大型發(fā)電機組啟動過程中軸承振動的診斷與處理

大型發(fā)電機組啟動過程中軸承振動的診斷與處理

韶關(guān)處理廠8號機車是由哈花汽廠生產(chǎn)的三通道、三排氣、三凝汽機械。1985年交付。1991年,將發(fā)電機6號、7號軸瓦由三油楔瓦改為橢圓瓦。1999年,對低壓缸通流部分進行改造,更換了低壓部分的十五級葉片、葉輪及隔板,消除了中壓轉(zhuǎn)子加長軸靠背輪晃動及瓢偏大的缺陷,改造后,對軸系進行高速動平衡試驗,發(fā)電機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速(1250r/min)下,6號軸瓦振動為95μm,運行一段時間后增大到135μm,機組在3000r/min定速和帶負(fù)荷運行時,各軸瓦振動均小于40μm。2002年5～7月,8號機組大修,這次大修主要對DCS控制系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)進行改造,對汽輪機轉(zhuǎn)子和發(fā)電機轉(zhuǎn)子以及各軸瓦進行常規(guī)檢修,沒有做大的改動。為了保證DCS系統(tǒng)改造后機組能安全、順利地運行,有必要對軸瓦振動進行監(jiān)測。1空負(fù)荷下的振動監(jiān)測1.1機中各軸瓦振動2002年7月21日,8號機大修后首次啟動,重點測試了在臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)電機轉(zhuǎn)子6號、7號軸瓦、汽輪機中壓轉(zhuǎn)子2號、3號軸瓦的振動以及機組在3000r/min定速時各軸瓦的振動。各軸瓦振動值見表1。從表1可以看出,機組在3000r/min定速運行時各軸瓦的振動較好,均在30μm以內(nèi),但在升速過程中,發(fā)電機轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下6號瓦振動達128μm,7號瓦振動為119μm,偏大。1.2激振力過大引起的振動分析表1的監(jiān)測結(jié)果,發(fā)電機轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下振動過大的故障原因有以下2點:a)軸承座動剛度低軸承座動剛度包括結(jié)構(gòu)剛度、共振影響、連接剛度。由于8號機投運時振動水平良好,由此可以排除共振和結(jié)構(gòu)剛度的影響。在振動較大的相應(yīng)轉(zhuǎn)速下檢測了振動較大的幾個軸瓦連接剛度,結(jié)果表明,連接剛度正常,表明振動過大原因是由激振力增大所致。b)激振力過大引起穩(wěn)定的普通強迫振動的激振力有轉(zhuǎn)子不平衡、固定式聯(lián)軸器連接的軸系同心度和平直度出現(xiàn)偏差、軸頸不圓等3種。軸系連接的同心度和平直度主要由兩個聯(lián)軸器同心度和端面垂直度決定,8號機大修前振動良好,而且這次大修檢查沒問題,所以軸系連接的同心度和平直度的偏差可以排除,唯一不可排除的只有發(fā)電機轉(zhuǎn)子不平衡力的問題。1.3發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動a)分析故障原因后,確定消除發(fā)電機轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下6號、7號瓦振動大的措施為調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下的平衡問題。2002年8月2日,經(jīng)計算,在發(fā)電機轉(zhuǎn)子6號、7號瓦的風(fēng)扇平衡槽中分別加重2030g和1633g。b)發(fā)電機轉(zhuǎn)子加平衡塊后重新啟動,在升速過程中,發(fā)電機轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下,6號、7號瓦的振動分別降為82μm和69μm,各個軸瓦的振動值見表2。由表2可見,加平衡塊后,發(fā)電機轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下,6號、7號瓦的振動明顯降低,定速下的振動也不大,達到了預(yù)期目標(biāo)。2負(fù)荷后軸承的振動誤差分析2.1發(fā)電機并網(wǎng)、并網(wǎng)2002年8月5日,8號機大修后首次帶負(fù)荷運行,11時55分汽輪機沖轉(zhuǎn),12時42分定速在3000r/min;12時50分發(fā)電機并網(wǎng),帶低負(fù)荷暖機,這時各軸瓦的振動均在35μm以內(nèi)。由于這次開機是在動平衡試驗合格后進行,所以沒做專門的振動監(jiān)測,只是根據(jù)DCS系統(tǒng)在線監(jiān)測軸承的振動值,無法分析振動頻率及振動性質(zhì)。2.2第一次振動故障診斷2.2.1m后3號瓦振動2002年8月6日4時35分,機組負(fù)荷加至138MW,在轉(zhuǎn)廠用電時發(fā)電機解列,負(fù)荷從138MW減到0,維持定速在3000r/min;5時08分發(fā)電機重新并網(wǎng);6時50分,負(fù)荷加至120MW時,3號瓦振動增大到65μm,2號瓦振動為55μm,負(fù)荷從120MW減到11MW,振動減小,重新加負(fù)荷;14時50分,負(fù)荷加到90MW,3號瓦振動又增大到65μm,2號瓦振動為55μm,負(fù)荷從90MW減到5MW,振動值減小,然后逐步加負(fù)荷;17時55分,負(fù)荷加至77MW,3號瓦振動開始增大;18時49分,3號瓦振動達到70μm,2號瓦振動達55μm,打閘停機;18時53分,重新掛閘、升速,在3000r/min定速時,3號瓦振動又升到70μm,打閘停機,停機時中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振動為125μm,停機后測量轉(zhuǎn)子晃動正常。2.2.2軸向靜磨拉減壓8號機2號、3號軸承振動大的原因,初步分析主要由于轉(zhuǎn)廠用電時發(fā)電機解列,負(fù)荷從138MW減到0,引起汽缸膨脹變化,造成軸向動靜磨碰,致使軸承振動增大。停機后盤車正常、轉(zhuǎn)子晃動正常,證明大軸沒有彎曲,可以繼續(xù)開機,并制定了相應(yīng)的開機條件及注意事項。2.3號、3號瓦振動快速增長2002年8月14日中午,機組再次啟動,在升速、過臨界的過程中,軸承振動正常,3000r/min定速約1min,2號、3號瓦振動急劇上升,2號瓦振動達100μm,3號瓦振動達130μm,打閘停機,降到2950r/min后振動快速降下。8月14日晚上,再次沖轉(zhuǎn),在升速過程中比較順利,各軸瓦振動正常,但轉(zhuǎn)速升到3000r/min,2號、3號瓦的振動從24μm直線上升到100μm,打閘停機。2.3.1軸瓦內(nèi)側(cè)油檔浮動環(huán)被破壞的油檔浮動環(huán)不能裝定位銷2002年8月15日,檢查各軸承浮動油檔,發(fā)現(xiàn)3號軸承外側(cè)油檔浮動環(huán)磨損、變形、中分面螺栓松掉,致使浮動油檔與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)且卡死,內(nèi)側(cè)油檔浮動環(huán)松動,下油檔掉下,上油檔則騎在轉(zhuǎn)軸上,2號軸瓦兩側(cè)油檔浮動環(huán)磨損、變形嚴(yán)重,而且1～5號軸瓦內(nèi)側(cè)油檔浮動環(huán)沒裝定位銷,將1～5號瓦內(nèi)側(cè)油檔浮動環(huán)加裝定位銷,修復(fù)2號、3號軸承浮動油檔。2.3.2發(fā)電機再程序,活性監(jiān)測根據(jù)軸承檢查情況,分析認(rèn)為2號、3號軸承浮動油檔松動,變形后與轉(zhuǎn)軸磨碰是造成2號、3號軸瓦振動大的原因,處理好后可以再開機,并做振動監(jiān)測。2002年8月16日11時15分,汽輪機再次開機,12時15分發(fā)電機并網(wǎng),帶低負(fù)荷暖機,逐步加負(fù)荷,最高負(fù)荷達到180MW。在這次開機、升速過臨界轉(zhuǎn)速,3000r/min定速以及帶負(fù)荷的過程中,各軸瓦的振動正常。這次開機沒有出現(xiàn)8月7日和8月14日出現(xiàn)的帶負(fù)荷振動大及定速下振動大的現(xiàn)象,似乎處理油檔后,機組振動故障已經(jīng)消除。2.4發(fā)電機并網(wǎng)和3號瓦振動上升到84m2002年8月17日,再次出現(xiàn)3次因2號、3號軸瓦振動突然增大而不得不打閘停機的現(xiàn)象。具體過程如下:17日4時31分,帶負(fù)荷97MW,2號、3號瓦振動分別突然增大到84μm,100μm,打閘停機;4時41分重新掛閘,4時51分定速在3000r/min,4時56分發(fā)電機并網(wǎng),逐步加負(fù)荷;15時11分,3號瓦振動急劇上升到88μm,2號瓦振動上升到67μm,打閘停機,重新掛閘、升速到3000r/min,發(fā)電機并網(wǎng);16時37分,帶22MW負(fù)荷運行,3號瓦振動急劇上升到76μm,2號瓦振動上升到59μm,打閘停機;16時42分,重新掛閘、升速,到3000r/min定速,3號瓦振動急劇上升到76μm,2號瓦振動上升到60μm,打閘停機。2.4.1機組振動數(shù)據(jù)無檢測由于這一振動出現(xiàn)時,振動增大很快,為了機組的安全,振動一旦較大,運行人員就立即打閘停機,因此捕捉這一振動十分困難,盡管機組DCS上配備有振動記錄圖象、數(shù)據(jù),但卻不能確定振動故障的性質(zhì)。經(jīng)過在現(xiàn)場的連續(xù)監(jiān)測,終于在8月17日第三次2號、3號軸瓦振動增大的過程中記錄到振動的整個變化過程,并測量出引起振動增大的過程及振幅的各種頻率分量。振動的增大,主要頻率是1/2分量,即25Hz的振動。2.4.2故障診斷根據(jù)測試結(jié)果,可以對機組振動故障作出診斷。2.4.2.軸頸擾動應(yīng)界定為軸瓦自激振動,機組振動應(yīng)查2號、3號軸瓦的振動性質(zhì)屬于軸瓦自激振動。由于該機汽機中壓轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速約為1531r/min,高于1/2的工作轉(zhuǎn)速,因此在2號、3號軸瓦上,只能產(chǎn)生軸瓦半速渦動。機組振動故障診斷為軸瓦自激振動,為此,應(yīng)查明軸頸擾動是否過大。機組在帶負(fù)荷下,2號、3號瓦軸振均在50μm以下,由此可以排除運行狀態(tài)下軸頸的擾動過大引起的軸瓦失穩(wěn),即可得出半速渦動的原因是軸瓦穩(wěn)定性差。該汽機軸瓦是三油楔瓦,這種軸瓦動態(tài)穩(wěn)定性較差,因此用在發(fā)電機軸瓦上約有20%的機組發(fā)生了油膜振蕩,為此,1990年,對發(fā)電機軸瓦的三油楔瓦全部更換為橢圓瓦,但三油楔瓦用在汽機轉(zhuǎn)子上,很少發(fā)生軸瓦自激振動。2.4.2.頂隙值:2號、3號軸瓦頂隙明顯偏影響軸瓦穩(wěn)定性的因素,除了軸瓦載荷外,另一主要原因是軸瓦頂隙,從這次8號機大修記錄中可知,2號軸瓦頂隙為0.50mm(標(biāo)準(zhǔn)為0.35～0.45mm),3號軸瓦頂隙為0.62mm(標(biāo)準(zhǔn)為0.40～0.50mm),2號、3號軸瓦頂隙明顯偏大,這是8號機大修后,2號、3號軸瓦產(chǎn)生半速渦動的主要原因。2.4.2.軸瓦穩(wěn)定性的影響經(jīng)分析,可以采用以下2種消除軸瓦半速渦動的措施:a)改變軸瓦型式8號機的2號、3號軸瓦為三油楔瓦,這種軸瓦的穩(wěn)定性較差,為了徹底解決軸瓦穩(wěn)定性差的問題,可以將汽機轉(zhuǎn)子的軸瓦改為橢圓瓦,但更換軸瓦的工作量大、時間長,最好在機組大修時進行。b)提高軸瓦穩(wěn)定性三油楔軸瓦的動態(tài)穩(wěn)定性較差,但用于汽機轉(zhuǎn)子上,其穩(wěn)定性尚可,因此在現(xiàn)有的軸瓦上,提高其穩(wěn)定性是一種簡單的消振方法。具體操作是在現(xiàn)有的軸瓦上,減少軸瓦的頂隙,將2號軸瓦頂隙由0.50mm減小到0.40mm,3號軸瓦頂隙由0.62mm減小到0.45mm;減小軸瓦的長徑比,為此,需減小下瓦鎢金的長度,但會破壞三油楔瓦的阻油邊,需另外補焊阻油邊,整個工作量較大;調(diào)高2號、3號瓦的標(biāo)高,標(biāo)高的增加,增加了軸瓦載荷,有利于軸瓦的穩(wěn)定性。但由于2號、3號軸瓦鎢金溫度已經(jīng)偏高(分別為75℃和85℃),如增加軸瓦載荷,會進一步使鎢金溫度升高,這一工作的工作量也很大。經(jīng)比較,減小軸瓦頂隙的措施最為簡單易行,所以,決定采用減小軸瓦頂隙的方法來提高軸瓦的穩(wěn)定性。另外,為了降低2號、3號軸瓦的鎢金溫度,在減小軸瓦頂隙的同時,翻出2號、3號瓦的下瓦,檢查軸頸與下瓦鎢金的接觸情況,如有異常,對下瓦鎢金進行處理。2.4.3頂隙的前后頂隙對比測量a)確定采用減小軸瓦頂隙的方法來提高軸瓦穩(wěn)定性。2002年8月19日～21日,揭開2號、3號軸瓦,用修磨軸瓦中分面的方法,減小軸瓦頂隙,分別將2號、3號軸瓦中分面磨去0.10mm和0.15mm。組裝后,實際測量2號瓦的前后頂隙分別為0.39mm和0.42mm,3號瓦的前后頂隙分別為0.45mm和0.48mm。b)翻出2號、3號瓦的下瓦,發(fā)現(xiàn)3號瓦由于檢修工藝不當(dāng)(仍采用早期的檢修工藝,在轉(zhuǎn)子軸頸落入下瓦之前,將3號瓦下瓦抽去0.05mm的墊片),這樣會使下瓦收口,下瓦鎢金的接觸角變大,引起軸瓦的側(cè)隙減小,從而減小下瓦的進油量,所以,軸頸旋轉(zhuǎn)時與鎢金磨擦(不是干磨擦,其間還有潤滑油存在)產(chǎn)生的熱量不易被帶走,引起軸瓦鎢金溫度升高。c)為了避免再次出現(xiàn)鎢金溫度過高的問題,對2號、3號瓦下瓦部分有磨擦痕跡處進行了少量修刮,同時改變檢修工藝,3號軸瓦底部加0.05mm的墊片,在轉(zhuǎn)子軸頸落入下瓦前,不再抽下瓦的墊片。2.4.4軸瓦消振結(jié)果消振對策實施后,于2002年8月22日,再次開機并測得各軸瓦的振動,見表3。由表3可見,消振措施實施后,各軸瓦的振動合格,帶滿負(fù)荷后,各軸瓦的振動全部在30μm以內(nèi),證明采取的消振措施是正確的、行之有