火力發(fā)電廠汽輪機(jī)振動故障分析與檢修

王勝利

（陜西大唐蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司，陜西 蒲城 715501）

0 引言

汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行對火力發(fā)電至關(guān)重要。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過程中受各種因素影響，不可避免出現(xiàn)振動現(xiàn)象，輕則減負(fù)荷降效，重則直接導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，對機(jī)組壽命和機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有嚴(yán)重影響。如何做好汽輪機(jī)振動故障預(yù)防、檢查及后期維護(hù)工作，保證發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定高效生產(chǎn)，是相關(guān)技術(shù)和管理人員值得認(rèn)真思考的問題。

1 汽輪機(jī)的振動故障分類

導(dǎo)致汽輪機(jī)發(fā)生異常振動故障的因素有很多，常見的機(jī)組振動原因有：

（1）汽流激蕩和軸承油膜振蕩引起的振動。①葉片受到不均衡的汽流沖擊產(chǎn)生汽流激蕩，對于較長的末級葉片，蒸汽在葉片膨脹末端產(chǎn)生流道絮亂，引起振動；②油膜不穩(wěn)定或者被破壞，將會引起軸瓦烏金被燒毀，受熱引起軸頸彎曲，引起振動。

（2）機(jī)組運(yùn)行中心不正引起的振動。①機(jī)組運(yùn)行期間真空降低，會使低壓缸排汽溫度升高，后軸承座受熱微微向上抬起，破壞機(jī)組的中心，引起振動；②汽輪機(jī)啟動過程中，若暖機(jī)時間不夠，升速或者加負(fù)荷過快，會引起汽缸熱膨脹不均勻，或者滑銷系統(tǒng)存在卡澀，使汽缸不能自由膨脹，都會導(dǎo)致汽缸對轉(zhuǎn)子發(fā)生相對偏斜，引起振動；③機(jī)組在進(jìn)汽溫度超過設(shè)計值的條件下運(yùn)行，會使脹差和汽缸變形增加，造成機(jī)組中心移動超過運(yùn)行限度，引起振動；④設(shè)備安裝時中心偏差大，導(dǎo)致運(yùn)行時產(chǎn)生振動，且此振動是隨負(fù)荷的增加而增加的。

（3）轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲引起的振動。①轉(zhuǎn)子永久性彎曲引起的振動，若轉(zhuǎn)子承受的內(nèi)應(yīng)力超過材料的屈服極限時，會使轉(zhuǎn)子的局部產(chǎn)生塑性變形，且此變形應(yīng)力消除后不會消失。生產(chǎn)中設(shè)備轉(zhuǎn)子若發(fā)生永久性彎曲，必須進(jìn)行直軸處理，否則會造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。②轉(zhuǎn)子彈性熱彎曲引起的振動，表現(xiàn)為軸向振動，例如：當(dāng)通過臨界轉(zhuǎn)速時，其軸向振幅增大較為顯著。

（4）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動。①轉(zhuǎn)子找平衡時，未能消除不平衡余量，或者轉(zhuǎn)子上某些部件出現(xiàn)松動，均會使轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡；②設(shè)備運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子葉片損壞、磨損、結(jié)垢，均會使轉(zhuǎn)子發(fā)生質(zhì)量不平衡。

（5）汽輪機(jī)安裝部件松動引起的振動。汽輪機(jī)外部零件松動，會引起振動，例如：地腳螺絲、基礎(chǔ)等松動。

（6）發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障引起的振動。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子之間的間隙不均勻、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈短路等，均會引起機(jī)組振動。

（7）汽輪機(jī)內(nèi)部發(fā)生摩擦引起的振動。軸頸和軸承烏金側(cè)向間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)染鶗鹉Σ粒鹫駝印?/p>

（8）水沖擊引起的振動。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間，蒸汽帶水進(jìn)入汽缸內(nèi)發(fā)生水沖擊，將會造成軸承推力增大，產(chǎn)生較大的不平衡扭力，引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈振動，嚴(yán)重時會造成推力瓦被燒毀。

2 常見振動故障診斷

運(yùn)行中可以根據(jù)汽輪機(jī)振動方式的不同來對其故障進(jìn)行有效、精準(zhǔn)的判斷，首先對故障的特性進(jìn)行仔細(xì)觀察，做好相應(yīng)的研究和分析，找到故障所在。①收集振動特征以及相關(guān)信息。振動的特征主要包括頻率、振幅與相位、振動與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系以及振動的趨勢；以及其他關(guān)聯(lián)信息內(nèi)容，包括機(jī)組的日常、機(jī)組大小修檢修情況以及機(jī)組運(yùn)行情況等。②分析故障機(jī)理。剔除故障的頻譜特征、趨勢特征，以及其它相關(guān)的特征內(nèi)容，從而為故障的具體診斷提供相應(yīng)的參考依據(jù)[1]。③對汽輪機(jī)故障進(jìn)行診斷，目的是高效排除多發(fā)故障，采取相應(yīng)的措施解決，保證汽輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性[2]。

3 汽輪機(jī)振動危害和處理

3.1 汽輪機(jī)振動的危害

①端部軸封磨損造成低壓汽缸漏真空，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；隔板汽封磨損嚴(yán)重，使級間漏氣增大，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，且會引起轉(zhuǎn)子的軸向推力，引起推力瓦過載；高中壓缸漏汽量大，會使轉(zhuǎn)子軸頸局部受熱發(fā)生熱彎曲，水分進(jìn)入潤滑油，破壞油膜。②轉(zhuǎn)動部件材料的疲勞度降低，引起葉片、輪盤等損壞。③動靜部分摩擦，引起轉(zhuǎn)子局部受熱發(fā)生彎曲甚至永久性彎曲。④滑銷磨損，嚴(yán)重時會影響機(jī)組正常熱膨脹，從而引起嚴(yán)重事故。⑤發(fā)電機(jī)勵磁繞組部件松動、碳刷損壞。⑥造成危急遮斷器誤動作。⑦造成調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定，引起調(diào)速系統(tǒng)事故[3]。

3.2 汽輪機(jī)振動的處理

①當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間振動增大，或者發(fā)出異常聲音時，運(yùn)行人員應(yīng)對可能引起機(jī)組振動的原因以及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢查分析。首先檢查主汽門及調(diào)節(jié)汽門是否開啟正常，上下缸溫差是否正常，機(jī)組熱膨脹是否均勻，機(jī)組負(fù)荷和蒸汽溫度是否突然變化；其次檢查潤滑油溫、油壓是否正常，檢查軸承回油溫度及軸承烏金溫度是否正常；若以上方法查不到問題所在，可以適當(dāng)改變機(jī)組負(fù)荷、發(fā)電機(jī)勵磁電流，觀察振動變化情況，并做好記錄，對振動原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。②若未能查到振動原因，應(yīng)聯(lián)系專業(yè)人員對振動頻譜進(jìn)行測量，確定振動原因并采取措施減輕或消除振動源。③振動超過運(yùn)行極限值時，應(yīng)緊急停機(jī)進(jìn)行處理；當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動或汽輪機(jī)內(nèi)發(fā)出明顯的金屬響聲時，應(yīng)立即破壞真空緊急停機(jī)[4]。

4 振動故障診斷實(shí)例分析

2019年11月29日，1號機(jī)組啟動過程中出現(xiàn)發(fā)電機(jī)9瓦振動大。2019年11月29日至12月1日，1號機(jī)組總共啟動6次，均在2300rpm以后9瓦出現(xiàn)振動突然增大，迅速在1min內(nèi)達(dá)到210μm，機(jī)組被迫手動打閘。振動上升過程如圖1所示。

圖1 9瓦振動圖

軸系結(jié)構(gòu)圖及臨界區(qū)域設(shè)置如圖2所示。

圖2 軸系結(jié)構(gòu)圖及臨界區(qū)域設(shè)置

振動峰值時各瓦振動數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 機(jī)組2300rpm時測試數(shù)據(jù)

9瓦軸振伯德圖與頻譜如圖4～7所示。

圖4 9X方向伯德圖

圖5 機(jī)組2300rpm時9X方向頻譜圖

圖6 9Y方向伯德圖

圖7 機(jī)組2300rpm時，9Y方向頻譜圖

9號瓦軸振動幅度增大時，同時也影響著相鄰的10號瓦軸，但是通過降低無功功率的方法也依舊無法改變振動異常情況。因此對9號瓦軸的振動故障開始進(jìn)行分析診斷[5]。

4.1 振動故障分析

軸系振動增大主要表現(xiàn)為9、10瓦在進(jìn)入第二臨界區(qū)以后振動迅速增大，而10瓦振動增大主要由9瓦振動增大后引起。就地檢查蓋振也隨軸振相應(yīng)增大，就地檢查各瓦頂軸油壓力在頂軸油泵停止前后波動不大，進(jìn)入臨界區(qū)后油膜壓力正常穩(wěn)定。根據(jù)9瓦現(xiàn)場測試振動頻譜判斷，振動增大原因?yàn)?瓦油膜產(chǎn)生渦動引起，后經(jīng)過油溫（40～45℃）和背壓（7～13kPa）調(diào)整，均未產(chǎn)生效果。

鑒于幾種嘗試對油膜渦動現(xiàn)象影響甚微，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)組的振動主要和轉(zhuǎn)速有關(guān)，而且波動均出現(xiàn)在高轉(zhuǎn)速階段，由此推斷出主軸與軸承發(fā)生動靜摩擦、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子脫空、軸瓦支撐剛度降低等都可以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組振動突變，因此，檢查振動故障時要重點(diǎn)對9瓦瓦枕螺栓松動情況、支撐瓦磨損情況、間隙數(shù)據(jù)情況進(jìn)行檢查。

4.2 檢修方法

對9瓦進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)9瓦瓦枕螺栓存在松動現(xiàn)象；復(fù)查了9瓦枕緊力、間隙數(shù)值合格，檢查9瓦的磨損情況，結(jié)果顯示，上下瓦均存在不同程度磨損情況。處理措施首先對9瓦嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修刮，其次在瓦枕回裝時將瓦枕螺栓緊固到檢修要求0-3絲緊力。2019年12月10日，1號機(jī)組再次啟動時，各軸瓦振動均在正常范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對電能的需求量前所未有地增長，電力企業(yè)的平穩(wěn)運(yùn)行顯得尤為重要，而汽輪機(jī)組的性能對火電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性會產(chǎn)生直接影響。汽輪機(jī)組在運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)振動故障，將直接導(dǎo)致火電廠機(jī)組停運(yùn)。因此，需要做好汽輪機(jī)組的日常保養(yǎng)維護(hù)，降低設(shè)備振動故障率；針對汽輪機(jī)振動故障特點(diǎn)進(jìn)行有效診斷和維修，從而提高電廠汽輪機(jī)使用效率和運(yùn)行壽命。