韶關發電廠#10機軸承振動原因分析及處理

tags:    時間:2014-03-11 14:07:54
韶關發電廠#10機軸承振動原因分析及處理簡介
    韶關發電廠#10機在今年3月18日分別發生兩次滿負荷運行時由於#1瓦軸振保護動作跳機的故障。通過對跳機時的異常振動和DCS記錄曲線進行分析、軸承解體檢查……
韶關發電廠#10機軸承振動原因分析及處理正文
    韶關發電廠#10機在今年3月18日分別發生兩次滿負荷運行時由於#1瓦軸振保護動作跳機的故障。通過對跳機時的異常振動和DCS記錄曲線進行分析、軸承解體檢查,查找並確定振動跳機的原因,制定處理方案。處理后啟機,在升速過程、升負荷及滿負荷單閥、順序閥運行各種工況下,機組振動均正常,瓦溫正常,但在做第二組高壓汽門活動試驗時,發現#1瓦軸振快速增大。經分析確定為軸系失穩,留待適當機會進行處理。
關鍵詞:軸承振動原因分析處理
1 根據DCS記錄對振動原因的初步分析
#10機組為東方汽輪機廠生產的300MW高中壓合缸機組,#1~#4軸承均採用橢圓軸承。2001年3月投運以來,運行基本穩定。2002年12月~2003年1月,進行第一次檢查性大修。近期發現在做第二組高壓汽門活動試驗時,#1瓦軸振有瞬間增大的現象。廠里正欲利用今年3月份小修進行詳細測試檢查時,機組發生了振動跳機。
DCS記錄顯示,3月18日上午10:39:05,機組負荷294.93MW,順序閥進汽,#1軸振X向突增到260微米,Y向增大到238微米,軸振保護動作跳機。
跳機時#2瓦軸振2Y約145微米,2X約45微米,#3、#4瓦軸振同時略有增大;跳機時#2瓦瓦振顯著增加,由正常的8微米突增到92微米,#1瓦增加的幅度小,由正常的8微米增到35微米,其餘各瓦振有增加,幅度不大。
記錄曲線顯示,在#1瓦軸振保護動作前的27s,即10:38:38,瓦振、軸振開始出現爬升,持續19s后,振動開始突增,8s后,軸振保護動作跳機。
運行人員反映當時運行上沒有任何操作,DCS記錄表明,跳機前膨脹、差脹正常,#1~#4瓦溫分別為72、84、66、58℃,潤滑油溫39℃,油壓在此之前呈現緩慢增加趨勢。
第二次跳機發生在同日下午16:17:59,進汽方式已改變為單閥,負荷293MW。跳機時1X、1Y分別為332微米和310微米,比第一次跳機時大,其餘各軸振略有增加;#1、#2瓦瓦振分別為54和79微米。
振動增大開始於16:17:39,15s后#1瓦軸振開始急劇增加,5s后軸振保護動作跳機。
與第一次跳機情況類似,運行上沒有任何操作,高壓缸膨脹、差脹正常,#1~#4瓦溫分別為70、83、69、60℃,潤滑油溫41.6℃。
DCS曲線表明,兩次跳機前主蒸汽溫度、壓力十分穩定,但再熱汽壓有微量增加的趨勢。
由於缺少跳機時#1、2瓦振、軸振的頻譜記錄和間隙電壓數據,尚無法對當時異常振動的性質給出準確定論,但從兩次跳機前振動發展的速率看,高中壓轉子的這種振動應該是軸系失穩。
這裡,首先可以排除TSI監測系統故障,因為振動異常同時出現在幾乎所有的振動測點,各測點最大振動量值不同,而且上下午分別發生兩次,3300系統如果存在故障只可能一塊板卡的兩個通道同時發生問題,不可能出現18日這樣的情況。這也就是說,當時#10機組的跳機確實是振動過大造成的。
一般情況,運行機組振動出現突發性增大有三個可能的原因,轉動部件飛脫、軸系失穩、動靜碰磨。
如果發生葉片、圍帶等轉動部件飛脫,振動會階躍增加到一個固定值,其後不會恢復。#10機的問題顯然不在於此,因為如是這樣,第二次啟機剛到3000rpm就會出現振動異常。
機組正常運行中發生動靜碰磨也會引起振動增大,多數情況振動緩慢增大,少數情況振動急劇增大,這時通常伴隨有運行操作或膨脹、差脹的異常;調門開度的變化也會造成軸頸和轉子位置變化,進而引起碰磨。
第三種引起突發性振動的原因是軸系失穩,有兩種失穩形式,一種是油膜振蕩,另一種是汽流激振。
汽流激振的主要特徵:一是振動的增大受運行參數的影響明顯,如負荷,振幅的增大呈突發性;二是應該出現較大量值的低頻分量,頻率為轉子的第一階固有頻率;油膜振蕩可以發生在變轉速情況下,也可以發生在定速運行時。
區別碰磨和失穩的關鍵判據是大振動的頻率成分,但#10機組缺少這樣的數據。
對振動原因可以排除轉子熱彎曲和中心孔進油。
結合上述DCS記錄,同時考慮到:
(1)當時運行沒有任何操作,外界沒有撓動;
(2)機組跳機后隨轉速下降時#1瓦軸振迅速減小;
(3)過去該機組沒有發生過動靜碰磨;
(4)大振動發生在高壓轉子;
(5)#1、#2瓦為橢圓瓦;
初步判斷#1、#2瓦的大振動是高中壓轉子出現了失穩。至於這種失穩是汽流激振,還是油膜振蕩,或是兩種的混合形式,尚無法定論。如果運行上確實沒有調整高調門開度,可以排除汽流激振,則是單純的油膜振蕩型的軸系失穩。
2 對軸瓦解體檢查的分析意見
3月27日停盤車和油泵,首先檢查了#1、2瓦,各測量數據如下:

#1軸承04年3月28日測量值
為保證測量準確,將#1、#2瓦下瓦均翻出與上瓦拼合測量垂直和水平間隙,所得值與壓鉛絲和塞尺測得的頂隙、側隙吻合。上述數據中,#2瓦頂隙偏大,左側隙偏小,其餘數據基本正常。
各瓦烏金瓦面磨損狀況:
#1瓦上瓦:完全無磨痕;
下瓦:在垂直正下方瓦面有較輕微磨損,張角約45°;
#2瓦上瓦:完全無磨痕;
下瓦:有較嚴重磨損,垂直下方的大量烏金順轉向向左方轉移,在軸瓦的左側間隙中堆積,堆積層最厚處約0.30mm,由於軸頸的旋轉,形成了與軸頸嚴格吻合的圓筒型連續烏金瓦面。這個新形成的瓦面寬度約為#2瓦整個烏金面寬度的2/3強,它完全改變了原有的橢圓型瓦面型線。
按穩定性的優劣,各種類型軸承的排列順序為:
●可傾瓦●多油葉瓦●橢圓瓦●三油楔瓦●圓筒瓦
圓筒瓦的穩定性為最劣,橢圓瓦的穩定性較好,但比可傾瓦差。
從#2瓦下瓦烏金的磨損遷移狀況看,#2瓦已經由原來的橢圓瓦變成了圓筒瓦,使得穩定性降低。聯繫到#10機組運行情況,之所以發生這種變化有兩個可能的原因:一是因為#2瓦軸封漏氣嚴重,使得#2瓦標高受溫度影響上抬,負荷過重造成瓦面磨損;二是因為油中帶水,油粘度降低,潤滑性能變差,油膜減薄,造成瓦面磨損。運行中#2瓦瓦溫最高,說明這個瓦相對鄰瓦負荷重。瓦面烏金的變化有個時間效應,因而,#10機組剛投運時穩定性沒有問題,只是在運行到今天才出現。同時,失穩的發生也是有一個從量變到質變的過程,瓦面的形狀逐漸變化到一定的臨界程度,才會發生明顯故障。在這之前做汽門活動試驗時出現的大振動實際上已經是本次故障的前兆。
發生失穩時整個軸段做低頻渦動,支撐這個軸段的兩個軸承都會有所表現,時間上是同時出現大振動,難於以此判斷是那個軸承的問題。#10機組雖然保護動作是#1軸振,但同時#2瓦振也增大,起因在#2瓦是完全可能的。
上述分析僅是建立在DCS記錄和軸瓦檢查結果上,由於缺少詳細的振動測試數據,所得結論尚有待於啟機后再核實。
廣義上考慮,當然還不能完全排除碰磨和汽流激振的可能。既便是碰磨,當前也還缺少揭高缸的足夠理由;如果是汽流激振,目前最可行的處理方法也是提高軸承的穩定性以抑制汽流激振力。因此,將提高#1、#2瓦的穩定性作為本次處理的方嚮應該是正確的。
3 處理方案
根據上述分析,本次處理的方向是針對提高高中壓轉子的穩定性,結合軸瓦檢查結果,決定採取下列措施:
(1)修刮#2瓦下瓦,上瓦中分面磨削,要求處理后的頂隙、側隙在標準值之內;
(2)上抬#1瓦0.05~0.08mm,單側墊塊下加墊0.03~0.05mm;此項的目的是增大#1瓦比壓,提高穩定性,同時可以降低#2瓦負荷;
(3)#2瓦標高不做調整;中低壓對輪不解;
(4)#3瓦側隙偏小不做處理。
4 處理方案的實施
各瓦處理情況如下:
(1)#1瓦瓦枕下方實際加墊0.05mm,左側加墊0.03mm;下瓦面輕微修刮;最終測量結果:


#1軸承處理后04年3月31日測量值(mm)
#3瓦下瓦瓦面有正常磨損,僅做了一般修刮。側隙小於標準值,考慮到本次大振動發生在高中壓轉子,故未做處理。最終回裝結果:


#3軸承處理后04年4月1日測量值
5 處理后的振動測試和分析
(1)升速過程振動
#10機組經上述處理後於4月4日19:35沖轉,1250rpm和2000rpm兩次暖機,23:30到3000rpm。在升速過程、過臨界、到定速,各軸承瓦振、軸振正常。
(2)定速及帶負荷振動
3000rpm及升負荷各測點振動如下表。
4月7日10:42202MW,開始汽門活動試驗,11:30,試驗完成,升負荷
各種工況下汽機各瓦瓦溫如下:(單位:℃)
(3)閥切換的振動情況
4月6日11:09,280MW,開始單閥切順序閥,11:20,切換完成,升負荷。切換過程1X的振動變化如下圖。在切換過程中,1X振動基本沒有變化;1Y有波動,但最終呈下降趨勢。
單閥切順序閥過程1X、1Y振動
(4)汽門活動試驗的振動情況
4月6日11:00,進行了汽門活動試驗,首先做第一組,關閉#2、#3高調門,開啟#1、#4高調門,各測點振動正常。然後進行第二組試驗,關閉#1、#4高調門,開啟#2、#3高調門,開啟過程,1X、1Y振動突增,試驗兩次,均中途中止,為避免發生跳機,決定不再進行。
各測點振動正常。將單閥切換為順序閥,切換過程1X的振動變化如下圖。
記錄數據表明如下特徵:
(1)隨#2、#3調門從25開啟(#1、#4調門同時關小),#1瓦兩個方向軸振上升,增大的成分是一倍頻;
(2)#2、#3調門開啟到約40,#1瓦兩個方向軸振突增,增大的成分是半頻25Hz;
(3)立即關小#2、#3調門,開大#1、#4調門,#1瓦軸振迅速減小;
(4)上述#1瓦軸振增大和突增過程,#1瓦兩個軸振探頭的間隙電壓發生規律性變化,#1軸頸向左方偏下移動。
第二組第一次試驗1X振動變化
第二組第二次試驗1X振動變化
第二組第二次試驗1X瀑布圖
第二組第二次試驗1X頻譜
這些特徵表明,進行第二組試驗時,#2、#3調門進汽而#1、#4調門不進汽,汽流作用使得#1軸頸發生位移,移向#1軸承油膜不穩定區域,激發起油膜半速渦動,造成突發性振動。
6 進一步的處理意見和建議
本次對#10機組的振動處理,解決了滿負荷順序閥運行#1軸振突發性振動的故障,其間對軸承的處理方向和實施措施是正確的。但由於當時缺少跳機時和早先做汽門活動試驗的詳細振動數據,故本次對#1瓦的處理力度略顯不足。
在缺陷未處理之前,為了保證機組的安全運行,防止出現油膜半速渦動,造成突發性振動,採取以下預防措施:
(1)冷油器出口油溫控制在41~42℃,過低易於發生油膜失穩,過高#6瓦回油溫度超標;
(2)暫時不安排進行第二組調門活動試驗(關閉#1、#4高調門,開啟#2、#3高調門);
(3)加強#1瓦軸振監測;
(4)盡量保持穩定負荷運行,避免出現大負荷波動。
對於該機組進一步處理,有下列方案:
(1)#1軸承頂隙減小到0.44~0.45mm,磨#1瓦上瓦中分面,嚴格控制前後瓦口頂隙均為上述值;
(2)可在#1軸承下瓦右側進油口處的烏金瓦面開出進油囊,以降低頂隙減小后的#1瓦瓦溫,但油囊不得開深,注意避免將#1軸承修刮成負錯位橢圓軸承。
(3)#1軸承標高上抬0.08mm;
(4)#2軸承是否需要同時處理,需根據下次處理時翻#2瓦下瓦檢查再定;
(5)上述處理可利用#10機組適當機會儘早安排實施。
下次大修時,可考慮將#1、2軸承改為可傾瓦軸承。檢查高壓缸通流間隙和軸封間隙,檢查中低對輪張口等與高中壓轉子穩定性有關的參數。
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