王剛,王增宏

(浙江國華浙能發(fā)電有限公司,浙江 寧海 315612)

超超臨界汽輪機振動診斷分析實例

王剛,王增宏

(浙江國華浙能發(fā)電有限公司,浙江 寧海 315612)

本文利用汽輪機振動在線監(jiān)測系統(tǒng),對某百萬千瓦超超臨界汽輪機組的振動問題,進行了詳細的數(shù)據采樣分析,給出了故障診斷結果,最后通過解體檢修解決了軸承振動大的問題.

振動;超超臨界;汽輪機

1 概述

隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展,汽輪發(fā)電機組的轉子質量和動量越來越大,汽輪機轉子的振動故障日趨復雜.汽輪發(fā)電機組作為化石燃料電廠的核心設備,一旦發(fā)生劇烈振動,將直接威脅著機組的安全和電網的穩(wěn)定.浙江某百萬千瓦超超臨界火力發(fā)電機組利用汽輪機在線診斷系統(tǒng),積極做好歷史數(shù)據的累積和分析工作,不斷加強轉子在線振動診斷工作,有效的解決了汽輪機軸瓦振動大的問題.

2 振動的表示

2.1 振幅

振幅表示物體偏離往復或旋轉運動中心位置的幅度,振幅越大物體振動越強烈.振動幅值通常用的單位有振動位移、振動速度、振動加速度.

2.2 頻率

振動頻率是指物體在單位時間內振動的周期數(shù),為周期的倒數(shù).

2.3 相位

振動相位是由鍵相信號與選頻振動信號構成的相對關系,它確定了轉子某一瞬間振動情況與旋轉初始角度的相對位置.

3 振動數(shù)據特征分析

3.1 波特圖

波特圖也叫作伯德圖,波特圖是基頻振動的幅值和相位隨轉速變化的趨勢圖.波特圖是最常用的振動工具之一,用來確定汽輪機的臨界轉速和過臨界時的振幅和相位,還可以判斷軸系中不平衡質量的位置.一般來說,當轉速達到共振頻率時,振幅會出現(xiàn)波峰,同時相位也會發(fā)生180度左右的變化.如果波特圖顯示振動峰值大幅跳躍,而相位沒有發(fā)生變化,則可以排除共振的可能性.在實際應用中,建議保留歷次機組的啟停機波特圖曲線,并加以比較判斷,盡早發(fā)現(xiàn)汽輪機振動故障,保證機組的安全.

3.2 極坐標圖

極坐標圖,又稱為乃奎斯特圖,是將各種轉速的一倍頻率振動的振幅和相位表示在極坐標中,它實際上是直角坐標波特圖在極坐標中的另一種形式.

3.3 三維頻譜圖

三維頻譜圖是分別以轉速或時間參數(shù)變化作為第三維繪制的頻譜曲線集合.如果以轉速作為第三維時則稱為級聯(lián)圖.級聯(lián)圖用來評價機組啟停機過程中振動頻率特性的變化趨勢,如確定轉子臨界轉速及振動幅值、半渦運動、油膜振蕩發(fā)生和發(fā)展過程.如果以時間作為第三維時,則稱之為瀑布圖.瀑布圖是指在定速下,振動頻率特性隨著時間的變化趨勢,可以確定工作轉速下振動變化趨勢、半渦運動和油膜振蕩故障發(fā)生的過程.三維頻譜圖能夠幫助對振動故障及其發(fā)生的時刻做出準確的判斷.

3.4 振動趨勢圖

它表示振動幅值、相位等參數(shù)隨著時間變化的趨勢.由于振動有可能與機組負荷、發(fā)電機轉子電流等參數(shù)有關,所以振動趨勢圖有時也擴展為振動隨著有功負荷和轉子電流等相關參數(shù)變化的函數(shù)關系.在振動監(jiān)測和故障診斷時,通過觀察振動水平的發(fā)展趨勢,作為分析判斷設備狀態(tài)的一個重要依據.

3.5 軸心軌跡圖

軸心軌跡圖是指隨著時間的變化,轉子軸心與其在沒有徑向振動時的相對位置軌跡圖.軸心軌跡圖是通過監(jiān)測電渦流探頭的交流電壓合成的,轉子每轉一圈就能得到一個軸心軌跡圖.通過長時間的觀察,可以看出軸的中心位置變化趨勢,可以了解轉軸在軸承中的運動以及軸承承載變化情況,因此可以通過軸心軌跡來進行故障診斷.

4 振動問題描述與數(shù)據分析

某百萬千瓦超超臨界汽輪發(fā)電機組采用德國SIEMENS成熟的組合積木塊式HMN機型,由1個單流圓筒型H30高壓缸,1個雙流M30中壓缸和2個N30雙流低壓缸組成.高壓通流部分l4級,中壓通流部分2X13級,低壓通流部分4X6級,共計64級.汽輪機1號軸承是汽輪機高壓轉子排氣端的徑向支撐軸承,主要功能是維持高壓轉子相對于高壓缸的中心位置;1號軸承為橢圓軸承,采用雙油契結構,潤滑油供應充足,能夠自動調節(jié)與轉子中心的偏差,確保轉子的平穩(wěn)運轉(圖1).

圖1 #1軸承結構示意圖

該機組自投產之日起,#1瓦多次發(fā)生軸振值偏大并波動現(xiàn)象.某年某月,該機組負荷首次達到1000MW,軸振平穩(wěn)在60μm,基本正常;后來幾年#1瓦振動有惡化趨勢,前后共生了多次#1瓦振動波動現(xiàn)象,#1瓦最大波動到70~90μm,波動持續(xù)10~20min,其中大部分處在低負荷(500~600MW),此后波動現(xiàn)象自行消失.

該廠利用在線振動監(jiān)測系統(tǒng),對振動進行采樣,并進行數(shù)據特征分析,具體見圖2.

圖2 #1瓦振動數(shù)據分析圖

通過對系統(tǒng)監(jiān)測得到的數(shù)據進行分析可以知道,#1瓦的振動波形為正弦波,波形相對簡單,以一倍頻振幅為主,其他諧波的振幅較小,頻譜呈樅樹形,軸心軌跡橢圓形,相位穩(wěn)定,基本可以排除油膜震蕩、系統(tǒng)擾動、氣流激振等原因,同時由于轉速不變時,振幅迅速增大,推測應該是#1瓦穩(wěn)定性差,導致轉子與軸承發(fā)生輕微碰摩.

5 故障處理

該廠利用機組檢修的機會,對汽輪機#1瓦解體后進行了仔細檢查,發(fā)現(xiàn)#1軸瓦球面接觸不良,球面墊鐵及支架凹面局部電腐蝕(圖3).

圖3 #1瓦解體圖

原因分析:西門子汽輪機轉子為單軸承支撐,#1瓦處于軸系末端,在轉子在升速過臨界時,短時軸振較大,同時機組長時間運行,最終導致金屬表面磨損;軸電流在#1瓦放電產生電腐蝕麻點,同時麻點又增加了球面間的摩擦阻力,導致軸瓦球面接觸進一步變差,加上軸瓦自動調節(jié)能力變差,軸瓦烏金與軸頸接觸受力不均,引起軸瓦烏金局部過熱、軸承振動加劇.

處理措施:返廠對軸瓦球面墊鐵與軸承支架凹面車削,修研至接觸面合格,達到≥75%以上接觸的要求;因軸瓦磨損輕微,對軸瓦烏金表面現(xiàn)場修刮.

處理結果:經過處理后,該機組并網帶負荷#1瓦軸振基本維持在40~60um之間,軸瓦溫度正常,取得了預期效果.

[1]上海汽輪機有限公司. 1000MW超超臨界汽輪機技術資料[Z].2006.

TK268.1

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1671-0711(2017)11(上)-0086-02