高背壓改造汽輪機組軸系振動異常事件的診斷及處理

趙 凱

(大唐東北電力試驗研究院有限公司,吉林 長春 130012)

0 引言

傳統200 MW供熱機組的節能減排壓力較大[1]。為提高供熱能力及節能減排，某廠針對原有的200 MW供熱機組進行高背壓供熱改造：在供熱期間使用高背壓工況的低壓轉子，非供熱期間使用純凝工況的低壓轉子，即使用雙轉子的方式。

然而，由于兩低壓轉子與中壓轉子的連接部件結構不同，該廠針對此情況改換原有的中壓轉子與低壓轉子的連接墊片。改造前中壓轉子平衡性較好處于合格范圍內，高背壓轉子出廠經過動平衡試驗，試驗數據于優秀值范圍內，軸系單轉子平衡性較好[2]，排除軸系單轉子不平衡[3-4]造成振動異常情況。中低對輪聯軸器對中數據皆在合理范圍內，排除軸系對中異常造成的強迫振動[5-6]，且4 W瓦振處于10 μm左右，綜上分析認為測點存在異常。

對此，本文介紹了該機組高背壓改造過程中出現振動異常、振動測試、數據分析、故障診斷與處理過程。能夠在處理異常的同時降低機組啟動次數，減少機組的燃煤量，提高經濟效益。

1 雙轉子改造簡介

1.1 汽輪機概況

該機組整個軸系由高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子、發電機轉子組成。高壓轉子與中壓轉子、中壓轉子與低壓轉子，低壓轉子與發電機轉子之間均為剛性連接。高中壓轉子三支撐結構，低壓轉子、發電機轉子兩支撐結構，整個軸系共計7個軸承，其中2號軸承為綜合推力軸承。其軸系布置如圖1所示。

圖1 機組軸系結構圖

1.2 汽輪機改造介紹

為提高供熱能力與經濟性，機組進行了高背壓的改造與升級，本次高背壓供熱改造使用雙低壓轉子，保持高中壓缸通流不變，原有低壓通流由2×5壓力級構成改為2×4壓力級，同時降低末級葉片長度，改造后技術路線為供熱期間使用高背壓轉子，非供熱期間使用純凝轉子，期間均采用原有中壓轉子。

由于兩轉子聯軸器結構不同，對原有聯軸器結構進行改造。原有低壓轉子聯軸器，連接墊片連接處均為平面，如圖2(a)所示，為適應高背壓工況下的新低壓轉子，中低壓轉子聯結處改造后結構如圖2(b)所示。

圖2 中低壓轉子聯軸器改造前后示意圖

2 振動異常分析及診斷

2.1 振動異常數據

汽輪機在改造前，盤車狀態下，4X軸振處于10～15 μm范圍，機組啟動及運行過程中，3X、4X、5X軸振動數據均處于合格范圍內。

在更換高背壓轉子后，盤車狀態下，4X軸振在30～70 μm范圍內周期性擺動，機組啟動后，在高中壓轉子軸段臨界轉速1 880 r/min時，4X振動達到250 μm，觸發報警跳機，調取未改造前機組啟動至1 880 r/min過程中4X軸振趨勢圖，對比發現，改造后4X軸振值較改造前有明顯的升高，改造前后啟動過程中4X軸振趨勢對比如圖3所示，改造后啟動至1 880 r/min時4號軸承及相鄰軸承振動數據如下表1所示。

圖3 4X軸振改造前后啟動至1 880 r/min 4X軸振對比圖

表1 汽輪機1 880 r/min相關測點振動數據(峰-峰值μm)

2.2 異常診斷

檢查發現4號軸承X方向軸振動測點安裝存在偏差，如圖4所示，位移傳感器安裝在軸邊緣，無法進行準確的測量，且軸邊緣表面粗糙，存在潰縮凹點，導致在盤車狀態下，傳感器探測凹點位置也表現出周期性[7-8]，對應了盤車狀態下4X軸振在30～70 μm范圍內周期性擺動的異常現象[9]。

在調整傳感器安裝位置后，如圖5所示，機組再次啟動盤車，4X軸振恢復至10～15 μm范圍，與使用純凝轉子時的晃擺幅值相接近。

圖5 4X軸振測點傳感器位置更正示意圖

3 振動異常處理

在校整4號軸承X方向振動傳感器位置后，機組再次啟動，在機組過高中壓軸段臨界轉速及定速3 000 r/min過程中，4X軸振動依然較高，4X軸振動最高達到200 μm，定速3 000 r/min后，4X軸振動基本處于160 μm左右，表明激振力依然較高[10]，4X軸振伯德圖如圖6所示，4Y軸振伯德圖如圖7所示，4W軸振伯德圖如圖8所示。

圖6 機組啟動4X振動伯德圖

圖7 機組啟動4Y振動伯德圖

圖8 機組啟動4W振動伯德圖

在中壓轉子過臨界以及定速過程中，4X振動較大，振動以基頻振動為主，呈現普通強迫振動的振動特征[11]，分析認為是由于新更換連接墊片存在質量不平衡所致，遂決定現場在聯軸器位置進行高速動平衡，加重500 g，加重前后3X、4X、4W軸振數據如表2所示，汽輪機進行平衡后，機組定速3 000 r/min時，4X通頻振動值由161 μm降至113 μm，通頻振動值降低47 μm，成功將振動值降至125 μm報警值以下，保障機組安全平穩運行。

表2 機組轉速3 000 r/min動平衡前后振動數據

4 結論

由于雙轉子改造聯軸器結構時，可能會出現因聯軸器中間墊片的質量偏差而影響軸系平衡性的現象。另一方面，一旦軸位移傳感器安裝位置出現偏差時，將無法獲取準確的振動數據。對此，本文進行振動異常的分析診斷與處理工作，通過一次加重改善振動狀況，以解決臨近軸承振動異常問題，同時避免二次加重導致機組的啟動成本增加。減少燃煤用量，提高經濟效益。

本文所述方法能夠在處理異常的同時降低機組啟動次數，減少機組的燃煤量，提高經濟效益。按照200 MW機組的單次啟動條件主蒸汽壓力1.5～2.0 MPa，主蒸汽溫度260～280 ℃估算，平均節約標準燃煤量80 t，節約鍋爐燃油2 t，節約成本8萬元。