某电厂350MW汽轮机振动分析与诊断

引言

某350MW机组采用东方汽轮机厂生产的超临界、单轴、一次中间再热、三缸两排汽、单抽汽空冷凝汽式汽轮机,高、中压缸为分缸结构,低压缸为双流、双排汽,高、中、低转子均为无中心孔整锻转子。机组共8个支持轴承,其中汽轮机6个、发电机2个,为了轴系定位和承受转子轴向力,还有1个独立结构的推力轴承,位于高、中压转子之间。1#~4#支持轴承为可倾瓦轴承,5#~6#支持轴承、发电机轴承为椭圆轴承,励磁机带稳定小轴承。

1 2、3瓦振动大处理

1.1振动现象

2018年1月10日,2号机首次冲转至3000r/min时,2号轴瓦振动超标,并网带负荷后,2、3号轴承振动X、y向都有明显增大。2月8日,负荷180MW,2、3号瓦振最大110μm、88μm,在此过程中,通过调整润滑油温和低压轴封温度,一定程度上起到了抑制作用,其中低压轴封温度影响较明显。同时发现超速试验转速超过3100r/min时,所有轴承振动明显减小,最小降低到20~28μm,2y轴振由95μm降至60μm。4月9日,由于锅炉爆管机组停运,安装单位对2、3号轴承翻瓦检查,未查出异常。4月19日,2号机组重新开机冲转3000r/min,振动没有明显改善,带上负荷,2y振动幅值维持在120~128μm。调试期间,为控制2、3号轴承振动,运行人员从参数调整上进行了多种试探。

(1)控制低压轴封蒸汽温度在一定范围。运行中发现调整低压轴封蒸汽温度能使2、3号轴承振动稳定,且使振动在一定范围内减小。实验证明,高压轴封蒸汽温度控制在380~395C比较合适。

(2)真空对2、3号轴承振动的影响:运行中真空突然升高,振动加大。特别是在启动备用循环水泵时,振动即时上升,但上升的幅度不大。

(3)机组负荷对2、3号轴承振动的影响:随着负荷增加,2号瓦和4号瓦振动上升,但这种关联没有一定的规律性。有时负荷增加,振动反而减小或变化很小。4号瓦振动在负荷增加时都会在一定范围上升10~15μm,负荷稳定振动会缓慢下降后稳定。

(4)风压、风温、润滑油温对振动影响较小。

（5)励磁电流对振动有一定影响,但关系不是很明显。

为找出2、3瓦振动的根本原因,2018年4月25日进行了带负荷阶段的振动测试,并记录其中的典型数据。

1.2频谱图分析

由图1可知,振动频谱以1倍频为主,且均有部分2倍频、3倍频分量。因此,判断该振动为部分摩擦振动和高中压转子质量不平衡二者叠加所致。

1.3数据及趋势分析由图2可知:

（1)15:32一15:52为稳定运行时段,15:52一16:40为振动变化时段,16:40一17:09为振动恢复后稳定运行时段;

（2)振动变化时4X振幅波动较明显,达20μm,2y、3X、3y均发生不同程度的波动,但幅度较小,说明4X振动明显位于轴系振动末端,而2、3瓦处于振动中心位置,或者中低压联轴器对中稍有偏差;

（3)各点振动相位差不超过10o,再次验证质量不平衡为高、中压转子振动大的最可能原因。

1.4结论及处理方案

东方汽轮机厂对转子部件的装配、动平衡存在一定缺陷,致使转子热稳定性不良,残余振动过大,导致高压转子存在轻微碰磨。通过振动数据基本可以排除振动原因来自发电机转子的电气故障,如绕阻匝间短路。1倍频分量较大表明转子不平衡质量偏高,这里除与生产厂有关外,还与现场的中低压对轮连接状态不当有关。

综上所述,2号机组2、3瓦振动是由部分摩擦振动和高、中压转子存在一定质量的不平衡综合所致。

建议:

(1)检查高压和中压汽封间隙情况:

(2)检查机组滑销系统:

(3)对高中压转子进行动平衡。

为了快速将机组振动降至可接受水平,结合各瓦振动数据,采用动平衡方案。高中对轮加重:P2-3=0.45kg/3159:中压转子#4瓦侧加重:P4=0.3kg/3409(注:加重角度以机组键相缺口为零度逆转向增大计量,且键相在机组顶部时)。经过动平衡加重后,2、3瓦振动幅度得以降低,各瓦振动均在50um以下。

26瓦振动大处理

2.1振动现象

2号机组进入整套试运以来一直存在冷态启机定速和带低负荷时(100MW以下)6瓦轴振偏高的缺陷。多次测试结果显示,6号轴承(低压缸后瓦)存在两个问题:

(1)冷态启机低负荷(100MW以下)振动较大,在低负荷约2h内轴振爬升,通频振幅最高133um,然后缓慢下降,满负荷最终稳定在90um左右。大振动只出现在冷态启机,热态启机低负荷振动不大:振动的增加取决于时间,与负荷无直接关系。振动变化量是1倍频分量,相位变化不大。

(2)大振动时振幅波动大(50~100um)。为确定原因,测试了5、6号轴承盖振动,发现波动同样剧烈,可以明显感觉到复合传感器有不规则振动。瀑布图显示除1倍频外,主要成分是19Hz和58Hz,没有发现其他分量,但这两个分量与1倍频幅值相比较小。初步怀疑为动静碰磨引起6瓦振动大。

2.2诊断分析

根据数据分析,造成6瓦1倍频振动变化的原因除质量不平衡外,轴承油膜特性或转子支撑特性改变会导致同样现象。冷态启机数小时内的变化主要是机组金属温度升高造成轴承支撑特性变化,进而使6瓦振幅改变所致。如果安装有缺陷,变化会更为明显。从热态启机6号轴承振动看,转子不平衡质量不大。因此,对轴瓦等结构状况进行了检查,包括轴瓦与瓦枕的接触、紧力,同时还检查了对轮螺栓紧力和对中。

2.3解体检查结果

6号轴承振动最可能的原因是碰磨,碰磨部位可能在油档、轴端汽封。2018年9月该机组C修期间,对6号轴承进行了全面检查。6瓦解体发现:

(1)大轴轴颈与盘车齿轮罩壳上部有严重摩擦:

(2)下瓦块乌金表面磨痕明显:

(3)瓦盖与瓦枕之间存在0.03mm的间隙。

3结语

本文对某350MW汽轮机在在调试期间出现的振动现象以及处理过程进行了分析,对于2、3瓦振动,振动数据和特征图谱分析表明振动频谱以1倍频为主,且均有部分2倍频、3倍频分量。因此,该振动为部分摩擦振动和高中压转子质量不平衡二者叠加所致。高中对轮加重0.45kg/3159,中压转子#4瓦侧加重0.3kg/3409,振动问题得以解决:6号轴承振动的原因是碰磨,而碰磨部位在大轴轴颈与盘车齿轮罩壳上部,后通过调整轴颈与盘车齿轮罩壳上部间隙,更换5、6号轴瓦瓦块,调整6号瓦盖与瓦枕紧力,使6瓦振动下降至正常范围。