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某燃?xì)廨啓C(jī)振動(dòng)故障分析
大型機(jī)車啟動(dòng)、調(diào)整和方便。它是中國的重要調(diào)峰機(jī)組之一,在確保電網(wǎng)安全,減少co和so2排放方面發(fā)揮著重要作用。然而目前大型燃?xì)廨啓C(jī)在實(shí)際運(yùn)行中頻頻出現(xiàn)油膜振蕩故障,影響了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。通過分析某燃?xì)鈾C(jī)組的油膜振蕩故障,診斷出故障原因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)高溫氣體泄漏,并且已有多起相同原因引起的振動(dòng)故障,應(yīng)引起重視。1機(jī)組主要參數(shù)及振動(dòng)點(diǎn)布置該機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)分別選用美國GE公司生產(chǎn)的PG9315FA型、D10型有再熱系統(tǒng)的三壓雙缸雙流式汽輪機(jī)和390H型氫冷發(fā)電機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛性串聯(lián)在一根長(zhǎng)軸上(見圖1),額定轉(zhuǎn)速為3000r/min。機(jī)組主軸分為4段:燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、高中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,均為整鍛實(shí)心轉(zhuǎn)子,每段轉(zhuǎn)子由2個(gè)徑向軸瓦支撐。圖1中1,3,4,5為可傾瓦軸承;2,6,7,8為橢圓瓦軸承。機(jī)組振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置如下:1~8號(hào)軸承均裝有2個(gè)電渦流傳感器。2個(gè)渦流傳感器相互垂直安裝,自燃?xì)廨啓C(jī)向發(fā)電機(jī)方向看,左45°為X方向,右45°為Y方向。機(jī)組配備1套systemone汽輪機(jī)診斷監(jiān)視系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)。2振動(dòng)的發(fā)生及特征某日12:51,機(jī)組帶基本負(fù)荷345MW運(yùn)行時(shí),3X和3Y(即3號(hào)軸承X和Y方向,以下以此類推)軸振動(dòng)突然從0.03mm和0.04mm上升到0.09mm和0.14mm,當(dāng)時(shí)主汽壓9.52MPa,主汽溫563℃,潤滑油溫43℃無波動(dòng),1號(hào)瓦溫110℃,3號(hào)瓦溫82℃,燃?xì)廨啓C(jī)排氣分散度無異常,就地檢查無異常。減負(fù)荷到330MW,振動(dòng)無明顯下降趨勢(shì)。14:41,3Y軸振達(dá)到0.15mm報(bào)警,減負(fù)荷至300MW。16:00,3Y軸振在0.13~0.14mm波動(dòng)。16:12,負(fù)荷300MW,3X和3Y軸振突然從0.10mm和0.13mm下降到0.03mm,當(dāng)時(shí)主汽壓8.81MPa,主汽溫565℃,潤滑油溫45℃無波動(dòng),1號(hào)瓦溫110℃,3號(hào)瓦溫83℃。查閱歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)機(jī)組自啟動(dòng)以來十多天內(nèi),已多次發(fā)生突發(fā)性振動(dòng)變化,且振動(dòng)幅值一次比一次大,而這次異常振動(dòng)的振幅變化值最大,機(jī)組不得不降負(fù)荷運(yùn)行。從運(yùn)行記錄看,振動(dòng)異常時(shí),提高潤滑油溫和降低負(fù)荷對(duì)消除振動(dòng)有一定的效果。如圖2—4所示,以3號(hào)軸承振動(dòng)情況為例,分析此次機(jī)組的故障現(xiàn)象及原因。由歷次振動(dòng)突變情況可知,3X和3Y振動(dòng)為突然上升,振動(dòng)上升時(shí),工頻分量基本不變,其相位也沒有變化,可排除碰摩和轉(zhuǎn)動(dòng)部件脫落的可能性。查閱3X和3Y的頻譜圖,發(fā)現(xiàn)在振動(dòng)突然上升的時(shí)候出現(xiàn)了低頻分量,3Y振動(dòng)頻率以21.8Hz為主,其幅值為0.113mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工頻分量,如圖3、圖4所示。3X和3Y這段時(shí)間的頻譜分析顯示出以21.8Hz為主的低頻分量。當(dāng)振動(dòng)突然下降時(shí),低頻振動(dòng)消失,振動(dòng)恢復(fù)到以工頻為主。振動(dòng)特征分析如下:(1)3X和3Y軸振具突發(fā)性,如圖2所示,振動(dòng)呈階躍變化。1min之內(nèi),3X和3Y軸振動(dòng)突然從0.03mm和0.04mm上升到0.09mm和0.14mm。(2)突變前后工頻振動(dòng)幅值基本無變化,而低頻分量變化較大,以21.8Hz為主的低頻分量占主導(dǎo)地位。(3)振動(dòng)不穩(wěn)定。低頻振動(dòng)突然出現(xiàn)時(shí),通頻振動(dòng)在一定幅值下波動(dòng)爬升,而且低頻振動(dòng)又會(huì)突然消失及再次出現(xiàn),波動(dòng)過程并無明顯的規(guī)律可循。(4)與運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系。多次突變振動(dòng)的出現(xiàn)和消失,均在負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),負(fù)荷下降時(shí),偶爾也會(huì)使突變振動(dòng)消失,但不是每次降低負(fù)荷均有效果,突變振動(dòng)與負(fù)荷關(guān)系并不明顯,不是決定性因素。突變振動(dòng)對(duì)潤滑油溫較為敏感,提高潤滑油溫能使振動(dòng)減少或消失。3油膜搖晃故障原因分析3號(hào)軸振的振動(dòng)特征和低頻分量的出現(xiàn),充分說明了該機(jī)的高中壓轉(zhuǎn)子已經(jīng)發(fā)生了油膜振蕩,低頻渦動(dòng)的頻率為0.44倍工頻。3.1熱下軸承的穩(wěn)定性和熱風(fēng)險(xiǎn)(1)擾動(dòng)力過大。動(dòng)靜碰摩引起的轉(zhuǎn)子熱不平衡,或工質(zhì)溫度與轉(zhuǎn)子溫度不匹配造成轉(zhuǎn)子溫度分布不均勻發(fā)生熱不平衡,使軸頸在軸承內(nèi)擾動(dòng)過大,易發(fā)生油膜失穩(wěn)故障。(2)軸承型式影響。不同型式軸承的穩(wěn)定性差別較大,可傾瓦軸承是目前現(xiàn)場(chǎng)使用的穩(wěn)定性最高的軸承。(3)軸承負(fù)載。在運(yùn)行過程中,由于機(jī)組的熱變形,轉(zhuǎn)子在油膜中浮起,加上真空度、地基不均勻下沉等因素的影響,軸系對(duì)中情況將發(fā)生變化,即各軸承的標(biāo)高產(chǎn)生起伏。因此,熱態(tài)下機(jī)組軸承負(fù)荷將重新分配,有可能使個(gè)別軸承過載,出現(xiàn)溫升過高和燒瓦;個(gè)別軸承的負(fù)荷偏低,產(chǎn)生油膜振蕩或其它異常振動(dòng)。(4)軸承進(jìn)油溫度和潤滑油粘度。隨著潤滑油粘度的增加,轉(zhuǎn)子油膜失穩(wěn)的工作轉(zhuǎn)速點(diǎn)下移,從而降低了整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性,油溫變化則改變了油的粘度,軸承的工作點(diǎn)、油膜剛度和阻尼系數(shù)都將發(fā)生變化,一般情況下,油溫高,最小油膜厚度小,偏心率大,穩(wěn)定性增加,軸承不易產(chǎn)生油膜振蕩。(5)軸瓦間隙。過大的軸承頂隙使軸頸上部的油膜力下降,即降低了軸承的載荷,使得軸承偏心率降低,軸承穩(wěn)定性下降。3.2故障機(jī)組及分析結(jié)合上述影響因素,分析機(jī)組產(chǎn)生油膜振蕩故障的原因如下:(1)不平衡力的因素。高中壓轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)的工頻分量很小,啟動(dòng)過程中未發(fā)生半速渦動(dòng)現(xiàn)象,機(jī)組在故障發(fā)生前沒有出現(xiàn)致使轉(zhuǎn)軸彎曲的故障特征,由此可以排除因?yàn)檩S頸不平衡過大而導(dǎo)致油膜振蕩的可能。(2)軸瓦的穩(wěn)定性是由軸承設(shè)計(jì)、軸承負(fù)載和軸承潤滑油溫度及粘度決定的。燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)使用比壓較大的軸承,且機(jī)組此前近2年的運(yùn)行中沒有發(fā)生過油膜失穩(wěn)故障,該機(jī)組的油膜振蕩現(xiàn)象遠(yuǎn)比文獻(xiàn)中的機(jī)組要輕微,所以可以認(rèn)為在設(shè)計(jì)方面軸瓦穩(wěn)定性沒有問題,也就是說不會(huì)因?yàn)檩S瓦結(jié)構(gòu)上的原因引起油膜振蕩。查閱安裝檢修記錄,軸承座間隙、軸承座標(biāo)高、軸瓦緊力、聯(lián)軸器安裝均在合格范圍之內(nèi)。(3)軸承冷態(tài)負(fù)載變化。從現(xiàn)場(chǎng)了解到,燃?xì)廨啓C(jī)此前不久曾有一次小修,對(duì)燃機(jī)-汽機(jī)轉(zhuǎn)子中心進(jìn)行過重新調(diào)整,小修前,機(jī)組未曾出現(xiàn)過軸系失穩(wěn),基本負(fù)荷工況下3號(hào)瓦溫91℃,1號(hào)瓦溫110℃。修后,基本負(fù)荷工況下3號(hào)瓦溫87℃(未發(fā)生油膜失穩(wěn)時(shí)),比修前低4℃。說明這次對(duì)轉(zhuǎn)子中心的調(diào)整使3號(hào)軸承負(fù)載有所降低,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度已經(jīng)有所下降。(4)軸承熱態(tài)負(fù)載變化。油膜振蕩消失之后會(huì)再出現(xiàn),且發(fā)生油膜振蕩時(shí),3號(hào)瓦溫僅82℃,離正常運(yùn)行時(shí)的87℃仍有偏差,說明軸承的負(fù)載在進(jìn)一步減輕,高中壓轉(zhuǎn)子還在進(jìn)一步上浮,認(rèn)為存在其他故障源降低了3號(hào)軸承的負(fù)載,導(dǎo)致軸系失穩(wěn)。(5)燃?xì)廨啓C(jī)存在高溫氣體泄漏。從振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析來看,2個(gè)軸承的振動(dòng)振幅總是3號(hào)軸承較高,所以認(rèn)為故障源應(yīng)該在3號(hào)軸承側(cè),極有可能與燃?xì)廨啓C(jī)部分有關(guān)。與其他運(yùn)行機(jī)組參數(shù)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)發(fā)生油膜振蕩故障的機(jī)組中,1號(hào)軸承所在燃?xì)馔钙介g的溫度偏高,最高達(dá)到170℃,而其他正常運(yùn)行機(jī)組,燃?xì)馔钙介g溫度一般不超過120℃,2號(hào)機(jī)組燃?xì)馔钙介g偏高,說明燃機(jī)部件存在高溫氣體泄漏。從燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)圖可以看到在燃機(jī)缸體1號(hào)瓦和2號(hào)瓦側(cè)各有1個(gè)用來支撐缸體的錨固支架,其受熱膨脹會(huì)影響旁邊軸承的高度。而由于散熱方面存在缺陷,錨固支架會(huì)出現(xiàn)受熱不均的現(xiàn)象。尤其是1號(hào)瓦側(cè)支架靠近燃?xì)鉁u輪,溫度較高,且冷卻效果較差,膨脹量更大,致使1號(hào)瓦相對(duì)抬高。由于1號(hào)瓦和3號(hào)瓦相鄰,1號(hào)瓦抬高導(dǎo)致了3號(hào)瓦也相應(yīng)抬高,使3號(hào)瓦的負(fù)載相對(duì)減小,影響了軸瓦的穩(wěn)定性,產(chǎn)生了油膜振蕩。正常情況下,支撐燃?xì)廨啓C(jī)缸體的支架引起的3號(hào)瓦熱態(tài)標(biāo)高變化,并不會(huì)引起油膜振蕩故障。但是,該燃?xì)廨啓C(jī)在1號(hào)瓦側(cè)還存在漏氣,機(jī)艙里燃燒筒聯(lián)煙管的高溫部件有泄漏,高溫部件的漏氣使得錨固支架的受熱膨脹量更大,致使1號(hào)瓦標(biāo)高進(jìn)一步抬高,造成3號(hào)瓦的負(fù)載進(jìn)一步減輕,從而出現(xiàn)了油膜振蕩故障。綜上所述,小修時(shí)中心調(diào)整使軸承負(fù)載偏輕,是發(fā)生油膜振蕩的一大誘因,而燃?xì)廨啓C(jī)高溫氣體的泄漏則進(jìn)一步降低了3號(hào)軸承的負(fù)載,從而導(dǎo)致3號(hào)瓦、4號(hào)瓦軸承的油膜振蕩故障。4燃機(jī)-汽機(jī)轉(zhuǎn)子中心失穩(wěn),影響系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展在保障機(jī)組正常安全運(yùn)行的前提條件下,采取以下解決措施:(1)提高潤滑油溫。根據(jù)文獻(xiàn)的經(jīng)驗(yàn),潤滑油溫可以提高到49℃長(zhǎng)期運(yùn)行。運(yùn)行中應(yīng)注意各參數(shù)的穩(wěn)定性,特別注意3號(hào)瓦溫的情況,要求3號(hào)瓦溫不能低于85℃,如出現(xiàn)3號(hào)、4號(hào)瓦振動(dòng)突升,應(yīng)馬上提高潤滑油溫。(2)加強(qiáng)燃?xì)馔钙介g的溫度監(jiān)視,采取措施保證燃?xì)馔钙介g的溫度小于120℃,如有停機(jī)機(jī)會(huì),應(yīng)查找燃機(jī)機(jī)艙內(nèi)的泄漏點(diǎn),并進(jìn)行處理。(3)重新調(diào)整燃機(jī)-汽機(jī)轉(zhuǎn)子中心,提高3號(hào)軸承標(biāo)高和轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。采取上述措
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