劉瑞奇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300457）

1 問描述題

某電站透平機(jī)組為SIEMENS（RUSTON）生產(chǎn)的TB5000 型號，額定輸出功率為3877 kW，壓氣機(jī)級數(shù)為12 級的雙軸、軸流式透平。透平機(jī)組效率下降，在帶載1000 kW 以上時出現(xiàn)高振動現(xiàn)象。由于透平機(jī)組載荷達(dá)到1000 kW 以上，機(jī)組載荷有波動時，極易出現(xiàn)振動高報警并停機(jī)的故障現(xiàn)象。對透平機(jī)組進(jìn)行空載，逐步進(jìn)行增加載荷測試，直到出現(xiàn)振動高報警為止。

圖1 為機(jī)組振動探頭的分布點位，其中UD39 代表齒輪箱驅(qū)動端速度振動探頭位置，其他測點的相關(guān)信息見表1～表3，表2 中有顏色部分為引起振動高報警的數(shù)據(jù)。

圖1 機(jī)組振動探頭的分布點位

表1 機(jī)組振動探頭的測點編號與位置的對應(yīng)關(guān)系

表2 不同載荷下機(jī)組的振動值

表3 不同載荷下機(jī)組軸承的溫度 ℃

從表1～表3 可以發(fā)現(xiàn)，壓氣機(jī)進(jìn)氣端UD10X1 及壓氣機(jī)出氣端UD11Y1 的振動值隨載荷變化，有明顯增加的現(xiàn)象，當(dāng)機(jī)組的載荷約1150 W 時UD10X1 的振動值到達(dá)報警值且波動較大，是電站安全運行的不安全因素。

2 初步措施

對于透平機(jī)組出現(xiàn)高振動的現(xiàn)象，利用內(nèi)窺鏡等設(shè)備對機(jī)組壓氣機(jī)部件進(jìn)行檢測，對于振動探頭也做了相應(yīng)檢查，及機(jī)組解體、清理、動平衡、間隙調(diào)整等工作。

2.1 內(nèi)窺檢測

2.1.1 壓氣機(jī)進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉檢查

首先決定檢查的部分為進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，由于進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉上如果出現(xiàn)裂縫或變形，進(jìn)入壓氣機(jī)的氣流一樣會出現(xiàn)亂流而引起振動。拆掉一個可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉位置的溫度探頭，利用內(nèi)窺鏡伸入內(nèi)部便可查看內(nèi)部情況，但由于內(nèi)部空間狹小，并且內(nèi)窺鏡拍攝到的畫面不是理想中一樣清晰，無法真正看清內(nèi)部導(dǎo)葉是否存在異常，但根據(jù)拍攝到的畫面仍可看出內(nèi)部不存在較為明顯的裂縫等異常。

2.1.2 壓氣機(jī)葉輪葉片檢查

利用壓氣機(jī)十級葉輪部位的一個引壓管線孔，用內(nèi)窺鏡伸入其中對內(nèi)部進(jìn)行檢查。通過拍攝畫面可以看到葉片，但如果能使得葉片有所轉(zhuǎn)動并形成一個對比，就更容易分析出有無異常情況存在。根據(jù)透平機(jī)組停機(jī)以后啟動馬達(dá)保持與壓氣機(jī)軸脫開的狀態(tài)，只有啟動時才會連接，因此無法達(dá)到手動盤車的目的，也即無法通過使壓氣機(jī)軸的轉(zhuǎn)動來對比分析葉片有無異常。在靜態(tài)的畫面中，由于內(nèi)窺鏡的拍攝效果不佳，仍無法看清內(nèi)部是否存在裂縫或變形（圖2）。

圖2 機(jī)組內(nèi)窺檢測圖像

由于鏡頭的原因?qū)е路直媛瘦^低、效果欠佳，無法真正看清壓氣機(jī)內(nèi)部細(xì)微部分的狀態(tài)，決定對壓氣機(jī)部分進(jìn)行額外的檢測。

2.2 振動探頭檢測

對壓氣機(jī)振動探頭進(jìn)行檢查和測試，在帶載的過程中，壓氣機(jī)排氣端軸瓦振動探頭UD11Y1 高振動報警，中控將此項信號進(jìn)行旁通，振動值由10 μm 在4 s時間內(nèi)躥升至120 μm 以上，此時同一位置振動探頭UD11X1 數(shù)值顯示為10 μm 以下且比較穩(wěn)定，軸瓦溫度、潤滑油油箱及回油管溫度正常。

圖3 中有時長2 min 的各項振動保持恒定，此時控制系統(tǒng)升級正在進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，系統(tǒng)停止錄入振動數(shù)據(jù)，所以各項振動曲線為直線。當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常使用后，系統(tǒng)立刻出現(xiàn)幾項報警，包括IGV 及壓縮機(jī)7 級壓力報警、UD11X1 振動升高時報警顯示Generator（發(fā)電機(jī)）高振報警，與實際振動位置不符。

圖3 機(jī)組振動參數(shù)頁面截屏

脫開負(fù)載后繼續(xù)空轉(zhuǎn)，UD11Y1 振動數(shù)值恢復(fù)正常。將現(xiàn)場接線箱內(nèi)UD11Y1 接頭與UD11X1 接頭對調(diào)，顯示兩項振動數(shù)值無明顯變化；透平機(jī)組帶載，隨著載荷加大，UD11X1 振動數(shù)值快速上升，并很快達(dá)到報警、關(guān)斷值，脫開負(fù)載后UD11X1 振動數(shù)值恢復(fù)正常。

圖4 為壓氣機(jī)出口軸承振動探頭，為兩用兩備模式，X 向、Y向各兩個，機(jī)組正常運轉(zhuǎn)時X、Y 向各有一個在線監(jiān)測，將現(xiàn)場接線箱內(nèi)UD11Y1 探頭在線使用與備用探頭互換，繼續(xù)帶載運行，機(jī)組各項振動指標(biāo)趨于穩(wěn)定。開始UD11X1 出現(xiàn)高振動現(xiàn)象并達(dá)到報警、關(guān)斷值（UD11X1 探頭一直處于旁通狀態(tài)）。機(jī)組運行過程中，此時間段內(nèi)UD11X1 項振動值多次出現(xiàn)突然升高現(xiàn)象。

圖4 壓氣機(jī)出口振動探頭

3 原因分析

通過采取上述措施，并考慮其他相關(guān)因素對機(jī)組的振動高造成影響。例如，潤滑油中的雜質(zhì)或鐵屑，在給機(jī)組潤滑過程中將對振動探頭會產(chǎn)生影響。對潤滑油過濾器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其中有些細(xì)小的雜質(zhì)，以后將考慮對潤滑油進(jìn)行在線過濾。

（1）動不平衡。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡量超出標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致機(jī)組振動增大。

（2）氣流激振。高溫氣體在壓氣機(jī)出口及CT 轉(zhuǎn)子處（出口軸承附近）流動紊亂造成氣流激振導(dǎo)致壓氣機(jī)出口軸承振動加大。此次檢修沒有對備件進(jìn)行更換，壓氣機(jī)出口氣封存在松動現(xiàn)象，機(jī)組其余密封存在高溫積碳、密封間隙超差、密封間隙不均等現(xiàn)象；密封間隙的超差與密封定子與動密封不同心都容易造成氣流激振。

（3）軸瓦、軸承間隙超差。壓氣機(jī)前后軸瓦間隙均接近或超過最大間隙值（壓氣機(jī)進(jìn)口軸承頂部間隙超標(biāo)）、推力瓦塊表面光潔度下降，造成轉(zhuǎn)子振動加大。

（4）密封件失效。此次檢修所涉及密封件均未更換。機(jī)組長期運轉(zhuǎn)過程中，密封件處于高溫、高壓工況；解體后密封件長期暴露在空氣中，清理過程中密封件容易接觸油性、腐蝕性物質(zhì)，上述工況很容易導(dǎo)致密封件失效。密封件失效可能導(dǎo)致高溫氣體回流造成振動。

（5）高溫零部件強(qiáng)度失效。本次機(jī)組檢修所有高溫部件，主要為高溫緊固螺栓并未更換。按照大修手冊要求，所有高溫部位連接螺栓在拆除后都應(yīng)換新，若繼續(xù)使用很難保證連接強(qiáng)度，在溫度發(fā)生變化及機(jī)組振動的情況下螺栓更加容易松動，造成機(jī)組工況進(jìn)一步惡化。

（6）定位失效。本次機(jī)組拆檢各連接部位定位銷未進(jìn)行過更換，從檢測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)過渡段——中機(jī)匣定位銷與銷孔間隙為0.50 mm，這導(dǎo)致CT 轉(zhuǎn)子與定子同心度超差（CT 轉(zhuǎn)子輪盤各葉頂間隙差最大達(dá)到1.0 mm）。本次維修后將CT 定轉(zhuǎn)子間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值并用螺栓緊固，但是在沒用定位銷定位前提下很難保證過渡段與中機(jī)匣的相對位置不發(fā)生二次變化。如果類似情況再次發(fā)生，機(jī)組CT 轉(zhuǎn)子處高溫氣體回流也會造成機(jī)組的振動。應(yīng)在檢修時換新機(jī)組所有定位銷，并對超差部位重新鉸孔定位。

4 解體大修

對透平機(jī)組的解體大修，在國內(nèi)的該項技術(shù)領(lǐng)域尚屬空白。

4.1 拆除

透平機(jī)組拆除工作，主要拆除透平機(jī)組壓氣機(jī)及燃燒器部分，另外還需要：做好現(xiàn)場隔離鎖定，將透平機(jī)組撬門板及附屬管件拆除；安裝專用支架及吊裝工具，脫開進(jìn)氣蝸殼及ST 定子殼體連接螺栓；將機(jī)組滑出透平間并吊裝出。

4.2 檢修

機(jī)組解體檢修，按照原廠大修手冊將透平機(jī)組解體：①測量各部分間隙并做好記錄；②對ST 轉(zhuǎn)子部件及燃燒室導(dǎo)流罩等高溫部件進(jìn)行探傷；③清理壓氣機(jī)定轉(zhuǎn)子葉片及其他附屬管線、零部件；④修復(fù)3#、4#燃燒室導(dǎo)流罩開裂部位并進(jìn)行探傷；⑤壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡試驗。

檢修過程中，測試壓氣機(jī)UD11X1 探頭做反饋電壓時，電壓信號傳輸不穩(wěn)定，檢修組人員對振動探測系統(tǒng)全面檢查，發(fā)現(xiàn)振動探頭接線老化、有明顯松動。在機(jī)組運行過程中，傳送信號線一個輕微的振動，都容易出現(xiàn)信號傳送不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

最后，在完成所有測試檢修工作之后，按照廠家大修手冊要求進(jìn)行透平壓氣機(jī)回裝。

4.3 安裝調(diào)試

對檢修完后的透平機(jī)組進(jìn)行了回裝調(diào)試工作：在回裝試機(jī)過程中，先對透平機(jī)組進(jìn)行空載試機(jī)，在機(jī)組運轉(zhuǎn)超過6 h 后，對透平機(jī)組開始帶載測試，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定后增加負(fù)載，振動信號穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)振動探頭高報的情況。

5 結(jié)論

針對透平機(jī)組高振動現(xiàn)象，進(jìn)行機(jī)組解體檢修，在壓氣機(jī)UD11X1 探頭做反饋電壓測試時，由于振動探頭接線老化，出現(xiàn)了振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定；對燃燒室導(dǎo)流罩修復(fù)及，此次檢修解決了透平機(jī)組高振動故障。