高背压改造汽轮机组轴系振动异常事件的诊断及处理

赵 凯

(大唐东北电力试验研究院有限公司,吉林 长春 130012)

0 引言

传统200 MW供热机组的节能减排压力较大[1]。为提高供热能力及节能减排，某厂针对原有的200 MW供热机组进行高背压供热改造：在供热期间使用高背压工况的低压转子，非供热期间使用纯凝工况的低压转子，即使用双转子的方式。

然而，由于两低压转子与中压转子的连接部件结构不同，该厂针对此情况改换原有的中压转子与低压转子的连接垫片。改造前中压转子平衡性较好处于合格范围内，高背压转子出厂经过动平衡试验，试验数据于优秀值范围内，轴系单转子平衡性较好[2]，排除轴系单转子不平衡[3-4]造成振动异常情况。中低对轮联轴器对中数据皆在合理范围内，排除轴系对中异常造成的强迫振动[5-6]，且4 W瓦振处于10 μm左右，综上分析认为测点存在异常。

对此，本文介绍了该机组高背压改造过程中出现振动异常、振动测试、数据分析、故障诊断与处理过程。能够在处理异常的同时降低机组启动次数，减少机组的燃煤量，提高经济效益。

1 双转子改造简介

1.1 汽轮机概况

该机组整个轴系由高压转子、中压转子、低压转子、发电机转子组成。高压转子与中压转子、中压转子与低压转子，低压转子与发电机转子之间均为刚性连接。高中压转子三支撑结构，低压转子、发电机转子两支撑结构，整个轴系共计7个轴承，其中2号轴承为综合推力轴承。其轴系布置如图1所示。

图1 机组轴系结构图

1.2 汽轮机改造介绍

为提高供热能力与经济性，机组进行了高背压的改造与升级，本次高背压供热改造使用双低压转子，保持高中压缸通流不变，原有低压通流由2×5压力级构成改为2×4压力级，同时降低末级叶片长度，改造后技术路线为供热期间使用高背压转子，非供热期间使用纯凝转子，期间均采用原有中压转子。

由于两转子联轴器结构不同，对原有联轴器结构进行改造。原有低压转子联轴器，连接垫片连接处均为平面，如图2(a)所示，为适应高背压工况下的新低压转子，中低压转子联结处改造后结构如图2(b)所示。

图2 中低压转子联轴器改造前后示意图

2 振动异常分析及诊断

2.1 振动异常数据

汽轮机在改造前，盘车状态下，4X轴振处于10～15 μm范围，机组启动及运行过程中，3X、4X、5X轴振动数据均处于合格范围内。

在更换高背压转子后，盘车状态下，4X轴振在30～70 μm范围内周期性摆动，机组启动后，在高中压转子轴段临界转速1 880 r/min时，4X振动达到250 μm，触发报警跳机，调取未改造前机组启动至1 880 r/min过程中4X轴振趋势图，对比发现，改造后4X轴振值较改造前有明显的升高，改造前后启动过程中4X轴振趋势对比如图3所示，改造后启动至1 880 r/min时4号轴承及相邻轴承振动数据如下表1所示。

图3 4X轴振改造前后启动至1 880 r/min 4X轴振对比图

表1 汽轮机1 880 r/min相关测点振动数据(峰-峰值μm)

2.2 异常诊断

检查发现4号轴承X方向轴振动测点安装存在偏差，如图4所示，位移传感器安装在轴边缘，无法进行准确的测量，且轴边缘表面粗糙，存在溃缩凹点，导致在盘车状态下，传感器探测凹点位置也表现出周期性[7-8]，对应了盘车状态下4X轴振在30～70 μm范围内周期性摆动的异常现象[9]。

在调整传感器安装位置后，如图5所示，机组再次启动盘车，4X轴振恢复至10～15 μm范围，与使用纯凝转子时的晃摆幅值相接近。

图5 4X轴振测点传感器位置更正示意图

3 振动异常处理

在校整4号轴承X方向振动传感器位置后，机组再次启动，在机组过高中压轴段临界转速及定速3 000 r/min过程中，4X轴振动依然较高，4X轴振动最高达到200 μm，定速3 000 r/min后，4X轴振动基本处于160 μm左右，表明激振力依然较高[10]，4X轴振伯德图如图6所示，4Y轴振伯德图如图7所示，4W轴振伯德图如图8所示。

图6 机组启动4X振动伯德图

图7 机组启动4Y振动伯德图

图8 机组启动4W振动伯德图

在中压转子过临界以及定速过程中，4X振动较大，振动以基频振动为主，呈现普通强迫振动的振动特征[11]，分析认为是由于新更换连接垫片存在质量不平衡所致，遂决定现场在联轴器位置进行高速动平衡，加重500 g，加重前后3X、4X、4W轴振数据如表2所示，汽轮机进行平衡后，机组定速3 000 r/min时，4X通频振动值由161 μm降至113 μm，通频振动值降低47 μm，成功将振动值降至125 μm报警值以下，保障机组安全平稳运行。

表2 机组转速3 000 r/min动平衡前后振动数据

4 结论

由于双转子改造联轴器结构时，可能会出现因联轴器中间垫片的质量偏差而影响轴系平衡性的现象。另一方面，一旦轴位移传感器安装位置出现偏差时，将无法获取准确的振动数据。对此，本文进行振动异常的分析诊断与处理工作，通过一次加重改善振动状况，以解决临近轴承振动异常问题，同时避免二次加重导致机组的启动成本增加。减少燃煤用量，提高经济效益。

本文所述方法能够在处理异常的同时降低机组启动次数，减少机组的燃煤量，提高经济效益。按照200 MW机组的单次启动条件主蒸汽压力1.5～2.0 MPa，主蒸汽温度260～280 ℃估算，平均节约标准燃煤量80 t，节约锅炉燃油2 t，节约成本8万元。