超超臨界汽輪機(jī)振動(dòng)診斷分析實(shí)例

王剛,王增宏

(浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司,浙江 寧海 315612)

超超臨界汽輪機(jī)振動(dòng)診斷分析實(shí)例

王剛,王增宏

(浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司,浙江 寧海 315612)

本文利用汽輪機(jī)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)某百萬(wàn)千瓦超超臨界汽輪機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題,進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)采樣分析,給出了故障診斷結(jié)果,最后通過(guò)解體檢修解決了軸承振動(dòng)大的問(wèn)題.

振動(dòng);超超臨界;汽輪機(jī)

1 概述

隨著我國(guó)電力事業(yè)的快速發(fā)展,汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子質(zhì)量和動(dòng)量越來(lái)越大,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)故障日趨復(fù)雜.汽輪發(fā)電機(jī)組作為化石燃料電廠的核心設(shè)備,一旦發(fā)生劇烈振動(dòng),將直接威脅著機(jī)組的安全和電網(wǎng)的穩(wěn)定.浙江某百萬(wàn)千瓦超超臨界火力發(fā)電機(jī)組利用汽輪機(jī)在線診斷系統(tǒng),積極做好歷史數(shù)據(jù)的累積和分析工作,不斷加強(qiáng)轉(zhuǎn)子在線振動(dòng)診斷工作,有效的解決了汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)大的問(wèn)題.

2 振動(dòng)的表示

2.1 振幅

振幅表示物體偏離往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中心位置的幅度,振幅越大物體振動(dòng)越強(qiáng)烈.振動(dòng)幅值通常用的單位有振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度.

2.2 頻率

振動(dòng)頻率是指物體在單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的周期數(shù),為周期的倒數(shù).

2.3 相位

振動(dòng)相位是由鍵相信號(hào)與選頻振動(dòng)信號(hào)構(gòu)成的相對(duì)關(guān)系,它確定了轉(zhuǎn)子某一瞬間振動(dòng)情況與旋轉(zhuǎn)初始角度的相對(duì)位置.

3 振動(dòng)數(shù)據(jù)特征分析

3.1 波特圖

波特圖也叫作伯德圖,波特圖是基頻振動(dòng)的幅值和相位隨轉(zhuǎn)速變化的趨勢(shì)圖.波特圖是最常用的振動(dòng)工具之一,用來(lái)確定汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速和過(guò)臨界時(shí)的振幅和相位,還可以判斷軸系中不平衡質(zhì)量的位置.一般來(lái)說(shuō),當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到共振頻率時(shí),振幅會(huì)出現(xiàn)波峰,同時(shí)相位也會(huì)發(fā)生180度左右的變化.如果波特圖顯示振動(dòng)峰值大幅跳躍,而相位沒(méi)有發(fā)生變化,則可以排除共振的可能性.在實(shí)際應(yīng)用中,建議保留歷次機(jī)組的啟停機(jī)波特圖曲線,并加以比較判斷,盡早發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)振動(dòng)故障,保證機(jī)組的安全.

3.2 極坐標(biāo)圖

極坐標(biāo)圖,又稱為乃奎斯特圖,是將各種轉(zhuǎn)速的一倍頻率振動(dòng)的振幅和相位表示在極坐標(biāo)中,它實(shí)際上是直角坐標(biāo)波特圖在極坐標(biāo)中的另一種形式.

3.3 三維頻譜圖

三維頻譜圖是分別以轉(zhuǎn)速或時(shí)間參數(shù)變化作為第三維繪制的頻譜曲線集合.如果以轉(zhuǎn)速作為第三維時(shí)則稱為級(jí)聯(lián)圖.級(jí)聯(lián)圖用來(lái)評(píng)價(jià)機(jī)組啟停機(jī)過(guò)程中振動(dòng)頻率特性的變化趨勢(shì),如確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及振動(dòng)幅值、半渦運(yùn)動(dòng)、油膜振蕩發(fā)生和發(fā)展過(guò)程.如果以時(shí)間作為第三維時(shí),則稱之為瀑布圖.瀑布圖是指在定速下,振動(dòng)頻率特性隨著時(shí)間的變化趨勢(shì),可以確定工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)變化趨勢(shì)、半渦運(yùn)動(dòng)和油膜振蕩故障發(fā)生的過(guò)程.三維頻譜圖能夠幫助對(duì)振動(dòng)故障及其發(fā)生的時(shí)刻做出準(zhǔn)確的判斷.

3.4 振動(dòng)趨勢(shì)圖

它表示振動(dòng)幅值、相位等參數(shù)隨著時(shí)間變化的趨勢(shì).由于振動(dòng)有可能與機(jī)組負(fù)荷、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流等參數(shù)有關(guān),所以振動(dòng)趨勢(shì)圖有時(shí)也擴(kuò)展為振動(dòng)隨著有功負(fù)荷和轉(zhuǎn)子電流等相關(guān)參數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系.在振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷時(shí),通過(guò)觀察振動(dòng)水平的發(fā)展趨勢(shì),作為分析判斷設(shè)備狀態(tài)的一個(gè)重要依據(jù).

3.5 軸心軌跡圖

軸心軌跡圖是指隨著時(shí)間的變化,轉(zhuǎn)子軸心與其在沒(méi)有徑向振動(dòng)時(shí)的相對(duì)位置軌跡圖.軸心軌跡圖是通過(guò)監(jiān)測(cè)電渦流探頭的交流電壓合成的,轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈就能得到一個(gè)軸心軌跡圖.通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀察,可以看出軸的中心位置變化趨勢(shì),可以了解轉(zhuǎn)軸在軸承中的運(yùn)動(dòng)以及軸承承載變化情況,因此可以通過(guò)軸心軌跡來(lái)進(jìn)行故障診斷.

4 振動(dòng)問(wèn)題描述與數(shù)據(jù)分析

某百萬(wàn)千瓦超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組采用德國(guó)SIEMENS成熟的組合積木塊式HMN機(jī)型,由1個(gè)單流圓筒型H30高壓缸,1個(gè)雙流M30中壓缸和2個(gè)N30雙流低壓缸組成.高壓通流部分l4級(jí),中壓通流部分2X13級(jí),低壓通流部分4X6級(jí),共計(jì)64級(jí).汽輪機(jī)1號(hào)軸承是汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子排氣端的徑向支撐軸承,主要功能是維持高壓轉(zhuǎn)子相對(duì)于高壓缸的中心位置;1號(hào)軸承為橢圓軸承,采用雙油契結(jié)構(gòu),潤(rùn)滑油供應(yīng)充足,能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)子中心的偏差,確保轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)(圖1).

圖1 #1軸承結(jié)構(gòu)示意圖

該機(jī)組自投產(chǎn)之日起,#1瓦多次發(fā)生軸振值偏大并波動(dòng)現(xiàn)象.某年某月,該機(jī)組負(fù)荷首次達(dá)到1000MW,軸振平穩(wěn)在60μm,基本正常;后來(lái)幾年#1瓦振動(dòng)有惡化趨勢(shì),前后共生了多次#1瓦振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象,#1瓦最大波動(dòng)到70~90μm,波動(dòng)持續(xù)10~20min,其中大部分處在低負(fù)荷(500~600MW),此后波動(dòng)現(xiàn)象自行消失.

該廠利用在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)振動(dòng)進(jìn)行采樣,并進(jìn)行數(shù)據(jù)特征分析,具體見圖2.

圖2 #1瓦振動(dòng)數(shù)據(jù)分析圖

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以知道,#1瓦的振動(dòng)波形為正弦波,波形相對(duì)簡(jiǎn)單,以一倍頻振幅為主,其他諧波的振幅較小,頻譜呈樅樹形,軸心軌跡橢圓形,相位穩(wěn)定,基本可以排除油膜震蕩、系統(tǒng)擾動(dòng)、氣流激振等原因,同時(shí)由于轉(zhuǎn)速不變時(shí),振幅迅速增大,推測(cè)應(yīng)該是#1瓦穩(wěn)定性差,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與軸承發(fā)生輕微碰摩.

5 故障處理

該廠利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì),對(duì)汽輪機(jī)#1瓦解體后進(jìn)行了仔細(xì)檢查,發(fā)現(xiàn)#1軸瓦球面接觸不良,球面墊鐵及支架凹面局部電腐蝕(圖3).

圖3 #1瓦解體圖

原因分析:西門子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為單軸承支撐,#1瓦處于軸系末端,在轉(zhuǎn)子在升速過(guò)臨界時(shí),短時(shí)軸振較大,同時(shí)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,最終導(dǎo)致金屬表面磨損;軸電流在#1瓦放電產(chǎn)生電腐蝕麻點(diǎn),同時(shí)麻點(diǎn)又增加了球面間的摩擦阻力,導(dǎo)致軸瓦球面接觸進(jìn)一步變差,加上軸瓦自動(dòng)調(diào)節(jié)能力變差,軸瓦烏金與軸頸接觸受力不均,引起軸瓦烏金局部過(guò)熱、軸承振動(dòng)加劇.

處理措施:返廠對(duì)軸瓦球面墊鐵與軸承支架凹面車削,修研至接觸面合格,達(dá)到≥75%以上接觸的要求;因軸瓦磨損輕微,對(duì)軸瓦烏金表面現(xiàn)場(chǎng)修刮.

處理結(jié)果:經(jīng)過(guò)處理后,該機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷#1瓦軸振基本維持在40~60um之間,軸瓦溫度正常,取得了預(yù)期效果.

[1]上海汽輪機(jī)有限公司. 1000MW超超臨界汽輪機(jī)技術(shù)資料[Z].2006.

TK268.1

A

1671-0711(2017)11(上)-0086-02