亞臨界600mw機組暖機振動故障分析及處理

該發(fā)電廠的一臺機組是由上海汽輪廠制造的一輛單軸混凝土破汽機。電機型號為n6-16。7、537、537，配備qfsn-600-2型裝置。機組軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、2個低壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子和勵磁機轉(zhuǎn)子及相應(yīng)的11個支承軸承組成,各轉(zhuǎn)子之間均采用剛性聯(lián)軸器連接。1號至4號、11號軸承為可傾瓦軸承,5號軸承為混合瓦(上部圓瓦,下部可傾瓦)軸承,6號至10號軸承為圓柱形軸承。該機組曾出現(xiàn)過斷油燒瓦事故,致使機組1號至4號、8號、10號瓦軸振測量面存在缺陷,軸振中含有較高比例的虛假信號,測量顯示數(shù)據(jù)大于真實振動水平。機組大修后啟動,在高速暖機過程中,存在部分瓦軸振動持續(xù)不穩(wěn)定增長及軸瓦溫高的問題,停機后3號瓦出現(xiàn)轉(zhuǎn)子抱死現(xiàn)象。為此對升降速過程的振動特征及翻瓦數(shù)據(jù)進行分析,認為導(dǎo)致3號、8號瓦溫高的原因不同,采取相應(yīng)方法處理后,瓦溫高的現(xiàn)象得到有效改善。機組再次啟動過程中,出現(xiàn)了振動保護動作跳機,通過分析振動特征,確認是虛假信號干擾導(dǎo)致的,不能反映真實的振動水平。為此,對部分瓦軸振的報警值進行修正,使機組順利啟動。1故障原因分析機組大修后啟動,摩擦檢查無異常后直接升速至2370r/min進行高速暖機。該過程中,3號瓦X、Y方向軸振呈現(xiàn)穩(wěn)定爬升的趨勢,振動增長量以工頻分量為主,同時工頻相位也有一定的變化(如圖1所示),相鄰的2號、4號瓦也出現(xiàn)相同的振動趨勢,但變化相對輕微,分析振動特征認為機組存在動靜碰摩故障。期間采取調(diào)整軸封溫度、軸承供油溫度等措施,但軸振增長趨勢均無明顯改善,同時,3號、8號瓦溫仍相對偏高(見表1)。根據(jù)歷史經(jīng)驗,預(yù)測工作轉(zhuǎn)速狀態(tài)下瓦溫存在超標的可能,不利于機組長期運行,決定停機檢查處理。停機過程中,3號瓦Y方向軸振最大達到518μm,遠超過升速過程峰值258μm及大修前停機過程峰值156μm,主導(dǎo)變化仍為工頻分量,峰值對應(yīng)轉(zhuǎn)速也相應(yīng)發(fā)生變化,如圖2所示。分析其振動特征,確認整個暖機及停機過程轉(zhuǎn)子持續(xù)發(fā)生了碰摩故障,停機過程碰摩更為劇烈。碰摩故障是新裝或大修后機組常見的振動故障,摩擦部位包括:轉(zhuǎn)軸和烏金、轉(zhuǎn)軸和密封瓦、轉(zhuǎn)軸與汽封、轉(zhuǎn)軸與油擋、葉尖與汽缸等。由于軸封處間隙相對最小,因而故障點發(fā)生在該處相對較多,在短期內(nèi),其故障處理方法較為單一,主要是通過低速盤車降低轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的熱彎曲量,并采用摩擦方法擴大動靜間隙來解決的。暖機過程中導(dǎo)致軸瓦溫度高的原因主要有負載過重、供油不足、軸瓦磨損、軸瓦間隙小、測溫元件問題及軸瓦載荷不均等。對運行參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)進行分析,排除了供油不足的可能;機組已運行多年,軸瓦參數(shù)完全可以滿足支承及潤滑的需要;3號瓦和8號瓦上均安裝有兩個溫度測點,測溫元件同時故障可能性較小。判斷是承載過重的可能性較大,初步?jīng)Q定對軸承座的標高進行調(diào)整。根據(jù)歷史經(jīng)驗,計劃將3號、8號軸承座的標高各降低200μm,以降低軸承載荷,同時避免過多的調(diào)整引起兩側(cè)軸承承載過重。在機組缸溫度冷卻到合適后進行了翻瓦處理,發(fā)現(xiàn)3號軸承存在以下問題:a)軸承凹窩處接觸面積不足;b)瓦塊與軸承外蓋間銷柄存在卡澀、磨損現(xiàn)象;c)瓦塊烏金上有輕微刮擦損傷痕跡;d)油囊深度由1.61mm減小至1.56mm;綜合上述振動特征及翻瓦數(shù)據(jù),確定造成3號瓦溫高的原因是由于銷柄卡澀導(dǎo)致軸瓦與轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦,摩擦產(chǎn)生熱量造成瓦溫偏高,非承載過重引起。最終決定只調(diào)整8號軸承座的標高,3號軸承維持當前標高不變,但需對3號軸承摩擦痕跡部位進行修刮處理。軸承復(fù)裝后,銷柄卡澀故障得以消除,軸瓦安裝參數(shù)合格。機組于次日0時12分再次沖轉(zhuǎn),直接升速至2370r/min進行高速暖機,3號、8號瓦溫得到有效降低,暖機過程瓦溫趨勢穩(wěn)定,且相鄰軸瓦溫度也未出現(xiàn)較大增長(各軸瓦溫度見表2),標高調(diào)整取得了較好效果。2振動信號分析高速暖機過程,各瓦軸振趨勢較穩(wěn)定,無異常變化,但次日3時39分,機組振動保護動作跳機。查看歷史數(shù)據(jù),外接振動數(shù)據(jù)采集儀表與電廠數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)顯示的各瓦軸振都在合格范圍內(nèi),且趨勢平穩(wěn)。技術(shù)人員經(jīng)多次查驗確定是3號瓦軸振超過報警值,觸發(fā)保護跳機。該電廠汽輪機監(jiān)測系統(tǒng)軸振保護邏輯設(shè)置是單個瓦軸振跳機值為254μm,同時相鄰單個瓦軸振報警值為125μm,不延時進行汽輪機組跳閘。通過查看電廠自備BentlySystem1振動測試分析系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)3號瓦軸振在5s內(nèi)從168μm增大到295μm,2號瓦軸振在125μm以上(如圖3所示),達到振動保護動作邏輯條件,因而引發(fā)保護動作跳機。3號瓦軸振變化有以下特征:b)X、Y方向軸振都發(fā)生劇烈變化,其余各瓦軸振趨勢則相對平穩(wěn);c)軸振中的工頻分量保持穩(wěn)定,為增長且不穩(wěn)定的高頻分量;d)間隙電壓、瓦軸振及油溫、瓦溫等參數(shù)都保持平穩(wěn)。由于3號瓦兩則軸向間隙電壓趨勢平穩(wěn),X、Y方向軸振都發(fā)生顯著變化,兩個方向的軸振傳感器同時發(fā)生故障的概率很小,因此振動信號應(yīng)是準確可靠的。一般來說,大型機組突發(fā)振動的原因有旋轉(zhuǎn)部件脫落、對輪發(fā)生錯位、動靜部件劇烈碰磨、汽流激振、油膜失穩(wěn)或油膜振蕩和信號突變6種。旋轉(zhuǎn)部件脫落相當于在轉(zhuǎn)子上瞬間施加一個作用力,振動應(yīng)是瞬間變化的,同時多個鄰近瓦軸振動趨勢也會有相應(yīng)變化;對輪錯位通常是由于機組傳遞扭矩發(fā)生較大變化引起的,一般會對對輪兩側(cè)的軸承造成較大影響,該機組在暖機狀態(tài)下傳遞扭矩穩(wěn)定,且X、Y方向只有一個方向軸振發(fā)生變化,與該故障特征不相符;劇烈摩擦是由于局部摩擦引起轉(zhuǎn)子熱彎曲導(dǎo)致的,其振動增長有一個發(fā)生發(fā)展過程,故障前期產(chǎn)生熱彎曲的過程較為緩慢,并呈現(xiàn)一定的增長趨勢;汽流激振一般發(fā)生在高負荷下,油膜振蕩發(fā)生在升速過程中,振動增加量以1/2倍頻為主,同時對軸系的相鄰?fù)咻S振也會產(chǎn)生影響,這種故障可能可以排除;如果振動信號是真實的,轉(zhuǎn)子上必然產(chǎn)生很大的激振力,致使軸系的相鄰?fù)咻S振發(fā)生變化,不會只有單一方向軸振呈現(xiàn)突增趨勢;瓦軸振是反映轉(zhuǎn)子通過油膜施加在軸承座上的作用力,瓦軸振趨勢平穩(wěn),說明激振力無明顯變化。根據(jù)上述分析,認為該振動信號不能反映3號瓦軸振的真實情況,應(yīng)是虛假信號導(dǎo)致機組誤動,可以排除旋轉(zhuǎn)部件脫落、嚴重碰摩等影響機組運行的故障。據(jù)檢修人員反映,振動大的瓦附近的轉(zhuǎn)子表面存在較嚴重的劃痕。振動變化應(yīng)該是暖機過程轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向膨脹,使缺陷表面移動到傳感器附近,虛假振動信號導(dǎo)致機組誤動跳機。為了使機組順利啟動,決定對保護定值進行修改。鑒于2號瓦軸振測量面曾嚴重損傷,虛假成分在50μm以上,如圖4所示。為充分考慮測量面缺陷對振動信號的干擾,根據(jù)機組穩(wěn)定運行狀態(tài)下振動信號的波形,現(xiàn)場對2號瓦軸振報警值進行適當補償,防止振動信號干擾導(dǎo)致振動保護誤動,同時不會拒動。3各軸瓦溫度分布完成上述處理后,機組再次沖轉(zhuǎn)進行高速暖機,轉(zhuǎn)速至2370r/min作短暫停留后,直接升至3000r/min?？蛰d狀態(tài)下,絕大部分軸瓦溫度都在優(yōu)秀范圍內(nèi),見表3。由于碰摩產(chǎn)生熱彎曲,3號瓦軸振較大,但其余各瓦軸振都在優(yōu)良范圍內(nèi),見表4。由于1號至4號、8號、10號瓦軸振測量面存在缺陷,振動信號中含有較大比例的虛假信息,導(dǎo)致顯示數(shù)據(jù)大于真實振動值,實際振動水平均在優(yōu)秀范圍內(nèi)。4瓦塊與轉(zhuǎn)子發(fā)現(xiàn)組合故障時的處理機組暖機或空載狀態(tài)下,軸承負載過重是導(dǎo)致瓦溫偏高的常見原因,通過調(diào)整軸承座標高,可以有效改善軸系負載分配,解決瓦溫高的故障。本文調(diào)整軸承座標高數(shù)據(jù)的處理方法可為其他機組改善瓦溫分配提供參考。當瓦溫偏高與碰摩故障同時發(fā)生在同一軸承上時,需根據(jù)其他運行及檢修數(shù)據(jù)判斷是否存在瓦塊與轉(zhuǎn)子碰摩的現(xiàn)象。當瓦塊發(fā)生動靜碰摩故障時,應(yīng)找出碰摩原因并進行消缺處理。該機組暖機過程出現(xiàn)的振動保護跳機是由于測量面缺陷引起的,對于此類軸振波動現(xiàn)象,應(yīng)分析振動信號是否只在一個測量截面的兩個傳感器發(fā)生變化,若相鄰?fù)邷y量面