汽輪機非穩(wěn)定性振動診斷與分析

1、汽輪機非穩(wěn)定性振動診斷與分析<     1.前言1.1 設備簡介撫順發(fā)電有限責任公司2號汽輪發(fā)電機組（簡稱#2機），為東汽制造的200MW三缸兩排汽采暖、凝汽兩用式機組；該機組軸系較長，由高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子、發(fā)電機轉子和勵磁機轉子組成，各轉子之間為剛性靠背輪聯(lián)接，共有12個支持軸承及1個推力軸承。 2002年5月整套啟動、調(diào)試，6月移交生產(chǎn)；自調(diào)試起，#2機一直頻繁出現(xiàn)機組軸系偏心大、振動大 問題 ，且不穩(wěn)定。1.2 事件過程簡述2002年10月機組開始第一次小修，用時21天，揭高壓缸，重找各對輪中心，問題沒能解決。2003年4

2、月進行第二次擴大性小修，用時32天，揭高、中壓缸，調(diào)整通流間隙和對輪中心；高壓內(nèi)、外缸夾層溫差大得到解決，振動缺陷仍然存在。2003年7月為解決軸系振動問題將機組轉大修，用時42天，揭高、中、低壓三缸進行檢查調(diào)整，做轉子動平衡試驗，同時根據(jù)東汽意見調(diào)整軸瓦：減小了#1、#3瓦頂隙，#1瓦中心上抬10道，開機幾天后缺陷再度重現(xiàn)。2003年9月底，我公司改變調(diào)門進汽次序，由原1-2-3-4改為4-3-2-1（#3、#4調(diào)門在上方），維持幾天后，機組振動大問題又呈不穩(wěn)定性出現(xiàn)。此后，在中電投東北分公司指導下實施改變閥序抑制2號機間隙激振的方案，對#2機高壓調(diào)速汽門的重疊度進行了調(diào)整有所好轉；10月份

3、共發(fā)生18次，11月份僅發(fā)生5次，機組偏心、振動發(fā)生率得以控制。但在12月份投入采暖抽氣后，機組偏心越限、振動大的發(fā)生頻率和振動幅度均再度加劇，直到2004年2月3日#2機軸振動出現(xiàn) 歷史 最大值，持續(xù)運行近6分鐘后，機組振動全面回落至今一直處于歷史最好水平運行，并且經(jīng)歷了多次機組調(diào)峰及甩熱負荷的考驗。2.振動特征2003年10月4日6日，在機組不停機的情況下，對#2機振動進行了測試，其間多次測到振動增大的過程，發(fā)現(xiàn)#2機振動呈現(xiàn)如下特征：a.異常振動主要表現(xiàn)在#1、#2瓦軸振，它們分別可增大到160微米和240微米，#1瓦瓦振可達32微米，偏心測點振動最大大于450微米。b.通頻振幅增大的主

4、要成分是1倍頻分量，即工頻，占通頻振幅的85%以上；通頻振幅增大時，測點1X、1Y、2Y的2倍頻、3倍頻振幅同時也有增加；大振幅時#1、#2瓦振動中所含的低頻分量，如25HZ、28HZ的成分很小，在兩瓦測點一倍頻振幅增加的同時，沒有發(fā)現(xiàn)這些低頻分量有明顯地變化。表1：測試期間四次振動增加的通頻振幅最高值（微米）：        測點振幅    1X    1Y    2X  &

5、#160; 2Y    3X    3Y    4X    5X    偏心    150    103    209    103    111   

6、0;     58    104         140    99    226    110    112    98    61    

7、;     420    156    100    237    108    125    106    63         >445   

8、; 129    96    236    109    115    96    61         372     c.振幅增大的同時，#1、#2瓦軸振相位有明顯增加，最大變化量到500；因測試沒有安裝鍵相傳感器，

9、只好利用3X和4X作為基準比較得到的相位變化結果如下：        表2：兩次振動增加時相位的變化（時間間隔30分鐘）     d.測振表明，各次振動增大的過程可以分為兩個階段，第一階段，1X、2X振幅緩慢增加，1Y、2Y振幅以及各測點間隙電壓基本保持不變，持續(xù)約一小時左右后，進入第二階段，偏心讀數(shù)大于50微米，各測點振幅明顯增大，同時，#2瓦、#1瓦軸頸向上偏南（右）移動，這時開始調(diào)整負荷，持續(xù)數(shù)近1小時，振幅達到最高值后，開始緩慢下降，振幅下降恢復需要的時間約2小時，大

10、于增大的時間；e.振幅增加時，#2瓦軸頸相對軸承向上偏南移動約2245微米，#1軸頸有類似的移動，移動量較小，偏心測點移動量最大；表3：兩次振動增加時軸頸位置的變化量        測點向上位移    1X    1Y    2X    2Y    偏心    0 &#

11、160;  0.010mm    0.014mm    0.018mm    0.073mm    0.010mm    0.010mm    0.038mm    0.025mm    0.063mm     f.#1

12、、#2瓦振動增大時，#3瓦振動增加量很小，#4、5瓦振幅、相位均基本不變。3.引起振動原因分析3.1 排除汽流激振雖然在過去的處理過程中有單位將#2機的振動定性為汽流激振，但現(xiàn)已經(jīng)確切排除汽流激振的可能。汽流激振有兩個主要特征：一是應該出現(xiàn)較大量值的低頻分量；二是振動的增大受運行參數(shù)的 影響 明顯，如負荷，且增大應該呈突發(fā)性；這兩點#2機均不具備。在測振中只測到了很低的2728Hz的分量，有單位稱在#2機上測到量值為工頻振幅四分之一的28Hz分量，并以此判斷為汽流激振。低頻振幅大到何種程度才能算做汽流激振？根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，至少應該接近或等于一倍振幅。如果28Hz振幅為一倍頻振幅的四分之一，這個比

13、例過低。試想，如果一倍頻振幅為100微米，四分之一的一倍頻振幅28Hz分量僅為25微米，兩者之和也就是125微米，這種振幅不足以視為振動異常。汽流激振的低頻振幅和工頻振幅量值相當。#2機改變調(diào)門順序后一周內(nèi)振動趨于穩(wěn)定，對這種情況如何解釋？汽輪機的進汽口一般分布為幾個連續(xù)的圓周弧段，高壓蒸汽通過不同弧段的進汽會對轉子產(chǎn)生徑向作用力，這個力可以改變轉子相對于軸承和缸體的徑向位置，因此可能產(chǎn)生的不利后果有三：第一，如果造成轉子過大的位移，形成通流部分或汽封的徑向偏心，當構成適當?shù)拈g隙參數(shù)時，則會發(fā)生汽流激振；第二，如果造成轉子過大的上移，軸頸在軸承中的偏心減小，軸瓦負載減輕，軸承穩(wěn)定性降低，則會發(fā)

14、生油膜失穩(wěn)；第三，如果轉子偏心過大，會造成通流部分徑向間隙或軸端汽封間隙，甚至油檔間隙消失，引發(fā)動靜部件碰磨。上述三種情況中，前兩者均屬汽流影響造成的軸系失穩(wěn)，后者實質(zhì)是動靜碰磨。改變調(diào)門開啟次序，可以改變轉子工作狀態(tài)的位置(見圖2)，動靜間隙隨之變化。如果#2機發(fā)生碰磨的位置在上部，#3、#4調(diào)門全開 自然 可以壓低高壓轉子上浮量，減輕或消除碰磨。因此，改變調(diào)門次序振動短時間好轉實質(zhì)原因不是因為抑制了汽流激振，而是抑制了碰磨。3.2 排除轉子熱變形等造成在高負荷工況下汽輪機轉子以一倍頻振幅為主緩慢增大通常還有兩個原因：轉子熱變形和中心孔進油。轉子熱變形引發(fā)的振動特征是一倍頻振幅的增加與轉子溫

15、度和蒸汽參數(shù)有密切關系，大都發(fā)生在機組冷態(tài)啟機定速后帶負荷階段，此時轉子溫度逐漸升高，材質(zhì)內(nèi)應力釋放引起轉子熱變形，一倍頻振動增大，同時可能伴隨相位變化。#2機在正常帶負荷運行中振動增大，整個轉子和缸體的溫度場已經(jīng)均勻，如果存在內(nèi)應力，應在這之前早已釋放。中心孔進油同樣可以造成帶負荷階段轉子發(fā)生熱彎曲，進而出現(xiàn)一倍頻振幅緩慢增加的現(xiàn)象。一般情況，由于中心孔進油引發(fā)的振動在機組初始幾次啟機時振動不大，后期隨著油逐漸進入孔內(nèi)，振動問題突出。其特征主要為隨負荷增加振動增大，只有減負荷停機，調(diào)整其他運行參數(shù)均無效。而#2機的情況與此有些類似，但又不完全相象。關于#2機振動原因，還可以排除高中對輪緊力、

16、標高、對中存在缺陷；同時，也排除轉子原始質(zhì)量不平衡過大為主要原因。從機組調(diào)試階段初始幾次啟機情況看，過臨界的振動不大，況且在去年做了高速動平衡，原始質(zhì)量不平衡狀況良好。3.3 對歷史數(shù)據(jù)的分析從歷史數(shù)據(jù)反映，#2機自投運以來，振動狀況一起不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在#1、#2瓦，而且經(jīng)常在1000rpm暖機時就呈現(xiàn)增大，如：· 2002年6月25日，1450rpm暖機#1振動增大，兩次沖臨界未過； · 2002年7月18日，升速過臨界#1瓦振動80um，保護動作； · 2002年9月26日，汽機振動大跳機； · 2002年10月2日，1807rpm#1瓦振動100

17、um； 2002年10月第一次小修后：· 2002年11月3日，1000rpm暖機#2瓦軸振123um，上升到256um，降速暖機再升速，1000rpm#2瓦軸振53um； · 2003年1月15日，1773rpm跳機，#1瓦振100um，2X300um； · 2003年2月16日，帶負荷#1、#2瓦軸振增大； 2003年4月第二次小修后：· 2003年5月10日，1000rpm暖機偏心增大，#4、#2瓦軸振增大； · 2003年7月6日，1710rpm#1瓦振動80um，跳機； · 2003年7月7日，#2瓦軸振340um；偏心軸振大事故跳機； 2003年8月大修后振動仍然不穩(wěn)定：· 2003年8月24日，開機過程1000rpm中速暖機后升到1420rpm，1X、1Y、2X、3X、4X振動增大，只好降速暖機二次沖臨界。 上述記錄表明：#1、#2瓦的軸振、瓦振不穩(wěn)定，不只是在3000rpm和帶負荷過程，經(jīng)常在1000rpm暖機或升速過臨界時不穩(wěn)定。每次振動大停機，均可