給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)大跳閘原因分析及防范措施

汪杰斌，章遐林，楊 斌，王 啟

(1.國(guó)投宣城發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242052；2.安徽池州九華發(fā)電有限公司，安徽 池州 247103)

某發(fā)電公司300 MW燃煤發(fā)電機(jī)組配備的給水泵汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的單缸、單流、整鍛單軸、沖動(dòng)式、純凝汽、新汽內(nèi)切換式變參數(shù)、變功率、變轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)，其轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速：一階為2 550 r/min；二階為12 200 r/min。給水泵汽輪機(jī)是大型火電廠關(guān)鍵輔助設(shè)備，它的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)火電廠是至關(guān)重要的，給水泵汽輪機(jī)跳閘，輕則要降低機(jī)組出力運(yùn)行，重則會(huì)造成鍋爐斷水燒干鍋，必須引起足夠的重視。

1 事件概述

2006-05-05T11:18:36，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷310 MW，A，B汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，轉(zhuǎn)速分別為5 165 r/min和5 159 r/min，電動(dòng)給水泵備用，聯(lián)鎖保護(hù)、搶水保護(hù)投用。11:25:29，發(fā)生B汽動(dòng)給水泵跳閘，C電動(dòng)給水泵未聯(lián)啟，手動(dòng)強(qiáng)啟C電動(dòng)給水泵，控制汽包水位；11:26:00，A汽動(dòng)給水泵在C電動(dòng)給水泵啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速升至最高5 450 r/min；11:26:36，水位最低下降至－310 mm后開始回升。經(jīng)事后檢查，B給水泵汽輪機(jī)前軸承振動(dòng)大造成振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)；其他3個(gè)軸承振動(dòng)都有明顯增長(zhǎng)；各瓦金屬溫度、供油壓力、供回油溫度、軸向位移、脹差等參數(shù)均未見異常。

2006-05-05T14:26:10，1號(hào)機(jī)B汽動(dòng)給水泵重新啟動(dòng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查未見異常，振動(dòng)情況正常。16:48，B汽動(dòng)給水泵并入系統(tǒng)，退出C電動(dòng)給水泵運(yùn)行。

2006-05-18T17:24:55，1號(hào)機(jī)組給水進(jìn)行RB試驗(yàn)，負(fù)荷270 MW，A，B汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，C電動(dòng)給水泵備用，聯(lián)鎖保護(hù)、搶水保護(hù)投入當(dāng)按試驗(yàn)方案手動(dòng)打閘A汽動(dòng)給水泵，C電動(dòng)給水泵聯(lián)啟正常，但由于B汽動(dòng)給水泵給水流量下降，轉(zhuǎn)速上升至5 370 r/min,，B給水泵汽輪機(jī)前軸承振動(dòng)迅速增加至0.125 mm，振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，給水RB動(dòng)作正常，減負(fù)荷至160 MW。

2 原因分析

1號(hào)機(jī)組B給水泵汽輪機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“1B給水泵汽輪機(jī)”)跳閘時(shí)其他相關(guān)參數(shù)：潤(rùn)滑油壓力為0.20 MPa，潤(rùn)滑油溫度為40.14 ℃，凝汽器真空為-92.24 kPa，B小機(jī)前軸承溫度為52.97 ℃，B小機(jī)軸向位移為-0.35 mm，B小機(jī)低壓進(jìn)汽壓力為0.73 MPa，B小機(jī)高壓進(jìn)汽壓力為17.02 MPa。

1B給水泵汽輪機(jī)跳閘前后除軸承振動(dòng)以外，其他參數(shù)沒(méi)有任何異常。1B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在5 200 r/min以下時(shí)，工作情況良好，轉(zhuǎn)速在5 300 r/min時(shí)，失穩(wěn)，引起共振。振動(dòng)由1B給水泵汽輪機(jī)前軸承向后3個(gè)軸承輻射，應(yīng)屬于典型的軸瓦自激振動(dòng)。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高于2倍一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生的軸瓦自激振動(dòng)，稱為油膜振蕩。軸承載荷小或偏心率小的轉(zhuǎn)子，容易發(fā)生油膜振蕩。油膜振蕩故障的發(fā)生和消失具有突然性，并具有慣性效應(yīng)，即升速時(shí)產(chǎn)生振蕩的轉(zhuǎn)速比降速時(shí)振蕩消失的轉(zhuǎn)速要大。油膜振蕩故障發(fā)生時(shí)，油膜經(jīng)歷了破壞—建立—破壞—建立……這樣的反復(fù)過(guò)程，軸頸和軸承不斷碰磨，軸瓦內(nèi)油膜壓力有較大波動(dòng)。發(fā)生油膜振蕩時(shí)，轉(zhuǎn)軸跳動(dòng)非常劇烈，而且不是1個(gè)軸承，而是整個(gè)機(jī)組的所有軸承都出現(xiàn)激烈的振動(dòng)，在機(jī)組附近還可以聽到“咚咚”的撞擊聲，振動(dòng)頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速接近，引起共振，振動(dòng)表現(xiàn)強(qiáng)烈。

調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)，1B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際一階臨界轉(zhuǎn)速約為2 650 r/min，1B給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)發(fā)生時(shí)的振動(dòng)頻譜的頻譜特征也基本與軸瓦油膜振蕩的頻譜特征相吻合，即軸瓦發(fā)生油膜振蕩時(shí)，其振動(dòng)的主要頻率成分近似等于該轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的第一臨界轉(zhuǎn)速頻率。對(duì)于油膜振蕩故障，還可以從振動(dòng)信號(hào)中提取如下征兆：振動(dòng)的0.8～1.0倍頻成分較大。從1號(hào)機(jī)組啟動(dòng)至今，由于循環(huán)水溫度低，機(jī)組真空較高，帶最大負(fù)荷時(shí)，汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速都在5 200 r/min以下，所以1B給水泵汽輪機(jī)均未發(fā)生過(guò)跳閘。

綜上所述，1B給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象與汽輪機(jī)軸承油膜振蕩特征相吻合。通過(guò)2006-05-05 1B給水泵汽輪機(jī)跳閘現(xiàn)象和歷史記錄數(shù)據(jù)分析，判定1B給水泵汽輪機(jī)振動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘是由1B給水泵汽輪機(jī)軸承油膜振蕩引起的。

3 防范措施

為了防止和消除油膜振蕩，可以采取以下措施。

(1) 增加軸承比壓。增加軸承比壓就是增加在軸瓦單位垂直投影面積上的軸承載荷，從而提高軸承工作的穩(wěn)定性。增加軸承比壓最方便的辦法是調(diào)整聯(lián)軸器中心。這種方法的缺點(diǎn)是高速幅度有限，只適用于剛性和半撓性聯(lián)軸器附近的軸瓦。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的方法是縮短軸瓦長(zhǎng)度，即降低長(zhǎng)頸比。

(2) 降低潤(rùn)滑油的粘度。最快捷的辦法是提高軸瓦進(jìn)油溫度。

(3) 減少軸瓦頂部間隙，擴(kuò)大兩側(cè)間隙，即增加軸承的橢圓度。

(4) 增大上瓦的烏金寬度，以便形成油膜，增加軸瓦的穩(wěn)定性。

(5) 換用穩(wěn)定性好的軸瓦，如，可傾瓦。

(6) 充分平衡同相的不平衡分量。

電廠消除油膜振蕩基本上都是從提高軸瓦的工作穩(wěn)定性和減小轉(zhuǎn)軸對(duì)軸承的擾動(dòng)力這2個(gè)方面來(lái)措取措施的。

通過(guò)追蹤1B汽動(dòng)給水泵汽輪機(jī)跳閘發(fā)生、發(fā)展的全過(guò)程，全面審視各項(xiàng)操作和抄表記錄，研究、分析了振動(dòng)變化的誘發(fā)因素和運(yùn)行操作的合理性與安全性，特提出以下防范措施。

3.1 運(yùn)行技術(shù)措施

(1) 加強(qiáng)對(duì)1號(hào)機(jī)B給水泵汽輪機(jī)的振動(dòng)監(jiān)視。

(2) 1B給水泵汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制轉(zhuǎn)速在5 200 r/min以下。

(3) 聯(lián)系熱控專業(yè)人員，在邏輯中限制1B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速最高5 200 r/min。

(4) 1B給水泵汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)5 100 r/min時(shí)，做好1B給水泵汽輪機(jī)跳閘事故預(yù)想。

(5) 提高1B給水泵汽輪機(jī)軸瓦進(jìn)油溫度。

3.2 檢修技術(shù)措施

(1) 加強(qiáng)對(duì)1B給水泵汽輪機(jī)的測(cè)振及分析，提出改造方案。

(2) 停機(jī)檢修，對(duì)1B給水泵汽輪機(jī)前軸承進(jìn)行檢查，調(diào)整軸瓦頂部間隙，將其頂部間隙減少至軸頸直徑的1.2 ‰～1.5 ‰，同時(shí)刮大軸瓦兩側(cè)間隙或?qū)⑸贤叩臑踅鸺訉挘纱丝梢燥@著增加上瓦油膜力，提高軸瓦偏心率，增加軸瓦穩(wěn)定性，消除油膜振蕩。

通過(guò)以上運(yùn)行與檢修技術(shù)措施的執(zhí)行，特別是檢修技術(shù)措施的實(shí)施，徹底消除了1B給水泵汽輪機(jī)軸承的油膜振蕩。

1 李錄平.汽輪機(jī)組故障診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

2 施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

3 傅正祥.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.