某公司1000MW机组低压缸轴向振动大原因

引言

汽轮机的异常振动是常见事故之一,大量事故表明,汽轮发电机组的大部分事故,尤其是比较严重的设备损坏事故,都在一定程度上表现出某种异常或剧烈的振动,但值班员往往没有给予足够的重视,致使事故无限放大。当汽轮机组发生异常振动时,一定要全面分析个中原委,消弭事故于萌芽阶段,因此对机组轴承振动的分析技改十分必要。

1机组概况

本厂采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司和东芝联合设计制造的超超临界参数、一次中间再热、凝汽式、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽式汽轮机。如图1所示,汽轮机本体通流部分由四部分组成:1个单流高压缸、1个双流中压缸和2个双流低压缸(A/B)。4个缸均为双层缸(内缸和外缸),水平中分面结构。汽轮机主轴分为4段,以刚性联轴器一一相连,形成整体的通流转子。

汽轮发电机组共有10个支持轴承和一个推力轴承。其中#1~#4轴承均为双向可倾式自位轴承,其他除推力轴承外均为椭圆轴承。推力轴承为金丝巴里型,由上下两半组成,工作面和非工作面各有八个推力瓦块,瓦块表面是巴氏合金。汽轮机轴系由高压转子、中压转子、低压转子A、低压转子B及发电机转子组成,各转子之间均采用刚性靠背轮连接,转子均采用双轴承支撑结构。

本机组有两个双流低压缸,结构相同。为减少温度梯度设计成双层缸,减少了整个缸的绝对膨胀量。每个低压汽缸由外缸、1号内缸和2号内缸组成,低压外缸和两个低压内缸全部由钢板焊接而成。低压外缸的上、下半各由三部分组成:低压调端部分、低压电端部分和中部。各部分之间通过垂直法兰面由螺栓做永久性连接而形成一个整体,可以整体起吊。内缸由4个支撑垫块支撑固定,防止内缸沿轴向和横向移动。

2汽轮机低压缸轴向振动大原因分析

2.1低压缸刚性不足

哈汽公司与东芝公司分别对低压外缸的变形量进行了有限元分析,根据有限元分析结果可知,低压外缸在高真空状态下会发生整体变形,此变形量发生在汽缸中部。

#1机组检修期间,对汽轮机本体进行解体检查,发现汽缸中分面法兰及撑脚处均在中间部位向缸内变形0.24~0.279mm,内缸支撑平台向下变形引起内缸下降0.297mm左右,低压外缸整体变形量比较大。

通过分析,低压外缸变形量大的部位与理论研究的薄弱点相一致,分别为低压外缸重量的主要支撑点、低压外缸真空吸力的主要受力点、低压外缸轴承载荷的承受点。这些位置由于承受的载荷较其他位置大得多,设计上若无特殊结构进行补强,变形量将远大于其他位置,从而影响低压外缸的刚度。

2.2真空变化

稳定负荷下,通过调整#1机真空泵出力改变凝汽器真空,并记录各种真空状态下低压缸轴向振动值。表1所示为750Mw负荷下巡检就地实测低压缸轴向振动最大值,测振仪选取档位为振幅μm,测振点为低压缸缸体凸尖处。

如图2所示,低压缸轴向振动值随真空变化而变化,并可发现以下规律:

(1)真空过高时各轴向振动值上升,可能是过高的真空引起汽轮机低压缸部分形变,进而造成汽缸的径向变化,导致机组振动增大:

(2)真空变差后各轴向振动值上升,应为汽轮机真空度降低,使凝汽器中凝结水温上升,可能造成汽轮机低压缸轴承部分膨胀,将大轴抬起,汽轮机大轴失去对中性,造成机组振动。

#1机组在真空过好或过差时都会对低压缸振动造成恶劣影响,虽然究其原因与低压缸刚性差、形变量大有关,但真空变化与低压缸振动还是有一定联系的,因此选择一个合适的真空与控制低压缸的振动值息息相关。

3针对低压缸振动大的解决措施

3.1采用适当增加辅助支撑的方法对低压缸进行加固

经过多次分析,在#1机组大修期间对该低压外缸上半进行了适当改进,低压外缸端部上半外表面增加若干加强筋,呈扇形分布,低压外缸端部上半内壁增加撑管和撑板,低压外缸端部下半增加两个撑管。最终加固方案三维模型如图3所示,图中黑色部分即为加强部分。

经过低压缸改造,在机组启动后记录下各负荷段轴向振动数据,并与改造前数据进行对比分析,如表2和表3所示。

可以看出,改造后低压缸轴向振动明显减小了。

3.2通过调整真空泵出力,选择合适真空值,避过高振动区域

观察改造后各负荷段轴向振动发现,机组负荷在500Mw时,低压缸B(汽端北)轴向振动值达到158um,超出既定目标值。通过调整凝汽器真空,尝试将轴向振动降低到目标值以下。

机组负荷500Mw时,调整真空泵进口电动门开度进行节流,降低凝汽器A/B侧真空到3.1/3.4kPa,观察机组振动变化,记录数据。

如表4和图4所示,调整后发现低压缸B(汽端北)轴向振动值降至150um以下,说明通过凝汽器真空调整,可以有效减小低压缸轴向振动。

4结语

汽轮机是火电厂中极其重要的设备之一,对火电厂的正常运行有着十分重要的影响。机组正常运行时常会出现低压缸轴向振动大的问题,为降低振动,除本体设计加强刚性外,还需对真空进行精细调节,尽可能减小汽轮机本体振动,延长汽轮机寿命,提高机组的可靠性,减少对电网稳定的影响。