陳嘯，徐威，劉利，陳鑫

(中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司，上海 200086)

1 機(jī)組概況

某廠#2機(jī)組采用引進(jìn)型超臨界600 MW一次中間再熱、單軸、四缸四排汽反動(dòng)式汽輪機(jī)及三相同步汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪機(jī)機(jī)組采用模塊化設(shè)計(jì)，包括1個(gè)桶形單流高壓缸、1個(gè)雙向分流中壓缸和2個(gè)雙向分流低壓缸。汽輪機(jī)的4根轉(zhuǎn)子均為焊接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子間通過剛性連接。整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組的5個(gè)轉(zhuǎn)子配有6個(gè)支承軸承(其中#2軸承為推力支承組合軸承)。#1～#6軸承全部為落地支撐形式，汽機(jī)部分軸系支撐如圖1所示。

圖1 軸系支撐

Fig.1 Shaft support

該機(jī)組投運(yùn)后振動(dòng)情況一直良好。2017年8月，機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)異常情況，#2軸承軸振突然緩慢增加，0.5 h內(nèi)達(dá)到峰值，之后緩慢下降，繼而回到初始振動(dòng)值。該振動(dòng)異常情況發(fā)生無規(guī)律，一周內(nèi)出現(xiàn)多次，與負(fù)荷等無明顯關(guān)系。經(jīng)分析振動(dòng)數(shù)據(jù)，#2軸承間歇性振動(dòng)，其原因?yàn)橛蛽醴e垢碳化，與軸發(fā)生間歇性碰磨，通過清理油擋處污垢及積碳，解決了此問題，對(duì)其他發(fā)電企業(yè)具有良好的經(jīng)驗(yàn)借鑒作用[1-5]。

2 振動(dòng)概況

通過對(duì)該機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，成功捕捉到振動(dòng)異常現(xiàn)象，得到了詳細(xì)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。具體振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1，振動(dòng)趨勢(shì)如圖2、圖3所示。

從振動(dòng)趨勢(shì)圖可以看出，17：22左右，該機(jī)組#2軸承振動(dòng)開始出現(xiàn)波動(dòng)，17：47振動(dòng)幅值變化達(dá)到最高點(diǎn)，后又緩慢下降，18：20左右恢復(fù)正常，持續(xù)約1 h。在振動(dòng)幅值變化過程中，振動(dòng)相位也隨之發(fā)生變化。該機(jī)組其他軸承振動(dòng)無異常。

3 振動(dòng)原因初步分析

從振動(dòng)特征看，轉(zhuǎn)子振動(dòng)發(fā)生異常波動(dòng)時(shí)振動(dòng)頻譜分析以1倍頻分量為主，2倍頻和0.5倍頻的分量很小，可以排除汽流激振和軸承失穩(wěn)等故障。#2軸承振動(dòng)增大后，經(jīng)過一段時(shí)間又恢復(fù)到正常水平，有明顯的波峰，但無周期性變化，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為無規(guī)律性和非線性。對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后未發(fā)現(xiàn)與機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，振幅波動(dòng)期間機(jī)組的負(fù)荷、絕對(duì)膨脹及脹差、汽缸溫度等重要參數(shù)無明顯變化。

表1 #2軸承軸振數(shù)據(jù)Tab.1 No.2 bearing vibration data

圖2 #2軸承X方向振動(dòng)趨勢(shì)

Fig.2 No.2 bearing vibration trend onXdirection

圖3 #2軸承Y方向振動(dòng)趨勢(shì)

Fig.3 No.2 bearing vibration trend onYdirection

根據(jù)上述特征分析判斷該機(jī)組高壓部分可能存在輕微的動(dòng)靜摩擦，這種摩擦較輕，可能是軟性材料引起的或者動(dòng)、靜碰磨部分有退讓性，較容易發(fā)生在汽封、油擋等處，因此振動(dòng)幅值上升較緩慢，有時(shí)會(huì)自行回落，沒有導(dǎo)致振動(dòng)持續(xù)和進(jìn)一步擴(kuò)大。

該振動(dòng)從頻譜分析看是由于動(dòng)、靜輕微摩擦引起的，且發(fā)生在高壓缸后#2軸承位置，考慮此處位>置溫度較高，易發(fā)生油擋內(nèi)積垢碳化，推測(cè)摩擦原因可能是油擋積碳。

4 油擋積垢碳化摩擦振動(dòng)機(jī)理

為防止?jié)櫥托孤?，汽輪機(jī)軸承箱處油擋通常采用多級(jí)密封齒結(jié)構(gòu)，密封齒材料一般選用比較軟的銅，確保一旦與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，密封齒可迅速磨損，而不使轉(zhuǎn)子局部磨損，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 油擋密封示意

Fig.4 Sealing of oil baffle

為保證軸承箱內(nèi)的潤(rùn)滑油不泄漏，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸承箱內(nèi)部為微負(fù)壓狀態(tài)?？諝鈺?huì)通過油擋間隙進(jìn)入軸承箱，而空氣中的粉塵等雜質(zhì)也會(huì)通過氣流進(jìn)入油擋間隙。鑒于油擋的多級(jí)密封齒結(jié)構(gòu)，油擋與轉(zhuǎn)子之間間隙較小，銅齒與銅齒之間有較大的空隙，在銅齒之間容易形成氣流緩沖區(qū)，空氣在此處會(huì)形成渦流，其中夾帶的灰塵等雜質(zhì)將會(huì)在此聚集。同時(shí)，軸承箱內(nèi)的油煙也會(huì)進(jìn)入銅齒間隙中，油煙與空氣中的灰塵等雜質(zhì)混合，形成油垢堆積在油擋的銅齒間。銅齒間的油垢堆積到一定程度后，會(huì)與轉(zhuǎn)子接觸，隨著時(shí)間的推移，這些污垢會(huì)逐漸填補(bǔ)密封齒之間的間隙。

由于結(jié)構(gòu)的原因，軸承箱油擋一般離軸封較近，油擋處的溫度基本與軸封溫度相當(dāng)。在高壓缸和中壓缸附近，軸封溫度較高，油擋銅齒之間的油垢在高溫下會(huì)變硬固化，在轉(zhuǎn)子的摩擦和擠壓下溫度升高，固化過程加劇，甚至發(fā)生碳化，從而形成硬質(zhì)的碳化物與轉(zhuǎn)子摩擦造成振動(dòng)。

油垢和轉(zhuǎn)子摩擦是非金屬和金屬摩擦，因此摩擦強(qiáng)度相對(duì)較小，且碳化物填充了油擋齒之間的間隙，接觸面積遠(yuǎn)大于密封齒，因此磨損時(shí)間較長(zhǎng)。

5 振動(dòng)異常的處理

為了確認(rèn)是否為油擋積碳導(dǎo)致的振動(dòng)異?，F(xiàn)象，利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)檢查油擋。經(jīng)檢查，#2軸承處油擋內(nèi)部充滿黑色污垢并已經(jīng)碳化(如圖5所示)，驗(yàn)證振動(dòng)異常是因?yàn)橛蛽醴e碳導(dǎo)致的動(dòng)、靜碰磨所造成的。

圖5 油擋處污垢及積碳

Fig.5 Fouling and carbon depositson oil baffle

利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，清理了油擋處的污垢及積碳，有效解決了#2軸承間歇性振動(dòng)異常的難題。處理之后，機(jī)組正常運(yùn)行過程中，再未出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)異?，F(xiàn)象。

同時(shí)，調(diào)整主油箱壓力，適當(dāng)降低潤(rùn)滑油箱內(nèi)的負(fù)壓，減少油擋處吸入灰塵等造成油污積存的可能，定期檢查、清理油擋處污垢，可以有效預(yù)防油擋積碳的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語

通過分析可知，該廠#2機(jī)組運(yùn)行過程中#2軸承軸振的間歇性振動(dòng)異?，F(xiàn)象，是由油擋積碳所致的動(dòng)靜碰磨引起的。通過清理油擋處污垢及積碳，有效地解決了此故障。

本文案例的處理和分析方法對(duì)機(jī)組運(yùn)行過程中異常振動(dòng)的診斷有一定的參考作用。