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300 MW机组带负荷时振动增大的故障诊断 |
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| 300 MW机组带负荷时振动增大的故障诊断 |
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作者：佚名 文章来源：技术论文 点击数： 更新时间：2008-10-13 8:57:29  |
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1 设备概况
某厂＃2汽轮机型号为N300－16．7／537／537，是哈尔滨汽轮机厂引进美国西屋公司技术优化设计的亚临界、单轴、双缸双排汽、一次中间再热凝汽式汽轮机。机组轴系由8个轴承支撑，共有高中压（HP／IP）、低压（LP）、发电机（G）和主副励磁机（EX）4个转子，各转子之间均由刚性联轴器联接，见图1。低压转子2个轴承座在排汽缸上，推力轴承位于前轴承箱中。机组配备了BENTLY3300振动监测系统，此系统带有振动报警和跳闸保护，报警值为125μm，跳闸值为254μm。
2 故障过程
机组于1996年12月完成168 h试运行，1998年2月进行了第1次大修。大修后对启动过程进行了振动监测。1998年3月22日进行冲车，升速过程、定速和超速过程振动均较小。机组带46 MW负荷暖机时振动也较小，见表2。此时由于锅炉过热器、再热器减温水门故障，主汽温在8：53至9：33间由550℃下降到500℃后回升，再热汽温由8：58至9：33由535℃下降至422℃回升，但9：52主汽温又下降，至10：28由520℃下降到445℃，再热汽温从10：00到10：15由510℃降至455℃，紧急处理后汽温回升，10：55恢复。10：05运行人员发现机组各瓦振动均在逐渐增大，胀差、轴位移变化不明显，由于振动保护都投入运行，故对振动过程进行了观察。10：42＃3轴振达145μm后不再上升，10：50开始下降，随后其余各瓦振动也开始下降，最终恢复到故障前的水平。主汽温及再热汽温变化过程中，各瓦振动的最大值见表2。此次振动特点：
a．振动首先出现在＃3、＃4瓦，之后波及到其余各瓦，消失时也是这2个瓦振动先降低，随后其余瓦降低，整个过程持续约2 h。
b．各瓦振动是逐渐增大，不是突变，振动相位逆转向变化，最大振动值没有到跳闸值。
c．振动最终恢复到振动增大前的水平。
d．振动波形基本为正弦波，对振动进行频谱分析，各瓦基频（转速频率）为主频，几乎没有低频，含有的少量高频同事故前相同，振动的增大是基频振动的增大。
e．振动增大时除了汽温变化外，其余参数没有明显变化。
3 振动故障分析诊断
振动增大和消失均是从＃3、＃4瓦开始，其余各瓦随后变化，由此可判断振动是低压转子故障所致，其它瓦的振动则是通过刚性联轴器传递的。
激振力和支撑系统（轴承座）刚度是决定振动的2个因素。机组在额定转速下及带负荷时振动均不大，说明轴承座刚度正常；另外，低压缸在低负荷时蒸汽参数较低，且机组的膨胀死点在低压缸的中部，故低压缸膨胀量很小，可以排除由于膨胀不畅造成的轴承座刚度下降。因此，振动是由激振力引起。
汽轮机带负荷运行中发生振动的主要原因有：
低频自激振荡、转子上转动部件飞脱、联轴器与转轴配合紧力不足、转轴与水接触以及动静碰摩等。由频谱分析，各瓦基频振动占通频振动的90％以上，几乎没有低频，因此振动类型为不稳定普通强迫振动；转子上转动部件飞脱，对转子将产生一个不平衡力冲击而激起瞬态响应，具有普通强迫振动的突变性，而且瞬态响应消失后一般产生稳态的不平衡振动，与本次振动不同；由于振动消失后复原，可以排除联轴器与转轴配合紧力不足引起的振动变化；当转轴与水接触时，由于轴与水存在温差，转轴遭到局部冷却形成不对称温差，这种温差引起转子热弯曲的最大特点是振动在较短时间内急剧增大，发生振动时的工况往往是不定的，且振动时大时小，也与这次振动不相符。
摩擦振动是转动机械动静部分摩擦使转子局部发热产生热弯曲，从而引起振动的增大。工作转速下动静碰摩引起振动的特点：
a．易在新投运机组或大修后发生 这次启动是大修后第1次启动，大修中动静间隙如果控制不当，在某一外界因素扰动下就容易发生摩擦振动。
b．振动幅值变化 摩擦引起振动的变化趋势有2种。当摩擦产生的热不平衡量与转子残余不平衡量叠加后大于残余不平衡量，摩擦会进一步加剧，转子热弯曲增大，使转子新的热不平衡量再增大，形成越摩越弯、越弯越摩的恶性循环，表现在振动振幅的持续、迅速增大，这种情况对机组安全威胁最大，启动过程中发生的一般是这种振动。另一种情况是当引起摩擦的因素消失后，经过一段时间的摩擦，动静部分脱离接触，摩擦自动脱离，转子振动逐渐恢复正常。一般工作转速下的摩擦为后者，但当转子残余不平衡量较大时容易表现为前者。
c．振动相位变化 摩擦发生时，转子的振动取决于转子残余不平衡量与热弯曲产生不平衡量的矢量合成，由于转子高速旋转，后者大小和方向会不断变化，引起振动相位的变化。
d．易在低压转子上发生 从现场机组运行情况来看，启动中发生的转轴碰摩，绝大部分是在高压转子上；工作转速下发生的转轴碰摩大部分发生在低压转子上，文献［1］中对产生这种现象的原因进行了初步分析，认为高压转子不仅在整个轴系中其径向间隙最小，启动中转子与汽缸同心度变化较大，且高压转子相对振动较大，因此启动中高压转子易发生碰摩，而低压转子启动中很少发生碰摩。工作转速下高低压转子发生摩擦的几率相同，但由于高压转子具有较大的相对振动，因此动静部件耐摩性较差而能较快的脱离摩擦，另外转子质量较小，且轴承座刚度大，因此在一定的转子热弯曲数值下，振动振幅变化较小易被忽视，但对于低压转子因结构和支承刚度低等原因，运行中径向间隙变化发生摩擦，由于转轴相对振动较小，动静部件格外耐摩，因此呈现较大和长时间的振动。
分析认为，本次振动特点符合工作转速下摩擦振动的一般规律，在排除其它原因后，可以认为振动是由于动静碰摩引起。由于转子原始残余振动较小，故振动发展不大。当引起摩擦的因素消失后，经过一段时间摩擦自动脱离，振动逐渐恢复正常。
导致摩擦的因素很多，现场一般无法确定原因和具体部位。由本次振动可以看到，运行中发生变化的参数是汽温，分析认为是再热汽温变化使得进入低压缸的蒸汽参数变化，造成低压部分动静间隙变化引起摩擦。汽温保持基本稳定后，通过一年多的运行，机组振动稳定，再没有出现过上述现象。
4 结论
本次振动是由于动静碰摩引起，其根本原因是汽温变化幅度太大且太快。运行中应将温度变化率控制在规程规定的范围内，如果超标则应严格按运行规程进行处理。
参 考 文 献
1 施维新．汽轮机工作转速下轴振碰磨的振动特征及其诊断．电力技术，1994（3）
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