600MW亚临界机组1瓦振动大分析及处理吴韬

1设备概述

某电厂3号机组汽轮机为东方汽轮机厂生产制造,型号为N600-16.7/538/538-1,型式为亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、冲动凝汽式。总级数为42级,高压转子有9级,其中第一级为调速级,中压转子有5级,低压转子有2×2×7级。汽轮机采用高中压缸合缸结构,两个低压缸均为双流反向布置。汽轮发电机组#1、#2轴承采用可倾瓦式轴承,#3~#6轴承采用椭圆抗冲击轴承,#7~#9轴承采用椭圆形轴承。机组结构布置如图1所示。机组于2004年7月投产,2016年2月19日至2016年5月24日完成综合升级改造。

2故障概况

自2016年5月通流改造以来,3号机组1瓦X/y向轴振幅值由改造完启动时的37/48um缓慢增长,到2018年1月通流改造后第一次揭缸检修前,轴振已增长到X/y:49/81um。到2021年9月,1瓦X向轴振幅值区间达到60~105um,y向轴振区间达到105~160um,振幅变化范围较大,在快速升负荷时振动有上涨的趋势。2020年6月一2022年1月期间1瓦振动趋势如图2所示。

2021年10月初,3号机组1瓦y向轴振幅值最高达到162um,进行汽门阀序调整试验,将CV4和CV2阀位函数对调,CV2维持手动全关状态,之后1瓦轴振下降明显。在满负荷状态下,1瓦X/y轴振由95/145um降至78/56um。阀序调整后近四次启动过程中,1瓦轴振存在异常升高的情况,汽轮机定速3000r/min并网前,1瓦轴振有大幅上涨趋势,X向由中速暖机时的95um最大涨至121um,y向由94um最大涨至188um,并网带负荷后振动缓慢下降至正常范围。为保障机组顺利并网,在启机过程中尽量延长中速暖机时间,定速3000r/min后及时并网,避免振动继续上涨。

3故障分析及结果

(1)从表1振动数据可以得出,自2016年5月通流改造以来,1瓦轴振缓慢增长,2021年5月开始1瓦轴振增长趋势加剧:从表2停机过临界数值可以得出,2020年9月停机1瓦过临界振动数值明显增大,至2022年1月停机1瓦过临界振动数值有增大趋势。

结合以上现象,怀疑高中压转子存在弯曲并逐渐劣化。2022年大修时揭缸发现高中压转子过桥汽封处弯曲150um,中压联轴器处弯曲135um。转子弯曲原因:

1)材质缺陷。转子材质不均匀或存在残余应力,运行受热后膨胀不均匀导致弯曲。这可能是制造阶段"时效"时间不够,转子残余内应力过大,受热后应力释放,导致转子弯曲。

2)动静摩擦。机组运行过程中,若转子与静子部件发生摩擦,会导致摩擦接触部位温度升高,转子圆周方向存在温差,如果碰磨达到一定的剧烈程度和时长,

或是遇到碰磨情况处理不当,可能会导致转子永久弯曲。但现场转子解体未发现有较严重的碰磨痕迹。

3)转子与水(汽)接触。汽水进入汽轮机,都会使热态时的转子局部遭到冷却,转子产生不对称温差,导致弯曲变形。

(2)运行中1瓦轴振出现波动现象,且定速时1瓦轴振有上涨趋势,怀疑1瓦轴封处发生碰磨,轴瓦存在问题。检修中未发现轴瓦异常。

(3)运行中1瓦振动随时间上涨,怀疑转子位置发生改变。检修中未发现洼窝中心左右差异。

根据上述分析,对3号机组高中压转子返厂进行车削,之后再无异常振动现象。

4应对措施

(1)运行期间进行阀序调整,降低运行期间振动数值。

(2)停机时进行现场动平衡,降低激振力[4]。

(3)检修时揭缸测量转子弯曲、轴瓦状态、碰磨情况[5]。

(4)防止大轴弯曲措施:1)汽机启动前必须满足:

①大轴晃度不得超过原始值±0.02mm:

②汽缸上下缸温差不超过50℃:

③主蒸汽温度至少高于汽缸最高金属温度50℃,蒸汽过热度不低于50℃:

④转子应充分连续盘车,一般不低于2~4h。

2)机组升速过程中,一阶临界转速前,轴承振动超过0.03mm时,应立即打闸:临界转速时,轴承振动超过0.1mm,应立即打闸:因振动异常停机后,必须连续盘车4h以上才能再次启动。

3)启动前应检查停机记录,并与正常曲线比较。热态启动时,应先向轴封供汽,后拉真空,轴封供汽管路在供汽前必须充分暖管和疏水,防止水或冷气进入汽轮机。

4)机组启动和停止及变工况运行过程中,应按照规定曲线控制蒸汽参数变化。主蒸汽温度和汽缸金属温度的变化率不得大于规程规定。主蒸汽要保持一定的过热度,要避免汽温大幅度直线变化。当10min内汽温上升或下降达50℃时,应立即打闸停机:当主蒸汽汽温过热度过低时,调速汽门的大幅摆动可能引起一定程度的水击,此时应密切监视机组振动、胀差、轴向位移等参数,如有异常应立即打闸停机。

5)停机后应投入连续盘车,注意比较盘车电流值、摆动值与典型正常值。如有动静摩擦,应根据实际情况间断盘车,待摩擦消除后方可连续盘车。因故暂时停止盘车不应超过0.5h,每0.5h应盘车180o。不超过0.5h时也应视情况先盘车180o,待转子热弯曲消失后,再投入连续盘车。

5结语

本文为寻找汽轮发电机组异常振动的原因,进行了汽门阀序调整试验,并对机组历史振动数据进行了梳理,揭缸检查结果与分析结果一致,对相关类型汽轮发电机组解决振动异常问题有重要的借鉴意义。同时,制定了该类问题的应对措施,提供了宝贵的经验积累。