大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸承異常與故障分析

大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸承異常與故障分析

1000mw機(jī)組的軸向帶包括高壓、中壓、低壓、低壓、電機(jī)和電環(huán)。軸系由11套軸承支承,其中5#~8#軸承位于汽輪機(jī)低壓排汽缸上,9#,10#軸承為發(fā)電機(jī)端蓋軸承,發(fā)電機(jī)-勵(lì)磁機(jī)采用三支承方式。2012年1月19日新機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí),8#軸承瓦溫達(dá)到100.8℃。2月2日翻瓦檢查,發(fā)現(xiàn)8#軸承勵(lì)側(cè)磨痕較明顯。停機(jī)后將8#軸承節(jié)流孔板直徑由30mm擴(kuò)為54mm。2月17日檢修后的機(jī)組開(kāi)機(jī),8#軸承瓦溫在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中一直偏高,轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min時(shí),瓦溫為90~92℃。隨著有功負(fù)荷增長(zhǎng),8#軸承瓦溫有增大趨勢(shì),有功負(fù)荷升到800~1000MW時(shí),瓦溫達(dá)到100~103℃。為了分析軸承瓦溫過(guò)高的原因,啟動(dòng)前特地安裝了軸承標(biāo)高監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)機(jī)組冷態(tài)到熱態(tài)過(guò)程中各軸承標(biāo)高變化情況。重點(diǎn)測(cè)試了機(jī)組5#~9#軸承抽真空、沖轉(zhuǎn)升速和帶有功負(fù)荷過(guò)程中標(biāo)高變化情況,對(duì)標(biāo)高影響因素和軸承瓦溫過(guò)高的原因進(jìn)行了分析。1浮子高度變化測(cè)量本次測(cè)試采用連通管法,基本原理為:在待測(cè)點(diǎn)A和對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)B上安裝2個(gè)水杯,水杯內(nèi)充滿(mǎn)水并用連通管相連。A點(diǎn)標(biāo)高變化后,水在連通管內(nèi)流動(dòng),一段時(shí)間后重新達(dá)到平衡。測(cè)試A,B兩個(gè)杯子內(nèi)浮子高度相對(duì)變化,即可求出A,B兩點(diǎn)之間的相對(duì)標(biāo)高變化。浮子高度變化用渦流傳感器測(cè)試。3#機(jī)組軸系和標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。在5#~9#軸承上各布置1個(gè)標(biāo)高待測(cè)點(diǎn)A,在相鄰基礎(chǔ)平臺(tái)上布置多個(gè)標(biāo)高基準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)B,測(cè)點(diǎn)A與基準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)B之間用連通管相連,構(gòu)成一組測(cè)量單元。測(cè)點(diǎn)A用強(qiáng)力磁座吸附在軸承上,測(cè)點(diǎn)B用三角架固定在基礎(chǔ)平臺(tái)上。聯(lián)軸器兩側(cè)的軸承(如6#,7#軸承)相距較近,共用基礎(chǔ)平臺(tái)上同一個(gè)基準(zhǔn)測(cè)點(diǎn),通過(guò)三通將多個(gè)管道相連。假設(shè)冷熱態(tài)下基礎(chǔ)平臺(tái)標(biāo)高變化不大,那么這種方式所測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)際為冷熱態(tài)下軸承標(biāo)高變化絕對(duì)值。2無(wú)功負(fù)荷對(duì)5#8#軸承標(biāo)高的影響3#機(jī)組軸系標(biāo)高變化監(jiān)測(cè)試驗(yàn)共進(jìn)行了4次,包括:2次變真空、1次沖轉(zhuǎn)升速和1次帶有功負(fù)荷過(guò)程,試驗(yàn)時(shí)間和所對(duì)應(yīng)的工況如下:(1)2月17日10:04-11:44,真空從0提升到-95kPa。(2)2月19日10:20-11:36,真空從-95.2kPa降到0。(3)2月22日06:35-07:15,沖轉(zhuǎn)升速到3000r/min。(4)2月22日23:53-28日12:30,負(fù)荷從100MW升到600MW后又降至300MW。變真空、沖轉(zhuǎn)升速和帶有功負(fù)荷過(guò)程中5#~8#軸承標(biāo)高變化趨勢(shì)如圖2所示。從圖中可以看出:(1)變真空初期,各點(diǎn)標(biāo)高普遍產(chǎn)生了一個(gè)比較大的擾動(dòng),擾動(dòng)過(guò)渡時(shí)間持續(xù)30~60min,擾動(dòng)幅度達(dá)到0.3~0.5mm。低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)4套軸承的擾動(dòng)響應(yīng)不完全相同。真空改變后,作用在汽缸上的載荷發(fā)生了變化,汽缸在突變載荷作用下產(chǎn)生了瞬態(tài)變形響應(yīng)。真空提升到-90kPa后,各點(diǎn)標(biāo)高基本穩(wěn)定下來(lái)了。擾動(dòng)結(jié)束后,隨著真空的提高,5#~8#軸承標(biāo)高下降,隨著真空的降低,5#~8#軸承標(biāo)高抬高。4套軸承標(biāo)高隨真空變化趨勢(shì)相同,各點(diǎn)標(biāo)高變化量見(jiàn)表1。變真空過(guò)程中各點(diǎn)標(biāo)高變化幅度相近,約為0.36~0.63mm。(2)沖轉(zhuǎn)升速過(guò)程中各軸承標(biāo)高變化趨勢(shì)平穩(wěn),變化量較小,在0.09mm以?xún)?nèi)。沖轉(zhuǎn)升速對(duì)各軸承標(biāo)高的影響可以忽略。(3)帶有功負(fù)荷過(guò)程中各點(diǎn)標(biāo)高變化總體上比較平穩(wěn)。隨著有功負(fù)荷的增大,各點(diǎn)標(biāo)高逐漸上抬,至600MW時(shí),5#~8#軸承標(biāo)高上抬量達(dá)到0.25~0.47mm。隨著有功負(fù)荷的減小,軸承標(biāo)高也逐漸降低。標(biāo)高隨有功負(fù)荷的變化存在一定的滯后。有功負(fù)荷穩(wěn)定后,軸承標(biāo)高還需要一段時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)。3u3000抽真空后軸承標(biāo)高下降全面測(cè)試了變真空、沖轉(zhuǎn)升速和帶有功負(fù)荷工況下各軸承標(biāo)高變化。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,真空和有功負(fù)荷對(duì)本臺(tái)機(jī)組5#~8#軸承標(biāo)高的影響均較大。抽真空后,5#~8#軸承標(biāo)高下降,幅值大約為0.4~0.6mm。帶有功負(fù)荷過(guò)程中,5#~8#軸承標(biāo)高逐漸上抬,幅值達(dá)到0.25~0.45mm。1000MW時(shí),軸承標(biāo)高上抬量預(yù)計(jì)會(huì)更大。抽真空后軸承標(biāo)高會(huì)下降,很多機(jī)組安裝時(shí)都會(huì)采取預(yù)留標(biāo)高補(bǔ)償值的方法考慮其影響。以低壓和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為例,安裝時(shí)低壓轉(zhuǎn)子大多高于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,這是目前通用做法。3#機(jī)組安裝時(shí)的軸系中心圖如圖3所示(圖中單位為mm)。低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)4套軸承的標(biāo)高在一條直線(xiàn)上,1#,2#,3#軸承中心分別高于該中心3.83,1.78和0.78mm,4#軸承中心低于該中心0.32mm。另外,使中壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)端聯(lián)軸器端面與A低壓轉(zhuǎn)子汽機(jī)端聯(lián)軸器相互平行,并且使A低壓聯(lián)軸器比高、中壓聯(lián)軸器高0.75mm。在發(fā)電機(jī)底座下插入合適的墊片,使汽機(jī)端的聯(lián)軸器端面與發(fā)電機(jī)端的聯(lián)軸器端面相互平行,并且汽機(jī)聯(lián)軸器比發(fā)電機(jī)聯(lián)軸器高0.23mm。對(duì)于本機(jī)組而言,雖然抽真空后軸承下沉,但是帶有功負(fù)荷后軸承又會(huì)上抬,兩者對(duì)軸承標(biāo)高的影響部分抵消。如果安裝時(shí)僅考慮抽真空影響,人為將8#軸承標(biāo)高抬高,那么就有可能導(dǎo)致正常帶有功負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下8#軸承載荷較大和瓦溫較高。機(jī)組初定速時(shí)瓦溫為90℃左右,800MW時(shí)達(dá)到103℃,在此過(guò)程中8#軸承標(biāo)高上抬了0.4mm左右,說(shuō)明標(biāo)高變化和瓦溫之間有一定關(guān)聯(lián)。4轉(zhuǎn)速影響下軸頸中心偏移量升速過(guò)程中6#~9#軸承內(nèi)軸頸中心位置隨轉(zhuǎn)速變化情況如圖4所示?？梢钥闯?隨著轉(zhuǎn)速的升高,軸頸中心上抬,并順著轉(zhuǎn)速方向偏移,但是各軸承內(nèi)軸頸中心偏移量不等。垂直和水平偏移量見(jiàn)表2。5調(diào)節(jié)機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)差實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,真空和有功負(fù)荷變化對(duì)機(jī)組5#~8#軸承標(biāo)高的影響均較大。真空和有功負(fù)荷改變后,標(biāo)高的變化有一定慣性,需要一段時(shí)間才能穩(wěn)定。變真空瞬間,在突變外力作用下,排汽缸會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)擾動(dòng)響應(yīng)。運(yùn)行中如果真空調(diào)整幅度過(guò)大、過(guò)快,則很容易因汽缸瞬態(tài)擾動(dòng)破壞動(dòng)靜間隙而產(chǎn)生摩擦。由于真空和有功負(fù)荷變化對(duì)軸承標(biāo)高的影響部分抵消,正常帶有功負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的高低差比預(yù)期值要小。如果安裝時(shí)較多地考慮真空影響而將低壓轉(zhuǎn)子抬得過(guò)高,則很容易使8#軸承載荷過(guò)重,