湛江電力有限公司 劉濤 陳華輝

某汽輪機啟機過程動靜碰磨故障分析與處理

湛江電力有限公司 劉濤 陳華輝

本文針對某電廠2號汽輪機在大修后啟動過程中出現振動大的問題，通過對機組啟動過程振動進行數據分析，確認汽輪機發(fā)生了動靜碰磨故障。采取降速暖機，控制軸振動，通過摩擦擴大動靜間隙的措施，最終保證了機組順利啟動。

汽輪機；動靜碰磨；振動

0 前言

為提高汽輪機效率，汽輪機大修時經常會將動靜間隙調整的較小。因此，大修后沖轉時經常會發(fā)生動靜碰磨導致振動過大無法正常啟動。當碰磨嚴重或操作不當時，往往造成嚴重的后果，如葉片斷裂、轉軸將產生熱彎曲，甚至產生永久彎曲。因此，當機組發(fā)生動靜碰磨故障時，除了對故障原因的判斷要準確外，及時采取有效的解決措施也至關重要。

1 故障發(fā)生概況

2號汽輪機為東方汽輪機廠生產并增容改造的330MW、亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、凝汽式機組。軸系由高中壓轉子、低壓轉子和發(fā)電機轉子、集電小軸及7個軸承組成，見圖1所示，其中1號、2號軸承為可傾瓦軸承，其他軸承均為橢圓瓦軸承。

1.1 大修后首次沖轉

2017年2月至4月，2號機組進行大修。4月9日，機組大修后冷態(tài)啟動。圖2所示為低壓轉子軸振波德圖。轉速升至1200r/min時各測點振動均比較良好，軸振均小于40um，瓦振小于10um。但暖機過程中#3、#4瓦軸振開始緩慢爬升，20min后振動上升速率加快。3X升至119um后，降轉速至600r/min。降速過程中，振動繼續(xù)增大，其中3X最高升至198um。600r/min暖機過程中，振動有所下降，但3X保持在131um左右不再下降。執(zhí)行打閘操作，轉子靜止后投入盤車運行。此時，DCS畫面顯示轉子偏心值為54um，就地測得大軸晃動度為60um，而沖轉前轉子偏心值僅為24um。整個升降速過程中，除高中壓缸瓦振隨低壓轉子軸振同步變化外，其他測點振動均較小且無異常波動。

1.2 第二次沖轉

待轉子偏心值恢復至26um后，再次進行沖轉。圖3所示為第二次沖轉時低壓轉子振動波德圖。與第一次類似，1200r/min暖機過程中#3、#4瓦軸振開始緩慢爬升，約20min后振動上升速率加快，軸振超過120um，手動打閘。降速過程中，振動繼續(xù)增大，其中3X最高升至252um，3Y最高升至248um。轉速降至150r/min時，3X仍然高達232um，3Y高達236um。轉子靜止后投入盤車運行，DCS畫面顯示轉子偏心值為90um（遠遠超過沖轉前偏心值），就地測得大軸晃動度已頂表。

圖1 軸系示意圖

圖2 低壓轉子軸振波德圖（第一次沖轉）

圖3 低壓轉子軸振波德圖（第二次沖轉）

2 振動分析

2.1 圖譜分析

圖4 低壓轉子軸振瀑布圖（1200r/min中速暖機）

圖5 低壓轉子軸振波德圖（第四次升速）

由波德圖可以看出，兩次沖轉振動變化相似，中速暖機過程中振動均持續(xù)爬升，相位也發(fā)生緩慢變化。打閘后振動不降反而繼續(xù)上升，尤其第二次打閘后軸振非常高，低速時仍然保持較高水平。盤車時大軸偏心值和晃動度較高，盤車一段時間后可以恢復至原始值。分析其瀑布圖，發(fā)現振動向上發(fā)散主要由轉頻引起，見圖4所示。

2.2 大修前后相關數據分析

大修前測量得中低對輪中心偏差數據為高低差60um，張口26um。修后的中低對輪中心偏差數據為高低差45um，張口14um，均符合標準要求，且向修前數據靠近。而且轉子升速至1200r/min初期振動良好，暖機過程中才開始爬升，說明振動異常與軸系調整及載荷分配調整等關系不大。

本次機組大修，出于提高機組效率考慮，汽封間隙是按照標準的下限進行調整，首次啟動發(fā)生動靜碰磨的可能性非常大。

2.3 動靜碰磨特征和機理

動靜碰磨主要有如下特征：（1）固定轉速下，振幅隨時間逐漸增大或逐漸減小，變化的分量主要是一倍頻成分；相位可能同時緩慢變化，也可能基本不變。（2）振幅、相位出現變化的時刻應該滯后于運行工況的變化。（3）嚴重碰磨在低頻和倍頻分量都應該有較明顯的反映；非嚴重碰磨不會出現倍頻分量增大，無法從頻譜圖上獲得決定性判據。（4）動靜碰磨可能發(fā)生的工況：定速暖機（包括臨界轉速前后）、升速過程、帶負荷過程。

從兩次沖轉的振動現象來看，可以確認機組沖轉過程中發(fā)生了動靜碰磨，結合檢修情況，判斷碰磨主要發(fā)生在汽封，且第二次沖轉碰磨較為嚴重。一般情況下，當摩擦發(fā)生在一階臨界轉速以下時，轉子局部受熱產生熱彎曲，而熱彎曲的與不平衡量的角度相差小于90°。因此，摩擦后的總不平衡量將大于原始不平衡量，使摩擦進一步加重，轉子的熱彎曲也將繼續(xù)增大，于是總的不平衡量又要增大，使摩擦再度加重，轉子越磨越彎，形成惡性循環(huán)，最終振動快速發(fā)散、無法控制，振幅迅速超出限值，引發(fā)機組跳機。由此可以看出，機組兩次沖轉，值班員處理比較及時，軸振尚未到報警就打閘了。盡管如此，打閘過程中振動仍然向上發(fā)散，尤其第二次惰走時軸振超過了跳閘值。如果等到機組保護動作跳閘，那么惰走時振動可能會更大，極有可能造成嚴重的后果，導致大軸發(fā)生永久性彎曲。

3 故障處理

隨著轉子盤車運行，轉子偏心值能夠逐漸恢復至原始值，說明轉子只是產生了熱彎曲。為安全起見，至少盤車2小時，且轉子偏心值恢復至原始值后再進行升速。通過控制軸振動、保證機組運行安全的前提下進行“磨合”，將動靜接觸部分磨平，使動靜間隙逐漸合適，從而消除摩擦。

調整沖轉參數，降低主汽壓力至1.8MPa，提高再熱汽壓力至0.3Mpa；降低高壓軸封溫度至180—190℃；只保留一臺真空泵運行，降低真空至84KPa以下。

將中速暖機轉速下調至800r/min。待振動相對穩(wěn)定且滿足暖機結束條件，再升速至2000r/min進行高速暖機。升速或暖機過程中如任一軸振達到120um，瓦振達到60um，且上升較快時先進行降速暖機，若振動繼續(xù)增大超過150um，則機組打閘。

3.1 第三次沖轉

檢查大軸晃動度和轉子偏心值均已恢復后，再次進行沖轉，升速至800r/min低速暖機。暖機過程中，3X、3Y繼續(xù)爬升，19min后3X爬升至115um，3Y爬升至65um。降速至500r/min暖機，振動并未減小，而繼續(xù)爬升，3X逐漸爬升至152um，3Y逐漸爬升至132um，且呈繼續(xù)上升趨勢。機組打閘，惰走過程中，3X最高升至154um，3Y最高升至164um。盤車投入后，DCS畫面顯示轉子偏心值為55um。

3.2 第四次沖轉

待轉子彎曲值恢復至25um后，繼續(xù)升速至900r/min進行低速暖機。暖機過程中振動基本上比較穩(wěn)定，保持65um以下。往后的升速、高速暖機以及工作轉速下，振動同樣沒有再出現明顯異常，說明動靜碰磨故障已基本排除，如圖5所示。

4 結論

機組大修時，汽封間隙依據標準的下限進行調整，導致啟動升速過程中發(fā)生了動靜碰磨故障，振動無法穩(wěn)定，迅速向上發(fā)散。如果不果斷采取措施而等保護動作跳機，則極有可能惰走時振動繼續(xù)爬升，產生劇烈振動，造成嚴重的后果，甚至產生大軸永久性彎曲。本次故障處理中，運行人員沒有冒險強制升速，且振動幅值控制也比較適合，故轉子只是產生了熱彎曲，并沒有造成較為嚴重的后果。在進行了四次沖轉后，最終消除了動靜碰磨，并順利啟動帶上負荷。

[1]張學延.汽輪發(fā)電機組振動診斷[M].北京：中國電力出版社，2008：204-212.

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