工频为主；

（3）低速下晃度大，且需要较长的时间盘车才能恢复到冲转前的数值。

1.3 振动原因分析

对低压缸进汽参数、轴封参数及疏水进行检查均未发现异常，分析振动的变化趋势，故障发生过程中的振动信号特征，表明此次升速过程中振动出现了严重碰摩现象，结合惰走过程3y低速下的晃度情况，表明碰摩点发生在3瓦附近。

对检修安装数据进行查阅，此次大修中对3#、4#轴承箱改造了空气油档及低压两端汽封，采用了两圈接触式汽封。根据某油档供应单位的要求，油档与转子周向径向间隙均为10丝，在升速过程中，受椭圆支撑轴承特性的影响，转子会偏心一侧，图5为处理后正常升速过程中3#轴颈轴心位置图，从图中可以看出，从冲转到定速过程，转子往左、往上分别浮动了22丝、17丝，因此检修时油档与转子径向间隙小（10丝）及低压端汽封采用接触式汽封是发生碰摩的主要原因，均匀的径向间隙是碰摩发生的次要原因。

图5 无异常振动时升速过程3#轴颈轴心位置图

2 振动处理

2.1 升速过程振动处理

考虑到重新调整动静间隙需要的工期长，现场采用摩合手段，对动静间隙进行处理。

2.1.1 第二次冲转过程

机组进行了4 h连续盘车后，在22∶00进行第二次冲转，为避开叶片共振频率，采取在500 r/min、650 r/min、980 r/min转速下分别停留10～20 min，观察振动的变化趋势再升速的方法，升转速至1 215 r/min进行中速暖机，23∶21，转速至1 954 r/min，在此过程中，发电机转子、高中压转子、低压转子分别顺利通过临界转速，进行高速暖机，暖机至 6月30日0∶31时， 3x、4x分别由71 μm、30 μm 爬升至 167 μm、 166 μm，观察趋势，仍有上升且涨幅逐步增大，降速至1 192 r/min，振动分别降至124 μm、60 μm，在此阶段停留至01∶10，3x振动继续爬升至188 μm，机组打闸，在打闸过程中，3x振动最大爬升至207 μm，2∶20转速至0 r/min，投入盘车，整个冲转至停机过程见图6。

图6 第二次冲转过程轴振3x、4x、转速随时间趋势图

从图5可以看出，经过第二次冲转过程摩合后，至低转速时，轴振3x、4x工频幅值已低于50 μm，表明较第一次冲转，动静间隙已经摩大，碰摩现象得到缓解，因此决定盘车一段时间后继续进行冲转摩合。

2.1.2 第三次冲转过程

3∶41，机组开始第三次冲转，机组顺利通过各临界转速，于4∶04达到额定转速3 000 r/min，机组进入额定转速暖机，暖机过程中3x、4x振幅分别由定速时的115 μm、104 μm下降然后爬升，至并网时，振动分别为 47 μm、96 μm，如图 7 所示。

定速3 000 r/min后至7∶40并网前，振动逐步回落至最低点后缓慢爬升，表明低压模块动静部分仍存在碰摩现象。

图7 第三次冲转过程中，轴振3x、4x、转速随时间趋势图

2.2 带负荷过程中振动控制

7∶41，机组开始带负荷暖机，期间轴系各瓦轴振均出现周期性波动，如图8所示，波动周期约2 h，波动峰值随着暖机时间增长逐渐减小，表明碰摩现象在逐步得到改善。

图8 带负荷暖机过程3x、4x振动趋势图

6月30日22∶38，机组完成相关试验后，并网升负荷，至7月1日7∶22带230 MW负荷运行，从振动变化趋势图（见图9）来看，低压轴振3x、4x仍然存在时间周期为2 h左右的波动，但是振动的整体趋势逐步增大，考虑到该机组为直接空冷机组，昼夜温差大，真空波动较大，限制机组负荷230 MW进行低压模块动静摩合。