600MW機(jī)組瓦軸振動(dòng)故障原因診斷

600MW機(jī)組瓦軸振動(dòng)故障原因診斷內(nèi)蒙古電廠#1機(jī)，系東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界600MW機(jī)組，2007年9月投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)軸系振動(dòng)良好，20007年底開(kāi)始2瓦軸振與3瓦振動(dòng)出現(xiàn)不規(guī)律波動(dòng)，最大波動(dòng)值2瓦軸振達(dá)到150μm左右，3瓦振動(dòng)達(dá)到100～120μm，與此同時(shí)，7瓦軸振，在大負(fù)荷下振動(dòng)幅值達(dá)到110μm。2008年7月，在#6、#7瓦聯(lián)軸器上加重之后，#7瓦軸振已獲得圓滿解決。但2瓦軸振與3瓦振動(dòng)不規(guī)則波動(dòng)原因，一直困擾著機(jī)組的安全運(yùn)行。為進(jìn)一步對(duì)該振動(dòng)的原因進(jìn)行確診，河南電力試驗(yàn)研究院特別邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)振動(dòng)知名專(zhuān)家施維新教授一起于2008年7月28日～29日前往現(xiàn)場(chǎng)，依據(jù)歷次振動(dòng)測(cè)試和從DCS調(diào)出的振動(dòng)曲線，對(duì)#2瓦軸振和#3瓦垂直振動(dòng)不規(guī)律波動(dòng)故障原因，做了詳細(xì)地分析診斷。并與電廠相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)討論、座談，確定了振動(dòng)的原因，并對(duì)這種振動(dòng)今后的發(fā)展趨勢(shì)、消振方向和對(duì)機(jī)組安全生產(chǎn)的影響，做了預(yù)測(cè)、說(shuō)明和評(píng)估。現(xiàn)形成會(huì)議紀(jì)要如下：一、原因分析1.#2瓦軸振和#3瓦垂直振動(dòng)波動(dòng)情況振動(dòng)波動(dòng)是從2007年底開(kāi)始的，有時(shí)一天出現(xiàn)一次或幾次，有時(shí)1～2天也不出現(xiàn)，波動(dòng)幅值最明顯的是#2瓦軸振和#3、#5瓦垂直振動(dòng)，#1瓦軸振、#2瓦瓦振、#3瓦軸振、#4、#6瓦軸振也波動(dòng)，但波動(dòng)幅值較小，如圖1所示。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，波動(dòng)時(shí)振動(dòng)主要分量是基頻，因此從振動(dòng)性質(zhì)來(lái)說(shuō)是屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)，可以排除軸瓦自激振動(dòng)。2.支承剛度機(jī)組各類(lèi)振動(dòng)總的故障原因只有兩個(gè)：一是激振力；二是支承剛度低。這里支承剛度包含軸承座動(dòng)剛度和油膜剛度兩項(xiàng)。顯然，激振力一定時(shí)，軸承振幅與支承剛度成反比；轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)近似地與油膜剛度成反比，與軸承座支承剛度成正比。1、2瓦是落地軸承，支承動(dòng)剛度較高，在激振力一定時(shí)，它可以出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)，軸承振動(dòng)不大；相反#3、#4等軸瓦座落在排汽缸上，這種軸承支承動(dòng)剛度較#1、#2瓦低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，所以#2瓦軸振幅值波動(dòng)明顯，瓦振不明顯；相反，相鄰的#3瓦軸振波動(dòng)不明顯，而瓦振幅值波動(dòng)很明顯。由圖1可見(jiàn)，振動(dòng)不波動(dòng)時(shí)，各瓦軸振、瓦振良好，說(shuō)明激振力、各瓦支承動(dòng)剛度、油膜剛度正常。引起振動(dòng)波動(dòng)有兩種可能，一是激振力波動(dòng)；二是軸瓦支承剛度和油膜剛度降低后而恢復(fù)，兩者之一都可以引起圖1的振動(dòng)波動(dòng)。軸承座因膨脹不暢等原因，支承動(dòng)剛度有可能會(huì)產(chǎn)生圖1形式的波動(dòng)，但是到目前為止未曾發(fā)生過(guò)；而軸瓦油膜剛度是不可能形成圖1所示的振幅波動(dòng)，所以只有激振力變化一種可能。3.激振力引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力只有三種，一是不平衡力；二是軸系同心度和平直度偏差大（不是指一般的轉(zhuǎn)子找中心）；三是不均勻電磁力。由于振動(dòng)發(fā)生在汽輪機(jī)#2、#3瓦處，而且與勵(lì)磁電流無(wú)關(guān)，故首先可排除不平衡電磁力。顯然，在聯(lián)軸器連接螺栓沒(méi)有完全松動(dòng)和聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸是整體結(jié)構(gòu)的情況下，是不可能引起連接偏心改變?cè)斐蓤D1所示變化規(guī)律的激振力。這里不能排除的只有轉(zhuǎn)子不平衡力一種故障。4.轉(zhuǎn)子不平衡力改變的原因上面已經(jīng)指出，只有轉(zhuǎn)子不平衡力的改變，才能激起圖1所示的振動(dòng)。由于振動(dòng)增大后可復(fù)原，說(shuō)明轉(zhuǎn)子不平衡變化是可逆的。引起這種可逆平衡變化的只有轉(zhuǎn)子熱彎曲。5.轉(zhuǎn)子熱彎曲原因引起轉(zhuǎn)子熱彎曲原因雖然十分復(fù)雜，但是引起圖1所示變化規(guī)律的熱彎曲只有兩種可能，一是轉(zhuǎn)軸與水接觸；二是轉(zhuǎn)子碰磨。轉(zhuǎn)軸與水（軸封、汽缸疏水不暢、抽汽管內(nèi)積水等）接觸，雖然可以引起圖1所示形狀變化規(guī)律的激振力，但是振動(dòng)增大時(shí)滯時(shí)間均在0.5～3min之內(nèi)，由圖1可見(jiàn)，振動(dòng)增大時(shí)滯達(dá)1小時(shí)，由此可以排除轉(zhuǎn)軸與水接觸，不能排除的只有轉(zhuǎn)軸碰磨這一種故障。6.轉(zhuǎn)軸碰磨原因這里轉(zhuǎn)軸碰磨包括下列故障。轉(zhuǎn)軸與軸封（端部和隔板軸封），其中又包括徑向和軸向（汽封齒與轉(zhuǎn)軸凸臺(tái)相碰）兩種碰磨，一般與工況、機(jī)組運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。轉(zhuǎn)軸與接觸、浮動(dòng)汽封、油檔碰磨，與工況無(wú)關(guān)，與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。轉(zhuǎn)軸與軸瓦烏金摩擦，這種碰磨也可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸振動(dòng)連續(xù)周期性波動(dòng)和轉(zhuǎn)軸振動(dòng)逐漸增大，與工況無(wú)關(guān)，與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。該軸系中未采用浮動(dòng)和接觸油檔、汽封，所以首先可以排除這一故障。由于#2、#3瓦軸振、瓦振波動(dòng)是機(jī)組投運(yùn)半年后才出現(xiàn)的，由此可以排除軸封徑向、軸向間隙過(guò)小引起軸封碰磨。從軸封碰磨一般規(guī)律來(lái)說(shuō)，工作轉(zhuǎn)速下（帶負(fù)荷情況下）轉(zhuǎn)軸碰磨易在低壓轉(zhuǎn)子上發(fā)生，而且可以持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間；啟停過(guò)程中轉(zhuǎn)軸碰磨易在高壓轉(zhuǎn)子上發(fā)生。工作轉(zhuǎn)速下，徑向碰磨如果發(fā)生在高壓轉(zhuǎn)子上，一般經(jīng)過(guò)2～3次（由嚴(yán)重程度決定）碰磨，即可以消失，但軸向碰磨可持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。而低壓轉(zhuǎn)子上的徑向和軸向碰磨，都可以持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。從機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，由于東汽300MW、600MW機(jī)組低壓缸剛度差，因此低壓轉(zhuǎn)子碰磨引起振動(dòng)不穩(wěn)定是這兩種型式機(jī)組的通病，早期生產(chǎn)的機(jī)組還要嚴(yán)重。對(duì)#1號(hào)機(jī)組來(lái)說(shuō)，由于汽缸膨脹、零部件變形、位移等原因，引起動(dòng)靜間隙變化，目前不能排除的轉(zhuǎn)軸碰磨是低壓A轉(zhuǎn)子徑向、軸向和高中壓轉(zhuǎn)子#2瓦處附近軸向碰磨。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，軸頸與軸瓦的碰磨目前也不能排除，只有翻出下瓦，檢查下瓦烏金兩側(cè)接觸是否太重，才能確定。7.碰磨與運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系為了進(jìn)一步查明轉(zhuǎn)軸碰磨故障原因及運(yùn)行中有效控制振動(dòng)的需要，從DCS中對(duì)多次出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)時(shí)，查找與相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系，其中有新汽溫度、高排溫度、高壓軸封溫度、低壓缸排汽溫度、真空、負(fù)荷、烏金溫度、潤(rùn)滑油進(jìn)口油溫等，但都沒(méi)有找到振動(dòng)變化與這些參數(shù)較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。只有負(fù)荷和高壓軸封溫度變化與振動(dòng)有關(guān)，但對(duì)應(yīng)關(guān)系再現(xiàn)性不好。只是振動(dòng)波動(dòng)是發(fā)生在負(fù)荷和高壓軸封溫度變化時(shí)，但不是每次負(fù)荷、軸封溫度變化，都會(huì)引起振動(dòng)，只是軸封溫度波動(dòng)大時(shí)，振動(dòng)波動(dòng)也較頻繁。如表1所示。相反，在高壓軸封溫度較為穩(wěn)定時(shí)，#2瓦軸振也較穩(wěn)定，如表2所示。二、結(jié)論1.#2瓦軸振和#3瓦垂直振動(dòng)的性質(zhì)屬于因轉(zhuǎn)子不平衡力引起的普通強(qiáng)迫振動(dòng)。2.該振動(dòng)增大后可復(fù)原的特點(diǎn)說(shuō)明，轉(zhuǎn)子不平衡變化是可逆的，因此轉(zhuǎn)子不平衡力改變的原因?yàn)檗D(zhuǎn)子熱彎曲。3.轉(zhuǎn)軸碰磨是引起轉(zhuǎn)子熱彎曲的原因，引起轉(zhuǎn)軸碰磨的原因不能排除的是低壓A轉(zhuǎn)子徑向、軸向和高中壓轉(zhuǎn)子#2瓦處附近軸向碰磨。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，軸頸與軸瓦的碰磨目前也不能排除，只有翻出下瓦，檢查下瓦烏金兩側(cè)接觸是否太重，才能確定。三、振動(dòng)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)及機(jī)組安全的影響依據(jù)以往消振和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這種在目前看來(lái)是隨機(jī)性振動(dòng)的波動(dòng)，今后發(fā)展有兩種趨勢(shì)，一是逐漸衰減，最后消失；二是逐漸惡化，即波動(dòng)更頻繁、幅值更大，導(dǎo)致跳機(jī)。如果是后一種情況，因大振動(dòng)與碰磨振動(dòng)加重，能加速磨損，最后也會(huì)使振動(dòng)衰減而消失。但不論是前一種、后一種，對(duì)機(jī)組安全均不會(huì)構(gòu)成大的危害。在目前無(wú)有效的控制手段的情況下，保證機(jī)組安全的前提下，只能讓其跳機(jī)，加快磨損。四、關(guān)于運(yùn)行中振動(dòng)調(diào)控和消振方向的建議1.今后運(yùn)行、振動(dòng)專(zhuān)業(yè)人員，仍應(yīng)繼續(xù)觀察振動(dòng)變化與運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系。在目前看來(lái)是隨機(jī)性的波動(dòng)（但并不能肯定），若能找到與某一運(yùn)行參數(shù)有較好的相關(guān)性，不僅在運(yùn)行中可以較有效的控制振動(dòng)，而且可以進(jìn)一步查明碰磨故障的具體原因。2.從大量消振經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，消除這種振動(dòng)，揭缸查找不是上策，一般都是用磨合的方法進(jìn)行消振。3.據(jù)目前已掌握的情況，可以保持高壓軸封溫度穩(wěn)定，減少振動(dòng)波動(dòng)。