300MW机组运行过程中振动突变原因分析及处理.pdf

第2 o 卷 华 中 电 力 2 0 0 7 年第6 期 3 0 0 mw机组运行过程中振动突变原因分析及处理 庄 群 f 国电湖北汉新 发电有限公 司， 湖北 汉川4 3 l 6 l 4 ) 摘 要 ： 通过对两次振动 突变处理过程的详尽 回顾和振动特征 的描述 ， 简要分析 了 振动发生的原因。实践证 明， 旋转部件 脱落和原叶片设计强度偏低 叶片顶部型线不合理导致叶片断裂是引发振动突变的主要原 因。 关键 词 ： 汽轮 机 ； 轴振 ； 振 动 突 变； 原 因分析 中图分类号 ： t k 2 6 7 文献标识码 ： b 文章编号 ： 1 0 0 6 6 5 1 9 ( 2 0 0 7 ) 0 6 0 0 5 9 0 4 t h e re a s o n an a l y s i s a n d t r e a t me n t o n s u d d e n c h a n g e vi b r a t i o n o f a 3 0 0 mw t u r b o ge n e r a t o r un i t s z h u a n g q u n 0 引 言 2 0 0 4年 和 2 0 0 6年 汉 川 电厂 2号 机组 在 运 行 过程 中先后两次发生轴振突变现象 ， 且都是 3 、 4号 瓦绝 对振 动上升 较快 ， 维持在 一个较 高 水平 后稳 定 不 变 ； 瓦振 超 标 ， 在 4号 瓦 的轴 向和垂 直 瓦振 表 现 尤为突出。两次振动突变处理的方法大体相同 ， 都 是通 过平衡 配重 方式将 振动 降低 至合格 水平 后 ， 继 续带 负荷运 行 。 为提高 振动监测 的水 平和 分析 问题 的能力 对这 两次振 动 突变 的处理 过程 做 了详尽 回 顾 并 对振 动突变发 生 的原 因进 行 了简要分 析 。 1机 组概 况 湖北 汉 川 电 厂 2号 汽 轮 发 电 机 组 为 引 进 型 3 0 0 mw 机 组 汽 轮 机 型 号 是 n 3 0 0 1 6 7 5 3 7 7 5 3 7 7 ， 发电机型号是 q f s n一 3 0 0 2 ， 励磁机型号 是 z l ws wh， 分 别 由上 海 汽轮 机厂 和 上海 电机 厂 引 进美 国西屋公 司技术 制造 。 2号 机组 轴系 有 7个 轴 承 ， l 、 2号轴 承 支撑 高 中压转子， 3 、 4号轴承支撑低压转子 ， 5 、 6号轴承支 撑发电机转子 励磁机为单支撑结构。 2号 机组轴 系设计 临界转 速值 见表 l 。 表 1轴 系设 计 临 界 转 速 值 r mi n 收稿 日期： 2 0 0 7 1 1 0 5 作 者 简 介 ： 庄群( 1 9 7 1 一 ) ， 女 ， 广东潮州 人 工程师 2振动现 象及特征 2 0 0 4年 9月 l 1日， 2号机组在正常带负荷运 行时振动突然增大，其中，尤以 3 、 4 、 7号轴振及 4 号瓦振增大最为明显。 检测发现， 在 2 0 6 mw 负荷下， 3号轴振 达 1 5 3 ix m， 4号 轴振达 1 0 8 ix m， 7 号 轴振 达 1 2 1 i x m 4号瓦振水平达 6 8 i x m， 轴 向达 1 2 0ix m。 2 0 0 6年 8月 1 4日晚 9 ： 0 5分 ， 2 号机组满负荷 运 行 ， 3 、 4号 轴 振 ( 绝 对 振 动 ) 突 然 发 生 阶跃 现 象 ， 2 、 6号轴振也有小幅爬升 ， 5 、 7号轴振下降。其 中 3 号 由 6 1 i x m上 升到 1 0 6 8 ix m 4号 由 5 2 ix m上升 到 9 7 ix m。 从追忆的参数来看 ， 当时值班人员没有大的 操作 ， 机组运行工况没发生变化 ， 机组各参数包括 功率 、 真空 、 主再热蒸汽压力温度 、 差胀 、 缸胀 、 轴位 移 、 轴封压力、 排汽温度等均未发生变化。 两次 突变均在 3 、 4号瓦上 反 映 ， 无 论轴振 还 是 瓦振 变化 的绝对值都很大 ， 但是轴振的相位变化 不 明显 。阶跃前后 轴振 、 瓦振 比较见表 2 、 表 3 。 表 2两 次 突 变前 后 轴 振 对 比l mld e g 一 5 9 维普资讯 2 0 0 7 年第6 期 华中 电 力 第2 0 卷 表 3两次突变前后瓦振对比 m 3 号轴承 4 号轴承 5 号轴承 6 号轴承 时间 上一0上 一 0 上 一 0上一0 2 0 0 4 6 1 ( 大修后 ) 3 3 1 3 2 7 6 7 6 2 2 4 2 0 0 4 8 3 0 ( 突变前 ) 1 5 1 3 5 1 3 3 5 1 2 3 4 7 1 3 2 2 2 0 0 4 9 1 1 ( 突变后 )5 3 2 4 3 4 3 9 3 1 1 0 9 2 7 5 7 2 4 4 9 1 4 2 4 2 0 0 6 8 1 4 ( 突变前 ) 1 6 1 8 1 9 4 1 4 7 1 6 2 7 2 1 1 6 2 0 0 6 8 1 5 ( 突变后 )4 0 1 9 5 3 4 4 2 3 7 6 2 8 3 1 1 6 l 7 2 4 l 5 3 振动原因分析 3 1 从振 动现象分 析振动 突然增 大的原 因 对 于运行 中的机 组 。振 动 突然增 大 引起 的原 因主要有 ： 动静摩擦 、 发电机 负序 电流过大 、 转动 部件飞脱 、 转轴与水接触等。2 0 0 4年 9月 1 1日发 生第一次突变时 2号机组大修后运行不过三个月 时间， 大修后对轴 系曾进行过平衡 。 轴系稳定性不 应在短时间内被打破。若是动静摩擦， 那么在大修 后 的首次 启 动 中就应 该反 映 出来 。而且 机 组正 常 运行中发生动静碰磨 引起 的振动增大初始阶段 振动缓慢增大。 中末期振动急剧增大。 这时通常伴 随有运 行 操作 或 膨胀 、 差 胀 的异 常 ； 调 门开 度 的变 化也会造成轴颈和转子位置变化 。进而引起碰磨。 但从追忆参数看 。 无论第一次还是第二次 ， 运行 中 没有任何操作且参数值在正常范围。 因此可排除动 静 碰摩 。 如果发生叶片、 围带等转动部件飞脱 ， 振动会 阶跃增加到一个固定值 ， 其后不会恢复。 从现象看 ， 两 次突变 与此非 常相符 。 大修 中曾对末 三级 叶片频 率进行 过测试 ，除 5 t 5 g两级频率不合格 ， 6 t 6 g 和 7 t 7 g级叶片频率均符合厂家要求 ，频率合格。 第 5 t 5 g两 级频 率虽均 不合格 ， 与 2号机 组上 次大 修 ( 1 9 9 9年) 所测频率比较还有所上升 ， 鉴于我厂 同型的 1 号机组该级叶片组最高频率达到 2 9 2 5 h z 无事故记录， 因此大修中未做处理。 同时。 大修中末 级 和 次末 级 叶片 的超 声 波探 伤检 查 和末 级 叶 片 的 宏 观检 查 均未 发 现 表面 裂纹 。从 大修 测 试 数据 分 析 ， 发生叶片 、 围带等转动部件飞脱的可能性不大 ， 但从 振动 现象看 ， 此种 可能不可 排除 。 至于发电机负序电流过大、 转轴与水接触引起 振 动突变 ， 从 现 象上看 。 不相符 。 可排 除。 3 2 从检测 的数据 分析原 因 表 2数据显示 。第一次振动阶跃 。 3 、 4号绝对 轴振的幅值变化量是 6 0 7 0 m，相位没有发生变 化。第二次振动阶跃 。 3 、 4号绝对轴振的幅值变化 一 6 0一 量是 4 0 m左右， 3号瓦相位发生较大变化。瓦振 方面 。 4号瓦的垂直和轴向振动尤为突出。 4号瓦的 轴向振动两次分别达到了 1 0 9 m、 7 6 m。 从理论上来说 。 引起轴承座轴 向振动的原因有 四个 方面 ： 轴颈承力中 tl , 沿轴向周期性的变化 ： 轴承座支承刚度不对称： 轴颈承力中 tl , 线与轴承座几何中心不重合 ： 轴承座轴向共振。 除轴承座轴 向共振其频谱主要表现为 2 x。 而 实际测试数据为基频。 此原因得到很快排除。 其它 原因 。 对于 2号机来说都有可能。2号机组大修时 曾发现低压缸存在严重的不均匀沉降 。 内缸严重跑 偏现 象。这会 造成缸 内抽汽 管 系连接应 力 的改变 、 支撑台板地脚螺栓松弛 、台板滑动面存在间隙、 滑 销 系统 卡涩等 现象 。从而造 成低 压缸死 点不死 ， 膨 胀不畅 进而引起低压缸轴承座动刚度改变而造成 机组轴系平衡的恶化。 表 2 、 表 3的数据显示 机组轴振 、 瓦振均以基 频分量为主。 无其它较大的异常分量 ， 因而其振动 为普通 强迫振 动 。由此可 以推 断 ， 引起 机组振 动 异 常的原 因是轴 系平衡 的突然 恶 化 其直 接原 因应 为 旋转件脱落或轴承支承状态突变。 4 振动处理过程 4 1 第一 次突变 发生后 的处理 2号机是刚大修完的机组 ， 大修 中有关叶片频 率 的测 试数据 都正常 ， 分析认 为 叶片 断落 的可能性 不 大 振 动 突变 可 能与 轴 承支 承状 态 突然 恶 化有 关 。加上用电负荷需求较紧， 只在高负荷时对机组 振动进行全面测试 。 停机前做了打闸 、 挂闸的升降 速试验 。 检查机组升降过程中轴系振动的变化 。然 后进行了两次平衡加重 ， 就重新启机运行了， 并未 作汽轮机揭缸和内窥镜检查。从升降速波德图看 ， 1 7号瓦无 明显异常振动 ： 大负荷轴振 、 瓦振也是 以基频 分量 为主 。 无其 它较 大异 常分量 。通过 两次 动平衡处理 ， 机组整个轴系轴振及瓦振均降至合格 范围， 平衡效果 良好 ， 满足了机组安全运行的要求。 动平 衡 处理数 据见表 4 、 表 5 。 4 2 第二 次突变 发生后 的处理 2 0 0 6年 8月 1 4日第 二 次 突变发 生后 ， 首先 是 加强了对振动有关的运行参数 的监视 ， 其次是对主 机轴振 、 瓦振 、 振动频谱进行详细测试 分析 、 判断 此次振动突变产生的原因。 维普资讯 第2 0 卷 3 0 0 mw 机组运行过程 中振动 突变原 因分析及 处理 2 0 0 7 年第6 期 表 4 2号机组第一次突变后动 平衡过程及轴振 pm - d e g 工 况l ab s 2 ab s 3 ab s 4 ab s 5 ab s 6 ab s 7a bs 3 0 0 0 r mi n 9 1 4 6 8 1 _ 5 9 1 4 8 _ 3 9 1 5 9 7 3 2 6 5 1 9 5 3 6 _ 2 5 1 第一次加重 1 o 5 71 1 o 0 1 1 1 6 5 91 4 4 p 1 0 0z 2 1 0 第二次加重 p 3 = 2 7 5z2 9 5 8 7 6 5 6 8 6 7 63 7 8 6 8 p 4 = 2 7 5z 1 2 o 2 7 5 mw 8 8 5 6 2 7 8 5 7 8 7 9 8 4 表 5 2号机组第一次突变后动平衡过程及瓦振值 i l m 工况 第一次加重 p 3 = 3 8 0z 2 0 p 4 = 3 8 0z 2 o 0 p z =1 0 0z 2 1 o 第二次加重 p 3 = 2 7 5z 2 95 p 4 = 2 7 5z 1 2 o 2 6 0 mw 一 0 8月 1 6 日 2号机 组停 运 打 开低 压 缸人 孔 门 检查末级叶片。 因排汽缸内温度较高 ， 湿汽太重 ， 检 修人员没有进入缸 内。 仅在缸外用 电筒查看 。 未发 现异常 。 根据 对 2号 机组振 动特性 的了解及 所检测 的数据 分析此 次 突变产 生 的可能原 因是 旋转 部件 脱落及 轴承支 承状 态恶化 。 特别 是从 表 6所 测瓦振 数据看 。 3 、 4号瓦 的 瓦振 相位 完全 反 向 ，端部 叶 片 断落 的可能性 极大 。 虽然 检查末级 叶片没有 发生 断 落 。 但 不排除 其它级 叶片 断落 的可 能 。无 论是 旋转 部件脱落还是轴承支承状态恶化 ， 所引起的振动都 是基 频 分量 为 主 。 属于 普通 强 迫振 动 的 范 围 。 那 么 采取降低激振力的处理方法应该是有效的。而且 。 第一次 突变发 生后 的处理 。 也证 明这 种方 法是 可行 的。根据年度检修计划 。 2号机 在 9月就有一次小 修机会 。那么目前采取平衡加重方式降低振动， 维 持机组运 行 得 到上下 一致认 可 。 表 6 2号 机 组 第 二次 阶跃 后 瓦 振 测 试 i m -d e g 考虑到 3 、 4号轴振 、 瓦振 的大小 决定在汽轮 机低压转子侧加重。加重后， 在大负荷下 ， 3 、 4号轴 振均降至 8 4 m 以下 ，瓦振降至 4 1 m以下 ， 7号 轴振较大 但经过较长时间的带负荷后， 整个轴系 的轴振 、 瓦振均进一步降低 ， 所有轴承振动全部降 至合格水平。 平衡处理过程及数据见表 7 、 表 8 。 表 7 2号机组第二次突变后动平衡过程及轴振 t t m 工况l ab s 2 ab s 3 ab s 4 ab s 5 ab s 6 ab s 7 ab s 第一次加重 p 3 ： 3 6 0l 2 9 0 9 6 6 4 1 0 7 8 2 3 9 5 0 1 3 7 p 4 =l 81 z 7 9 + 2 2 0z 1 3 5 3 0 8 mw 1 0 2 71 8 4 8 0 4 9 5 4 1 2 3 表 8 2号机组第二次突变后动平衡过程及瓦振 i t m 工况 方 向 3 号 4 号 5 号 6 号 第一次加重 上 6 7 3 2 2 5 1 2 p 3 ：3 6 02 9 0 3 o 2 1 1 2 3 1 p 4 =1 81 7 9 + 2 2 0 _1 3 5 0 4 5 2 6 1 4 1 0 上 41 2 5 3 2 1 3 3 1 0 mw 一 1 5 2 6 2 8 2 7 0 2 8 2 7 1 5 4 3 2 伽i6年 9月小修 处理过 程 4 3 1 揭缸 及 内窥镜检 查 机组停运强制快冷后。 目检低压转子末级叶片无 断裂 打开低 压 2 号 内缸调端近 8 号低加抽汽 口的端 板用内窥镜仪检查，发现次末级动叶有断裂现象， 决 定揭缸检修。揭开低压外缸及 2号内缸检查， 调端次 末级动叶有两片顶端断裂缺失 ，从断口痕迹来看， 标 号 为 wc 3 8 c g 8 的叶 片应是 最 近一次 断裂 的 。 标号为 wc 3 7 c j 9 3 3 1 的叶片应 是先前断裂的 。 叶片 断 裂情 况如 图 1 、 图 2所 示 ( 虚线 部 位 为 叶片顶端 断裂缺 失部 位 ) 。 进 汽 边 出 汽 边 图 1 低 压 转 子 调 阀 端次 末级 4 4号动 叶端 部 正 视 图 进 汽 边 t 0 l 0 l 出 汽 边 图 2低 压 转 子调 阀端 次 末 级 3 1号 动 叶 端 部正 视 图 用 内窥镜在 8号低加壳体底部发现一块动叶 一 61一 ： 。 ： 2 “ m ： 2 h 上 一 0上 一 0上 维普资讯 2 o 0 7 年第6 期 华 中 电 力 第2 0 卷 断 片 ， 受 内窥 镜 探测 线 长度 的限 制 ， 只能 探 测 到 8 号低加壳体抽汽口附近的有限区域。 检查调端次末 级静 叶及 末 级静 叶 没有 卡 住异 物 ； 检 查凝 汽 器 汽 侧底部及冷却管束 ， 也没有找到叶片断片。 这次， j 揭缸和内窥镜检查的结果 ， 证实了我公司 两次振动突变发生的原因都是因端部叶片断落引起。 4 3 2 末 级叶 片测频及探 伤 当发 现调 阀端次末 级有两 片叶片截断后 。为了 解断叶片的频率 范围是 否还在安全运 行 区域 以及 整组 叶片是否还 能安全 运行 特对 断叶片及周 围叶 片进行了频率抽检。 测试表 明： 断 叶片一 阶频率 明显 高于完好叶片，超出厂家提供的合格范围 ( ： 1 3 4 1 7 4h z ) ， 二 阶频率 没有 明显异 常 ， 测试 数据见 表 9 。 表 9 次末级叶片测频数据hz 叶片测频 后 对 低压 转子调 阀端 和 电机端末 级 及 次末级动 叶表 面均作 除锈抛 光处 理 对 叶 片全部 作 了超声 波探伤 检测 。 通 过对末 级和次 末级 叶片 的 超声 波探伤 检查 和末 级 叶片 的宏 观 检查 ， 均未 发现 表 面裂纹 ， 只是末 级 叶片端部 出汽侧 和靠 近根 部进 汽侧有一定程度的汽蚀 次末级叶片端部出汽侧有 一 定程度 的汽蚀 。 4 3 3断 叶片处理 方案 我 厂 2号机 为 上 海汽 轮机 厂 生产 的引 进 型 的 第 4台机 组 而 上汽厂 生产 的引进 型的第 1 1 6台 机组 ，其次 末级 叶 片尾段 距 叶顶 约 7 0 h 1 h 1 处 普遍 存 在易断 裂 的隐患 ， 其 主要原 因在 于次末级 叶片尾 段 距叶顶 约 7 0 h i h 1 段采用 了直 叶片型线 。 目前上 海 汽轮 机厂 只有 新 型 的次 末 级顺 扭 转 叶片，若只将断裂的两片叶片更换为新型叶片， 上 汽厂无此经验 ， 不建议实施 ； 若要求上汽厂再按老 型叶片生产 几片后 再行更 换 ， 则有 两方面 的考 虑 因 素： 一是生产周期长 二是更换为旧型叶片后 ， 叶片 断裂 的隐患未消 除 。 鉴 于上 述 原因 ， 双 方达成 共识 ： 在未发现新 的更大的缺陷的前提下 ， 对 2号低压转 子断裂叶片不作大的处理。 考虑到检修前机组振动 情 况正 常