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[案例分享] 大型汽轮机机组振动故障分析

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发表于 2018-7-4 08:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、大型汽轮机故障分析
  汽轮机组总是发生故障,主要是由于汽轮机进行长时间的运行从而导致其关键部位受到磨损,这样就对机组的正常运行产生了很大负面影响。据研究发现,振动是造成汽轮机磨损的重要原因,又有很多因素会导致汽轮机发生振动,比如进汽的参数、疏水、所用油的温度和质量等,这些因素都对机组的振动有很大的影响。可见,只要任何一个设备或介质都跟机组有关系,都有可能是机组发生异常振动的原因。

  二、常见汽轮机振动故障分析及处理
  1. 对汽轮机常见的异常振动进行分析并排除

  下面将会详细论述针对引起汽轮机组异常振动的主要原因,包括汽流激振、转子热变形、摩擦振动等三个主要方面:

  (1) 汽流激振与故障排除
  由于受到不均衡的气流冲击力,导致汽轮机组的叶片会发生汽流激振现象;而对于末级较长的大型机组来说,发生汽流激振现象的原因可能是由于在叶片膨胀末端,气体发生流道的紊乱。因此,较大量值的低频分量、振动的增大受负荷等等具有明显的影响,就成为汽流激振的明显标志。针对这两大特征,根据较长时间以来对每次机组振动记录的数据进行分析,将相关曲线绘制出来,再观察曲线的变化规律,总结成书面文字,方便以后的工作。经过一系列的实验表明,为了避免汽流激振的产生,可以采用降低负荷的变化速率的方式。

  (2) 由转子的热变形导致的机组异常振动特征和原因及其应对措施
  引发汽轮机振动的原因还有很多,例如转子发生的热变形。这种情况的发生在很大程度上取决于转子的温度以及蒸汽参数。转子的热变形大多数都发生在带负荷阶段,也就是在机组启机定速之后,增加的是一倍频振幅。此时,随着转子的温度越来越大,材质内应力发生释放,从而引起转子发生热变形。同时,随着一倍频振动的增加相位也发生变化,从而导致转子发生弯曲变形,就引发了转子的异常振动。

  (3) 摩擦振动的特征、原因与应对措施


  汽轮机的摩擦振动有三个主要特征:

    · 一是在转子发生热弯曲或热变形时,会产生新的不平衡力,这时候振动信号的主频仍然是工频,不过可能会出现少量分频、倍频和高频分量,这是因为转子受到冲击的影响。

    · 二是在汽轮机发生摩擦时,具有波动特性的幅值和相位,其波动可能持续比较长的时间。但是,如果摩擦比较严重,振动的振幅会急剧增大,其幅值和相位停止波动。


    · 三是汽轮机的降速超过临界状态时,相对于正常升速时汽轮机发生的振动一般要大很多,转子在停止转动后会发现大轴的晃度有了很明显的增加。


  2. 低压对轮螺栓挡风护板脱落

  国内多台机组在汽轮机冲转过程中,当转速达到某一数值时,#4、5、6轴振动突然增大,#5轴振动更是严重超标。紧急停机后,检查发现靠近#5轴承的对轮螺栓挡风板脱落。挡风板分上下两半,对轮上有一个环形槽,用螺丝把护板固定在环形槽内。由于飞护板尺寸太小,或是对轮螺栓不合适,导致护板没有完全固定在环月封n内,在离心力达到一定数值时,把固定螺栓剪断,因此安装时一定要确认护板尺寸大小合适,并固定于飞环形槽内,不得外露。

  3. 配套设备侧轴振超标

  发电机#7轴瓦振动超标在国内投产的多台机组中屡有出现,此处一般发生普通强迫振动,并与励磁电流有关,随其波动。导致此类情况发生的原因是发电机转子有变化的不平衡质量。例如:自身或其部件发生热变形、护环可恢复性位移、通风不顺畅、端部线圈热变形、转子与油挡、密封瓦摩擦。还有就是转子在制造厂“热老化”工艺过程不足。或者是转子线棒、槽楔随励磁电流的变化发生径向位移或匝间短路等电气故障。此类振动,现场一般的处理措施是:在低发对轮处加配重,并应兼顾低压缸两侧轴瓦振动。

  #8轴瓦振动超标,此处轴振动处于合格范围,而瓦振动严重超标。此处振动与低压侧轴瓦振动超标的原因基本相同,都是属于飞轴承座支撑轴瓦的刚度不够。因此,现场应注意以下几个环节:

    · 在机组的安装过程中,要保证发电机基础的二次灌浆质量,保证轴承座底板与台板、台板与基础、轴承座中分面间接触良好。


    · 保证发电机端盖螺栓紧力足够且均匀。并要做定子负荷分配,按照安装工艺要求阶梯形布置垫片,保证定子承载均匀。


    · 要避免氢气冷却器等部件产生共振引起发电机轴瓦振动增大。

  4. 低压侧轴瓦振动超标

  近年来国内大型机组低压侧轴瓦振动超标有以下几种:

    · 某机组#6轴振动合格,而瓦振动超标。分析此类情况的,轴振动不大,说明转子不存在激振力大问题,而轴瓦振动大,根据现场情况分析有可能是轴承座对轴瓦的支撑刚度不够所致。现场采取了一此加固措施,但效果并不理想。根本的方法还是应从设计入手,选取轴承座刚度好的材料和设计形式等。


    · 另外一种现象是某机组在试运行期间出现#6轴Y方向振动在一定范围内波动,而基频振动相对稳定,其两侧轴振动正常,同时在此振动轴承附近听到异音。经过现场分析判断,振动故障仅在#6轴承附近,随后停机检查#6轴瓦,发现上瓦块定位弹簧断裂,更换弹簧后机组重新启动,此处振动消失。


    · 再者就是振动方式以基频为主,幅值和相位基本稳定,这种振动一般可通过做动平衡得到改善。


  5. 励磁端轴振动超标

  #9车由承为滑环外种端支撑轴承,很多现场也发生过#9轴振动超标问题,在额定转速下#9轴承振动超标,通过试验发现此处振动随转速升高而增大。分析原因一般是设计和安装过程中存在一定的问题。由于飞发电机转子和延伸段采用三支撑结构,延伸端转子相对细且长,因此,当延伸端存在原始不平衡或发电机转子一延伸段联轴器安装超差,导致#9轴颈晃度偏大时,#9轴承处就很可能产生很大的轴振动。当发电机转子一延伸段联轴器连接螺栓紧力不足或不均匀时,随着运行时间的延长,联轴器中心也会发生偏差变化,从而引起不平衡,造成振动逐渐增大。一般此类情况现场最有效的办法还是动平衡。

  三、结 语
  汽轮机故障的危害非常严重,只有对异常部位进行定期检查和维护,才能减少汽轮机异常状况的发生。同时还要引进先进的管理技术,加强监督管理,尽可能的减少故障的发生。同时,发电厂还应该注意将技术引进和人才培养结合起来,不断创新岗位工作方式,加强技术性人才的培养,提高整体的工作效率和质量,从而促进大型发电厂机组的稳定运行。

  来源:北极星火电人公众号(ID:huodianjishu),作者:姜海富。

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