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汽轮机非稳定性振动诊断与分析
更新时间:2017-01-08 发布:www.1024sj.com

摘要:本文针对抚顺发电有限责任公司2号汽轮发机电组持久泛起非稳定性振动现象,凭据振动测试、揭缸检查、运行调整所获得的经验与成效,运用振念头理研究中得来的启迪,基于综合分析对该机组振动缘由进行性质定位,并对下一步工作提出较为稳妥的定见。要害词:非稳定性综合分析诊断定见1.前言1.1装备简介抚顺发电有限责任公司2号汽轮发机电组(简称#2机),为东汽制造的200MW三缸两排汽采热、凝汽两用式机组;该机组轴系轴系较长,由高压转子、中压转子、低压转子、发机电转子和励磁机转子组成,各转子之间为刚性靠背轮联接,共有12个支持轴承及1个推力轴承。2002年5月整套启动、调试,6月移交生产;自调试起,#2机一直频仍泛起机组轴系偏心年夜、振动年夜问题,且不稳定。1.2事务进程简述2002年10月机组起头第一次小修,用时21天,揭高压缸,重找各对轮中心,问题没能解决。2003年4月进行第二次扩年夜性小修,用时32天,揭高、中压缸,调整通流间隙和对轮中心;高压内、外缸夹层温差年夜获得解决,振动缺陷依然存在。2003年7月为解决轴系振动问题将机组转年夜修,用时42天,揭高、中、低压三缸进行检查调整,做转子动平衡实验,同时凭据东汽定见调整轴瓦:减小了#1、#3瓦顶隙,#1瓦中心上抬10道,开机几天后缺陷再度重现。2003年9月底,我公司改变调门进汽顺序,由原1-2-3-4改成4-3-2-1(#3、#4调门在上方),维持几天后,机组振动年夜问题又呈不稳定性泛起。尔后,在中电投东北分公司指导下实施《改变阀序抑制2号机间隙激振的方案》,对#2机高压调速汽门的堆叠度进行了调整有所好转;10月份共发生18次,11月份仅发生5次,机组偏心、振动发生率得以控制。但在12月份投进采热抽气后,机组偏心越限、振动年夜的发生频率和振动幅度均再度加重,直到2004年2月3日#2机轴振动泛起历史最年夜值,延续运行近6分钟后,机组振动周全回落至今一直处于历史最好水平运行,而且履历了屡次机组调峰及甩热负荷的考验。2.振动特征2003年10月4日~6日,在机组不停机的情况下,对#2机振动进行了测试,其间屡次测到振动增年夜的进程,发现#2机振动显现以下特征:a.异常振动主要浮现在#1、#2瓦轴振,它们划分可增年夜到160微米和240微米,#1瓦瓦振可达32微米,偏心测点振动最年夜年夜于450微米。b.通频振幅增年夜的主要成份是1倍频份量,即工频,占通频振幅的85以上;通频振幅增年夜时,测点1X、1Y、2Y的2倍频、3倍频振幅同时也有增加;年夜振幅时#1、#2瓦振动中所含的低频份量,如25HZ、28HZ的成份很小,在两瓦测点一倍频振幅增加的同时,没有发现这些低频份量有较着地变化。表1:测试时代四次振动增加的通频振幅最高值(微米):

测点振幅 1X 1Y 2X 2Y 3X 3Y 4X 5X 偏心
150 103 209 103 111 58 104
140 99 226 110 112 98 61 420
156 100 237 108 125 106 63 >445
129 96 236 109 115 96 61 372

c.振幅增年夜的同时,#1、#2瓦轴振相位有较着增加,最年夜变化量到500;因测试没有安装键相传感器,只好哄骗3X和4X作为基准比力获得的相位变化成效以下:表2:两次振动增加时相位的变化(时间距离30分钟)

测点相对4X相对3X 1X 2X
33° 157°
33° 170°
33° 190°
43° 187°
149° 269°
149° 277°
158° 283°
163° 285°

高压缸中压缸#1瓦#2瓦#3瓦高压转子膨胀中、低压转子膨胀图1:#2机转子膨胀示意图d.测振讲明,各次振动增年夜的进程可以分为两个阶段,第一阶段,1X、2X振幅缓慢增加,1Y、2Y振幅和各测点间隙电压基本连结不变,延续约一小时左右后,进进第二阶段,偏心读数年夜于50微米,各测点振幅较着增年夜,同时,#2瓦、#1瓦轴颈向上偏南(右)移动,这时候起头调整负荷,延续数近1小时,振幅到达最高值后,起头缓慢下降,振幅下降恢复需要的时间约2小时,年夜于增年夜的时间;e.振幅增加时,#2瓦轴颈相对轴承向上偏南移动约22~45微米,#1轴颈有类似的移动,移动量较小,偏心测点移动量最年夜;表3:两次振动增加时轴颈位置的变化量

测点向上位移 1X 1Y 2X 2Y 偏心
0 0.010mm 0.014mm 0.018mm 0.073mm
0.010mm 0.010mm 0.038mm 0.025mm 0.063mm

f.#1、#2瓦振动增年夜时,#3瓦振动增加量很小,#4、5瓦振幅、相位均基本不变。3.引发振动缘由分析3.1破除汽流激振虽然在曩昔的处置进程中有单元将#2机的振动定性为汽流激振,但现已确切破除汽流激振的可能。汽流激振有两个主要特征:一是应当泛起较年夜量值的低频份量;二是振动的增年夜受运行参数的影响较着,如负荷,且增年夜应当呈突发性;这两点#2机均不具有。在测振中只测到了很低的27~28Hz的份量,有单元称在#2机上测到量值为工频振幅四分之一的28Hz份量,并以此判定为汽流激振。低频振幅年夜到何种水平才能算做汽流激振?凭据现场经验,至少应当接近或等于一倍振幅。假设28Hz振幅为一倍频振幅的四分之一,这个比例太低。试想,假设一倍频振幅为100微米,四分之一的一倍频振幅28Hz份量仅为25微米,两者之和也就是125微米,这类振幅不足以视为振动异常。汽流激振的低频振幅和工频振幅量值相当。#2机改变调门顺序后一周内振动趋于稳定,对这类情况若何诠释?汽轮机的进汽口一般散布为几个接连的圆周弧段,高压蒸汽经由过程分歧弧段的进汽会对转子发生径向作用力,这个力可以改变转子相对轴承和缸体的径向位置,是以可能发生的晦气后果有三:第一,假设造成转子过年夜的位移,形成通流部门或汽封的径向偏心,当组成适当的间隙参数时,则会发生汽流激振;第二,假设造成转子过年夜的上移,轴颈在轴承中的偏心减小,轴瓦负载减轻,轴承稳定性下降,则会发生油膜失稳;第三,假设转子偏心过年夜,会造成通流部门径向间隙或轴端汽封间隙,甚至油档间隙消失,引发消息部件碰磨。#4#3#1#2#4CV协力#2CV#1CV#3CV(高压调速汽门编号)图2:调门安插及蒸汽力及转子受力矢量图上述三种情况中,前两者均属汽流影响酿成的轴系失稳,后者实质是消息碰磨。改变调门开启顺序,可以改变转子工作状态的位置(见图2),消息间隙随之变化。假设#2机发生碰磨的位置在上部,#3、#4调门全开自然可以压低高压转子上浮量,减轻或消除碰磨。是以,改变调门顺序振动短时间好转实质缘由不是由于抑制了汽流激振,而是抑制了碰磨。3.2破除转子热变形等造成在高负荷工况下汽轮机转子以一倍频振幅为主缓慢增年夜凡是还有两个缘由:转子热变形和中心孔进油。转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有紧密亲密关系,年夜都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段,此时转子温度逐渐升高,材质内应力释放引发转子热变形,一倍频振动增年夜,同时可能陪伴相位变化。#2机在正常带负荷运行中振动增年夜,整个转子和缸体的温度场已平均,假设存在内应力,应在这之前早已释放。中心孔进油一样可以造成带负荷阶段转子发生热弯曲,进而泛起一倍频振幅缓慢增加的现象。一般情况,由于中心孔进油引发的振动在机组初始几回启机时振动不年夜,后期随着油逐渐进进孔内,振动问题突出。其特征主要为随负荷增加振动增年夜,只有减负荷停机,调整其他运行参数均无效。而#2机的情况与此有些类似,但又不完全相象。关于#2机振动缘由,还可以破除高中对轮紧力、标高、对中存在缺陷;同时,也破除转子原始质量不服衡过年夜为主要缘由。从机组调试阶段初始几回启机情况看,过临界的振动不年夜,况且在往年做了高速动平衡,原始质量不服衡状态优秀。3.3对历史数据的分析从历史数据反映,#2机自投运以来,振动状态一起不稳定,主要浮现在#1、#2瓦,而且经常在1000rpm热机时就显现增年夜,如:Ø2002年6月25日,1450rpm热机#1振动增年夜,两次冲临界未过;Ø2002年7月18日,升速过临界#1瓦振动80um,庇护动作;Ø2002年9月26日,汽机振动年夜跳机;Ø2002年10月2日,1807rpm#1瓦振动100um;2002年10月第一次小修后:Ø2002年11月3日,1000rpm热机#2瓦轴振123um,上升到256um,降速热机再升速,1000rpm#2瓦轴振53um;Ø2003年1月15日,1773rpm跳机,#1瓦振100um,2X300um;Ø2003年2月16日,带负荷#1、#2瓦轴振增年夜;2003年4月第二次小修后:Ø2003年5月10日,1000rpm热机偏心增年夜,#4、#2瓦轴振增年夜;Ø2003年7月6日,1710rpm#1瓦振动80um,跳机;Ø2003年7月7日,#2瓦轴振340um;偏心轴振年夜事故跳机;2003年8月年夜修后振动依然不稳定:Ø2003年8月24日,开机进程1000rpm中速热机后升到1420rpm,1X、1Y、2X、3X、4X振动增年夜,只好降速热机二次冲临界。上述记实讲明:#1、#2瓦的轴振、瓦振不稳定,不只是在3000rpm和带负荷进程,经常在1000rpm热机或升速过临界时不稳定。每次振动年夜停机,都可以发现#2瓦处年夜轴晃渡过年夜,这讲明年夜轴振动与年夜轴弯曲紧密亲密相关,振动增年夜是由于年夜轴弯曲酿成的。假设年夜轴振动和年夜轴弯曲发生在高参数带负荷进程,最经常的缘由是转子存在热应力;像#2机这样,在低转速、低参数下年夜轴发生弯曲,一个主要可能缘由就是碰磨。碰磨可以发生在任何转速和任何工况下,500rpm、1000rpm、临界转速、3000rpm或高负荷工况。从#2机情况看,重新机调试起,汽轮机就存在消息碰磨,经过数次检修,情况有所好转,当前开机进程已较顺遂,振幅的增加量小于以往几回启动,但负荷高时依然不时发生碰磨。3.4关于汽缸位移问题的分析测试中虽然丈量到振动增年夜时#2、#1轴颈有抬高现象,但需要注重,这类抬高是轴颈相对轴承或轴承座,而不是相对高压缸缸体。通流间隙取决于转子相对缸体的位置,严酷地说,是相对高缸内缸的位置。假设高缸整体定位松动或高内缸定位松动,在运行进程中发生位移,都可能引发间隙性的消息碰磨。#2机的检修记实还反映出每次检修揭开高缸均发现隔板汽封南侧间隙小。这是一个值得注重的现象,南侧间隙小,意味着南侧可能碰磨,这与测试中年夜轴振动时#1、#2轴颈向上偏南位移是一致的。如前分析,测试讲明各次振动增年夜的进程可以分为两个阶段,第一阶段振幅缓慢增加但各测点间隙电压基本连结不变,延续约一小时进进第二阶段,各测点振幅较着增年夜,同时#2瓦、#1瓦轴颈向上方偏南(右)移动。这说明振动增年夜在前,轴颈上抬在后。年夜轴振动发生前,有一段很长的早期形成阶段,振动缓慢增加到一定水平,振幅起头较着增加,假设是碰磨,则在轴颈位移前一小时已起头发生。先位移后碰磨的推理似乎是不妥的。这样,寻觅为什么轴颈位移缘由的重要性就降为次要的,需要首先分析应当是轴颈发生位移之前振动增年夜的缘由。3.5磨擦振动的故障特征和机理
3.5.1磨擦振动的特征a.由于转子热弯曲将发生新的不服衡力,是以振动旌旗灯号的主频仍为工频,可是由于遭到冲击和一些非线性因数的影响,可能会泛起少许分频、倍频和高频份量,有时波形存在“削顶”现象。b.发生磨擦时,振动的幅值和相位都具有波动特征,波动延续时间可能比力长。磨擦严重时,幅值和相位不再波动,振幅会急剧增年夜。c.降速过临界时的振动一般较正常升速时年夜,停机后转子静止时,丈量年夜轴的晃度比原始值较着增加。3.5.2磨擦振动的机理  
  对汽轮机转子来说,磨擦可以发生发抖、涡动等现象,但现实有影响的主要是转子热弯曲。消息磨擦时圆周上各点的磨擦水平是分歧的,由于重磨擦侧温度高于轻磨擦侧,致使转子径向截面上温度不平均,局部加热造成转子热弯曲,发生一个新的不服衡力作用到转子上引发振动。
a. 转速低于临界转速时的磨擦振动如图中,转子原来的不服衡为OA,振动高点为H,由于滞后角小于90°,振动高点H是磨擦A重点,该点温度高于对面一侧,受热弯曲的影响在此标的目的发生一个热不服衡OH,OH与OA合A1成为一个新的不服衡OA1。OA1较原不服衡OA逆转了一个角度而且年夜于OA,造成消息磨擦进H一步加重,形成恶性轮回,转子弯曲越来越年夜,极可能造成年夜轴弯曲事故。图3:低于临界转速的消息磨擦
b.工作转速时的磨擦振动
  今朝,汽轮发机电组的工作转速一般都高于各转子一阶临界转速,而低于二阶临界转速,工作转速下二阶不服衡与其引发的振动之间的滞后角仍小于90°,假设磨擦发生在对二阶不服衡比力敏感的区段,如转轴的端部,激起了比力年夜的二阶不服衡份量,那末仍可能发生比力严重的磨擦振动。
  假设磨擦引发的热弯曲与原不服衡反相,则振动呈减小趋向,一段时间后磨擦消失,消息接触点脱离,径向温差减小,振动恢回复复兴状,此时在原不服衡作用下又会发生磨擦,如斯频频,汽封显得相对比力“耐磨”,振幅发生时间长、波动幅度年夜,#2机振动与此类似。4.对振动性质的诊断及处置定见4.1振动性质诊断的结论凭据上述特征,现对#2机组#1、#2瓦振动故障肯定为高压通流部门消息碰磨,径向碰磨的可能性年夜于轴向碰磨,#2瓦轴承箱或前箱内存在碰磨的可能性不年夜。这个结论的依据主要是:(1)振动增年夜的成份是一倍频;(2)振幅增加的同时,相位增加;振幅减小,相位也随之减小;(3)振动增年夜和减小的速度缓慢,与转子热弯曲的振动特征类似;(4)一倍频振幅增年夜的同时,三倍频和三倍频份量有少许的增年夜;(5)低频振幅小且变化不较着;(6)在屡次发生稍微碰磨,运行一段时间后振动已自行消失。4.2处置定见虽然#2机振动已消失,但为慎重起见,对碰磨为#2机振动主要缘由的可能性从检修和运行角度做深进地计议分析;进一步研究分析引发碰磨的缘由;建议从以下几点斟酌:Ø高缸运行中位移的可能;Ø隔板变形或位移的可能;Ø通流间隙南侧偏小的缘由;Ø高外缸、内缸滑销系统定位不准的可能性;关于处置方式,可以不斟酌放置实施提高轴系稳定性的任何措施,如改瓦,调对中、标高等;不斟酌实施消除汽流激振的措施。消除碰磨的工作,主要限于高压缸,假设从缸外部处置,凡是是调整轴承标高或抬高缸体,改变缸内通流间隙,消除碰磨点。假设高缸还存在水平位移,则需要查找位移缘由,有方针地接纳措施。假设认定振动缘由是碰磨而又没法肯定碰磨的缘由,一个不得已而为之的法子就是凭据检查的碰磨具体部位,放年夜消息间隙。5.小结一般机组,碰磨可能发生在轴端汽封、隔板汽封、叶顶汽封;大都是径向碰、也多是轴向碰。凡是情况,引发碰磨的缘由很多,较常见的缘由有间隙太小、缸胀不顺畅、缸变形、缸跑偏、支持标高变化、隔板变形、真空影响(主要对低压转子)、振动过年夜等。连系振动测试特征、相关运行参数和#2机检修记实,分析发现,#2机振动增年夜与高缸、中缸胀差、膨胀无直接关系;与主蒸汽参数无关;与#1抽压力无关;与油温关系不年夜。而且可以初步破除碰磨缘由来自缸胀不顺畅和滑销系统存在缺陷造成缸变形引发碰磨的可能;破除调门开启顺序不妥造成碰磨的可能;破除转子热弯曲引发的间隙消失致使碰磨。凭据同类机组运行经验,由于消息碰磨而引发的汽轮机非稳定性振动,碰磨点不需要很年夜,只要有局部范围的消息接触,就能够引发机组足够年夜的振动,从#2机现实振动增年夜的幅度和速度看,碰磨其实不严重,消息接触范围应当不年夜,非凡是2号机轴系振动泛起历史最年夜值以后,机组振动便一直处于优良状态运行,且未泛起任何不稳定趋向;这样,因消息碰磨而引发的汽轮机非稳定性振动运行中自行消失后,揭缸检查也很难以寻觅到磨痕。参考资料:(1)西安热工研究所,施维新,汽轮发机电组振动(2)东南年夜学,陆颂元、王青华,抚顺发电公司2号机振动测试陈述(3)湖南电力实验研究所,王咏梅,年夜型汽轮机磨擦振动的故障特征分析(4)抚顺发电有限责任公司:2号汽轮发机电组检修记实作者简介:刘鹏(1980—),男,技术员,主要从事200MW机组发电运行工作。联系地址:113008辽宁抚顺市新抚区西五街19号抚顺发电有限责任公司运行分场电子信箱:imf_519@263.net或imf_519@sina.com.cn
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