大型机组不同碰磨类型引起的振动原因分析——很具有现场参考价值

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楼主 2022-01-11 07:32:12
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发电机组碰磨诊断及处理
发电机组振动诊断




       现代大型汽轮发电机组效率高,隔板汽封、叶片围带汽封和轴端汽封等部位动静部分之间的径向间隙小,由于轴振动大、转子热弯曲、不对中、汽缸变形或跑偏、管道作用力和轴承标高变化等原因,很容易使径向间隙消失,导致汽轮机内部发生动静摩擦。轻则使机组出现强烈振动,严重时可以造成大轴永久弯曲,甚至整个轴系损毁。 近几年来,很多机组大修后在第一次开机或带负荷过程中都因为汽轮机发生动静摩擦使振动增大而不能正常运行


1 摩擦振动的机理和故障特征
       对汽轮机转子来讲,摩擦可能产生抖动、涡动等现象,但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的,重摩擦侧温度高于轻摩擦侧,导致转子径向截面上温度不均匀,局部加热造成转子热弯曲,产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。摩擦振动的主要故障特征为:① 由于摩擦使转子发生了热弯曲将产生新的不平衡力,因此振动信号的主频仍为工频,但是由于受到冲击和一些非线性因素的影响,可能会出现少量分频、倍频和高频分量,有时波形存在明显的“切顶”现象。 ② 发生摩擦时,振动的幅值和相位都具有较大的波动特性,波动持续时间可能比较长。摩擦严重时,幅值和相位不再波动,振幅会快速急剧增大。 ③ 降速过临界时的振动值一般较开机正常升速时增加较多,停机后转子静止时,测量大轴的晃度比原始值明显增加。


2、开机过程中的碰磨
       汽轮机型号为N 362. 5- 16. 7/537/537,是英国G EC 公司制造的三缸两排汽凝汽式机组,高压转子、中压转子和低压转子分别由两个落地式轴承支撑。机组于1991 年11 月投人运行,1999 年5 月第一次大修后,前三次开机都因带负荷过程中轴振动lx 不断增加,最后高达185 um 以上而不得不停机。1)转速3 000 r/m in 时,除1x 为94 um 外其他轴振动都很小。机组带负荷过程中,随着时间增加轴振动1x 的幅值和相位呈准周期性变化,时间约2-3h,且振动峰值一次比一次大,到停机前已达 194um ,与此同时,高、中压转子轴振动其他测点的变化趋势都与之相同(图1、表1)

(2) 升速过程中,轴振动lx 最大为114um ,其他的小于90 um ,停机降速时,高中压转子轴振动与开机时比较大幅度增加,特别是高压转子最大振动分别达278- 291um ,中压转子轴振动也有不同程度的增加,4x 最大为170um (如表2) 

(3) 根据带负荷过程中轴振动幅值和相位的周期性变化及停机时高压转子过临界轴振动的显著增加,可以判断机组运行时汽轮机高压缸内存在动静摩擦,转子产生的热变形增加了新的干扰力从而使轴振动增加,并影响到中压转子。

       大修中,检查发现高压下缸靠近# 2 轴承侧底部有摩擦痕迹,但对汽轮机通流间隙未作大的调整。由于机组热膨胀、变形或抽汽管道作用等都有可能改变汽缸内部原来已调整好的径向间隙,使其变得不均匀而发生动静摩擦。由于汽封片的弹性较好、退让余地较大,运行中难以磨损。
(4) 为消除高压汽缸内的动静摩擦,根据大修检查发现的情况,同时减薄了高压缸猫爪下面四个垫块的厚度0. 10 m m ,使高压缸整体高度降低,从而相应增加转子与汽缸下部的径向间隙。 机组并网带负荷运行一段时间后,轴振动lx 慢慢地稳定在100um以内,对负荷变化也没有前几次敏感。说明汽轮机内部虽然还有摩擦,但比以前大大地减轻了,机组可以带满负荷运行。


3、带负荷过程中的碰磨
汽轮机型号为N 300- 16. 7/537/537-4(高中压合缸) ,是东方汽轮机厂制造的亚临界中间再热、双缸双排汽凝汽式机组。 轴系有高中压转子、低压转子、发电机转子和励磁机转子,汽轮机 1- 2 号轴承为落地式,3^-4 号瓦座落在排汽缸上。(1) 该机1998 年下半年完成整套启动调试,运行一年多以后,2000 年4-6 月进行第一次检查性大修。大修后开机升速过程中轴振动最大为66um ,转速3 000 r/m in 时,汽轮机轴振动最大仅53. 7 um。并网带低负荷(< 56 M W ) 时,汽轮机振动不稳定,呈准周期性变化,时间约3 小时,振动振幅和相位变化范围如表3

(2) 11 日 0:00- 7:40 负荷稳定在180 M W 左右,从2:15 开始汽轮机振动慢慢发生变化,# 1 轴振动幅值和相位变化不大、# 2 轴振动幅值增加,# 3,# 4轴振动幅值减小、相位角增加,尤其是4X 相位变化达430度;7:05 开始,汽轮机低压转子轴振动快速增加,20 m in 内3X ,4X 分别达170um ,195um ,降负荷到110 M W 左右振动开始减小,9 :00 以后机组振动才稳定到正常值。
(3) 12 日5:00 左右,两台给水泵小汽机同时运行,大汽轮机轴振动又快速增加,30 m in 内3X , 4X分别达107um ,178 um ,相位分别增加110,179 度。同时高中压转子轴振动也有所增加。 保留一台小汽机运行停另一台小汽机以后,主机的振动又很快降低到原来的水平。

       根据机组结构和振动变化时间分析,另一台小汽机投退对主机振动影响主要是凝汽器真空变化的结果。投人另一台小汽机以后凝汽器真空提高,大气压力的巨大作用力使低压缸体变形,从而导致低压通流径向间隙消失,发生的动静摩擦使转子产生热弯曲。进行真空变化试验时,启动一台真空泵真空仅提高了2 kPa,汽轮机轴振动立即增加,真空泵停运以后振动马上恢复。

(4)从机组带负荷后多次出现的异常振动分析,当时都已经发生了动静碰摩,且故障位置都是在低压缸内。说明机组带负荷后,低压缸的变形或位移是相当大的,经过多次摩擦,原来接触的地方已经磨出些许间隙,但在某些运行参数改变时,动静部分间隙有可能又消失了,从而再次产生碰摩使机组振动变化 。


4、开机过程中的碰磨振动

        N 125-135/550/550 型超高压、中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机。200。 年由东方汽轮机厂采用多项先进技术对该机进行了技术改造,更换了汽轮机转子、叶片和隔板以及高中压汽缸,改造完成后2000 年10 月上旬进行了启动调试。
(1) 在第3, 10 次开机升速过程中,因为高中压转子轴振动增大到260um 使机组保护动作,停机降速过程中,高中压转子轴承振动最大为141um (图2) ,盘车时测量晃度值达0. 22 m m 。 很显然,启动过程中高中压缸内部已经发生了动静摩擦,使高中压转子产生热变形。

(2) 由于通流部分尤其高中压轴封间隙很小,第 3 次开机前因为现成动平衡加重时间较长的影响,汽轮机转子存在一定的临时热弯曲,第10 次开机时高中压缸上、下温差较大,汽缸存在热变形;它们都将使径向间隙减小甚至消失,导致动静部分发生碰磨。在前两次加负荷到100 M W 左右时,# 1 轴振动增大到110- 120um ,相位角增加300-400度,也是高中压汽缸内发生轻微的摩擦所至。


5、小结

(1) 由于汽轮机动静径向间隙小,启动前轴偏心、汽缸温差、差胀等重要参数一定要控制在规程规定的范围内,否则摩擦将使转子弯曲引起振动增加,甚至机组无法启动 。

(2)在启动过程中,机组发生动静摩擦时不能强行升速,否则容易造成大轴永久弯曲。如果转速在临界转速以下,应该立即打闸停机,盘车一段时间正常后再启动;如果在临界转速以上,在振动可以控制的转速上多停留一段时间,磨合出一定的间隙后再升速。
(3)如果摩擦发生在带负荷阶段,只要控制振动在一定的范围变化,可以观察运行“段时间,以磨合出适当的间隙;如果振动不断增加,应该降低负荷或打闸停机,以免危害机组安全。

     




振动诊断







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