660 MW 超超臨界機(jī)組1 號(hào)軸承異常振動(dòng)研究及處理

史勇，劉先航，劉云杰

（淮北申皖發(fā)電有限公司，安徽 淮北，235000）

1 機(jī)組概況

某公司1 號(hào)機(jī)組為引進(jìn)型超超臨界、一次中間再熱、四缸四排氣、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。額定功率：660 MW，額定主蒸汽壓力：27.0 MPa（a），額定主蒸汽溫度：600 ℃，工作轉(zhuǎn)速：3 000 r/min，旋轉(zhuǎn)方向：順時(shí)針（從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)看）。發(fā)電機(jī)為水－氫－氫冷卻、靜態(tài)勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)。冷卻方式為定子線圈水冷、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組氫冷。機(jī)組支撐系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

圖1 機(jī)組支撐系統(tǒng)示意圖

2 機(jī)組異常振動(dòng)起始

2021 年4 月12 日12 時(shí)38 分，1# 機(jī)組正常運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷490 MW，主蒸汽壓力20.466 MPa，主蒸汽溫度598.457 ℃，高調(diào)門1A/1B 開度36.9%/36.7%，1# 瓦1Y 向軸振逐步增大，振動(dòng)最大值為122.1 μm，此時(shí)1X 向軸振44.5 μm，瓦振值0.6 mm/s，隨后機(jī)組負(fù)荷保持490 MW 運(yùn)行，1Y 向軸振在80～100 μm 波動(dòng)，夜間機(jī)組負(fù)荷降至360 MW，1Y 向軸振在20～30 μm 波動(dòng)；4 月12～25 日機(jī)組調(diào)停前，機(jī)組負(fù)荷在350 MW 低負(fù)荷階段和630 MW 高負(fù)荷階段，1Y 向軸振均在20～30 μm 波動(dòng)，升負(fù)荷階段振動(dòng)爬升較快，500 MW 左右負(fù)荷階段，1Y 向軸振相在120～160 μm 波動(dòng)，振動(dòng)瞬間值最大達(dá)到過183 μm。

2021 年4 月12 日14 時(shí)至14 日10 時(shí)，對(duì)1號(hào)機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子1 號(hào)、2 號(hào)瓦軸振數(shù)據(jù)進(jìn)行了連續(xù)采集。其X、Y 向軸振趨勢(shì)如圖2、圖3 所示。

圖2 1# 瓦X、Y 向軸振趨勢(shì)圖

圖3 2# 瓦X、Y 向軸振趨勢(shì)圖

由圖2、圖3 可以看出，1 號(hào)、2 號(hào)瓦軸振均存在明顯變化，變化規(guī)律性一致。振動(dòng)數(shù)據(jù)經(jīng)頻譜分析其振動(dòng)主要以1X 倍頻振動(dòng)分量為主，振動(dòng)性質(zhì)屬于強(qiáng)迫振動(dòng)。

機(jī)組高負(fù)荷、低負(fù)荷及600 MW 以上負(fù)荷1號(hào)、2 號(hào)瓦軸心軌跡圖如圖4 所示。

圖4 1#2# 瓦側(cè)軸心軌跡圖

由圖4 可以看出，在高參數(shù)的汽流力作用下，高壓轉(zhuǎn)子在軸心位置發(fā)生了較為明顯的變化：1 號(hào)瓦從汽機(jī)向發(fā)電機(jī)看左右位移約為50 μm，上下位移約為50 μm；2 號(hào)瓦從汽機(jī)向發(fā)電機(jī)看左右位移約為90 μm，上下位移約為40 μm。測(cè)試數(shù)據(jù)反映，3 號(hào)、4 號(hào)瓦軸心軌跡穩(wěn)定不隨負(fù)荷變化。

3 振動(dòng)原因分析

系統(tǒng)對(duì)1Y 向軸振變化過程進(jìn)行分解，如圖5所示，可分為6 個(gè)階段。

圖5 1Y 向軸振變化曲線

（1）降負(fù)荷后振動(dòng)降低過程；

（2）低負(fù)荷振動(dòng)穩(wěn)定工況；

（3）升負(fù)荷后振動(dòng)增加過程；

（4）高負(fù)荷振動(dòng)波動(dòng)工況；

（5）升負(fù)荷至600 MW 以上振動(dòng)增加后降低；

（6）600 MW 以上振動(dòng)穩(wěn)定工況。

經(jīng)分析認(rèn)為，機(jī)組負(fù)荷變化過程轉(zhuǎn)子的相對(duì)軸心位置發(fā)生變化，1 號(hào)瓦側(cè)油擋或軸封處出現(xiàn)輕微動(dòng)靜碰摩，是造成1 號(hào)瓦軸振變化大的主要原因[1]。同時(shí)不排除1 號(hào)瓦存在支撐系統(tǒng)剛度薄弱的可能。

4 軸承解體檢查

4.1 軸承解體情況

（1）解體時(shí)發(fā)現(xiàn)：上瓦調(diào)端烏金有磨損，磨損區(qū)域尺寸：130 mm×30 mm；下瓦電端有磨損，磨損區(qū)域尺寸170 mm×62 mm。該軸承承載采用下部支撐方式，穩(wěn)定性不高，一旦出現(xiàn)軸承振動(dòng)異常，將引起軸承位移，軸瓦很難自動(dòng)恢復(fù)原位。從該軸承上下瓦磨損的部位及軸瓦頂隙調(diào)端偏小，電端偏大，說明軸瓦存在傾斜現(xiàn)象（軸承向調(diào)端傾斜），這也是軸瓦上瓦磨損的原因，從而也證明了其穩(wěn)定性較差[2]。

（2）軸承支架與軸瓦接觸面不均勻，存在輕微腐蝕。

經(jīng)測(cè)量檢查發(fā)現(xiàn)：下軸承水平方向兩側(cè)的插片間隙解體測(cè)量均為0.09 mm，標(biāo)準(zhǔn)為0.01～0.03 mm，超標(biāo)，這也是導(dǎo)致軸承運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)及位移的一個(gè)因素；同時(shí)，解體時(shí)發(fā)現(xiàn)該軸承上下油擋均積碳嚴(yán)重。

4.2 高壓缸端部軸封間隙檢查情況

用塞尺測(cè)量高壓缸調(diào)端最外道及次外道端部汽封發(fā)現(xiàn)，上部汽封間隙小于設(shè)計(jì)值（這兩道軸封為平齒汽封），特別是頂部90°度范圍內(nèi)0.05 mm的塞尺不入，動(dòng)靜間隙為0 mm，說明高壓缸前部下沉，端部汽封上部抱死，碰摩，運(yùn)行中出現(xiàn)動(dòng)靜摩擦。其原因?yàn)樨堊瑒?dòng)墊片材質(zhì)為黃銅，材質(zhì)較軟，機(jī)組在多次啟停汽缸滑動(dòng)導(dǎo)致該墊片磨損所致，如圖6 所示。

圖6 高壓缸勵(lì)端端部汽封A 排數(shù)據(jù)

5 缺陷處理

5.1 1 號(hào)軸瓦處理情況

（1）對(duì)上下瓦烏金進(jìn)行著色及超聲波探傷，未發(fā)現(xiàn)異常。

（2）對(duì)上下瓦烏金磨損處進(jìn)行刮瓦修復(fù)。

（3）對(duì)軸承支架腐蝕處進(jìn)行研磨處理[3]，研磨后對(duì)軸承帶球面墊片與軸承支架之間的接觸面進(jìn)行涂紅丹檢查，接觸面可達(dá)70%～80%，但接觸輪廓分布不均，因檢修時(shí)間所限，未進(jìn)一步處理。

（4）將1 號(hào)瓦抬高0.10 mm，增加瓦載荷，有利于軸承的穩(wěn)定。

（5）軸瓦回裝時(shí)將兩側(cè)插板間隙調(diào)整為0.01 mm、0.03 mm，將軸瓦擺正、放平后，軸瓦的側(cè)隙、頂隙在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；考慮到該軸承穩(wěn)定性較差，軸承的防跳間隙調(diào)整為0.14 mm，小于實(shí)際值，如圖7 所示。

圖7 調(diào)端端部汽封間隙調(diào)整后測(cè)量

（6）對(duì)油檔積碳徹底清理并刮尖油封齒。

5.2 高壓缸處理措施

通過高壓缸碰缸試驗(yàn)，調(diào)整高壓缸前端貓爪墊片，A 排加墊片0.60 mm，B 排加墊片0.70 mm，使高壓缸調(diào)端軸封間隙基本符合設(shè)計(jì)要求[4]，如圖8 所示。

圖8 調(diào)端端部汽封間隙調(diào)整后測(cè)量

6 效果及結(jié)語

1 號(hào)機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行后，在320～660 MW 負(fù)荷段下，1 號(hào)軸承1Y 向軸振最大19.4 μm，1X 向軸振最大25.2 μm，軸振復(fù)合值最大14.4 μm，1號(hào)軸承振動(dòng)總體優(yōu)良，設(shè)備隱患圓滿消除。另外在日常工作中，要做到：（1）機(jī)組運(yùn)行期間加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)視，做好劣化趨勢(shì)分析；（2）加強(qiáng)1 號(hào)－7 號(hào)瓦頂軸油模塊運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及巡檢力度，記錄頂軸油壓、進(jìn)油溫度；（3）利用機(jī)組調(diào)停檢修機(jī)會(huì)，定期對(duì)主機(jī)各軸瓦油擋積碳情況及油擋間隙進(jìn)行檢查調(diào)整、測(cè)量高中低壓缸端部汽封間隙并做好記錄[5]；（4）根據(jù)各軸瓦劣化趨勢(shì)分析情況，定期對(duì)各個(gè)軸瓦進(jìn)行全面翻瓦檢查，重點(diǎn)測(cè)量檢查軸承蓋防跳間隙、插片間隙、軸瓦頂隙、側(cè)隙等數(shù)值是否偏離設(shè)計(jì)值，必要時(shí)對(duì)軸瓦下瓦枕與軸承座接觸情況進(jìn)行檢查；（5）利用機(jī)組計(jì)劃性檢修機(jī)會(huì)，做好汽缸碰缸及負(fù)荷分配試驗(yàn)，確保轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)位置符合相關(guān)技術(shù)要求[6]；對(duì)滑銷系統(tǒng)墊片間隙及磨損情況進(jìn)行檢查，確保汽缸膨脹均勻不受阻；（7）高壓缸處于中心后，軸封漏氣量基本降低到零，節(jié)約了大量能源。