汽轮发电机组突发性振动的诊断与处理.doc

汽轮发电机组突发性振动的诊断与处理范雷雷 杨建刚 高亹（东南大学火电机组振动国家工程研究中心，江苏 南京 210096）摘要：某台汽轮发电机组在运行中，在没有操作和没有先兆情况下，2、3瓦振动在几秒钟内突增，直至保护动作跳机，严重影响了机组安全运行。全面分析了机组不稳定振动的原因，检查结果为转子中心孔堵头脱落，制定了故障治理方案，并进行了治理，取得了很好效果。关键词：振动 诊断 汽轮发电机组Fault Diagnosis of An Emergency Vibration Occurred in A Turbo-Generator unit FAN Lei-lei YANG Jian-gang Gao Wei (National Engineering Research Center of Turbo Generator Vibration Southeast University, Nanjing 210096, China)Abstract：Without any operation and potential symptom, a sudden severe vibration fault occurred in 2 and 3 bearings of a turbo-generator unit, which caused the shut down of the unit. It influences the safe and reliable operation of unit. Vibration test results, fault analysis process and project to solve the problem are presented in detail in the paper。Keyword: Vibration；Diagnosis； Turbo Generator Unit0 前言某台汽轮机组是前苏联生产的，型号为K-100-90-7,额定功率为100MW。轴系由高压转子、低压转子、发电机转子、励磁机转子组成。每根转子由两个轴承支撑，轴系共有8个轴承。2、3号轴承和4、5号轴承支撑在低压排汽缸上。该机于2002年11月12月进行了大修。大修后开机过程中出现了比较大的振动，经综合考虑多方面因素后，我们对低压转子进行了现场高速动平衡，将振动控制在35m以内。机组稳定运行至2003年9月，一切正常。2003年9月3日，机组振动突然增大，直至保护动作跳机。由于没有捕捉到突发性振动的数据，诊断工作走了不少弯路。在第一次对振动故障进行分析时，认为低频振动的可能性较大，并作出了相应的治理。开机后振动正常，但运行几天后又发生了突发性振动。第一次突发性振动有一定的偶然性，但后两次的跳机时间都是并网后约30多个小时，体现出一定的规律性。在我们捕捉到突发性振动之前，机组由于突发性振动共跳机4次。这时我们意识到突发性振动的根源不是低频振动，同时也意识到这次振动故障的复杂性。1机组的振动情况2003年9月3日凌晨2：00，机组负荷76MW，运行一切正常、没有操作和没有先兆情况下，2、3、4瓦振动在几秒钟内突增，从25m增大到超出监测仪表量程,仪表量程为200m，实际振动远大于200m。4瓦振动受其影响，也达到167m。1、5瓦分别增大到40m和80m。由于缺少发生突发性振动时的数据，我们只能根据突发性振动的现象进行分析。引起突发性振动故障的可能原因有：（1）断叶片；（2）动静部件摩擦；（3）汽流激振；（4）电气故障；（5）转子突然受到外界大的扰动冲击；（6）油膜振荡；（7）转子本身突然发生大的失衡。现对上述多种故障可能逐一进行分析。（1）断叶片。考虑到该突发性故障振动量值很大，如果是由断叶片引起的，那么，叶片断裂的数量肯定会较多，不会只是一、两片。断叶片产生的这么大的不平衡量，对机组停机过程中转子过临界振动肯定有非常大的影响。但从停机过程数据来看，各瓦过临界振动只是稍有增大，最大为4瓦135m。因此，可以排除断叶片的可能性。（2）动静部件摩擦。摩擦是机组不稳定振动最常见的因素。由于该突发性振动突发时间短、突发量值大，如果是摩擦故障，那么摩擦程度肯定非常严重。摩擦故障有一个发生、发展过程。摩擦初期，通常具有一定的先验征兆，即表现为不稳定振动。摩擦发展到一定程度，振动才会突增。但该机组突发性振动故障之前，没有任何征兆，各轴承振动稳定。从机组停机惰走时间来看，机组惰走时间基本正常，这表明轴承乌金等部件发生严重摩擦的可能性比较小。摩擦故障发生在机组检修后首次开机过程中的可能性较大，正常运行中发生的可能性较小。因此，动静部件摩擦故障可以排除。（3）汽流激振。汽流激振故障发生时，振动会突发性增大。我们在国产200MW等机组上遇到过。汽流激振与机组负荷密切相关，往往是在大负荷情况下发生。振动发生后，通过降负荷，把负荷降低到一定数值后，振动会减小。但该机组振动故障发生后，负荷降为0MW时，振动依然很大。因此，可以排除汽流激振故障的可能性。（4）电气故障。电气故障引起的振动对发电机转子两侧轴承（5、6瓦）影响很大。由于本故障主要发生在2、3瓦上，其余轴承振动可以看作是由这两个轴承引起的，因此，可以排除电气故障的可能性。（5）转子突然受到外界大的扰动冲击的原因主要有热态转子突然受到水冲击和低压缸进水。低压缸进水的可能有凝泵存在气蚀，流量达不到额定值，使得凝汽器水位不断上涨，满至末级叶片；或者轴封送气突然带水。（6）油膜振荡。油膜振荡也是一种突发性振动。振动突发之前，振动量值很小。一旦油膜振荡故障发生后，振动甚至会突增到500m。我们在某电厂6机油膜振荡故障治理过程中遇到过类似现象。油膜振荡与其它故障相比有一个比较明显的特征，即其振动频率为转子一阶固有频率。可惜的是，由于没有频谱数据，我们下结论的依据不是很充分。但从振动突发时间短、突发量值大、机组运行时冷油器出口油温偏低（37.8度）等情况来看，油膜振荡的可能性不能排除。（7）转子本身突然发生大的失衡的原因有转子突然受到不平衡力。为了可靠起见，厂方决定进行如下工作：（1）揭低压缸及缸内上半隔板套检查，检查低压轴承套、滑销系统、油档间隙、低压台板间隙、低压部分的疏水系统；（2）揭高压缸及缸内上半隔板套检查，检查动静叶片、围带、拉筋；（3）揭2、3轴瓦检查顶部间隙；（4）检查凝泵工作情况以及凝汽器水位测点和控制的可靠性，检查轴封送气的汽源及管路情况。上述检查均未发现异常，这样验证了我们前四项的判断分析，排除了前四项的故障可能性，也排除转子突然受到外界大的扰动冲击的可能。不能排除的是转子本身突然发生大的失衡和低频振动。由于缺少突发性振动的数据，在这种情况下我们认为低频振动的可能性比较大。因此，为提高轴系稳定性，作出了同时抬高2、3轴承标高100m。检修后机组在9月11日转机，开机后振动情况正常。机组检修开机后振动情况正常，该机组在12日和13日由于系统需要调峰两次，并于18日停机备用，22日转机并网。此阶段振动一切正常，大家认为突发性振动已经消除。但9月23日19时28分，振动保护再次动作，9月25日4时03分和14时16分振动保护动作跳机两次，现象与前几次相同。此时，我们认识到该突发性振动故障的复杂性。由于没有在线监测系统，上述突发振动均未能测到。为了捕捉到突发性振动得数据，决定在机组并网运行正常后做变负荷、变油温、变真空试验，力争把突发性振动激发起来。但是直到所有试验完毕，机组并没有象我们预想的那样发生突发性振动。就在大家认为突发性振动已经消失时，9月27日7时49分机组再次振动保护跳闸，我们终于捕捉到突发性振动的数据。2振动故障原因的分析表1给出了故障前后机组振动数据，图1为2、3、4瓦发生突发性振动前后的振动趋势图。图2为发生突发性振动时3瓦的频谱图。表1 突发性故障前后机组振动数据（m）轴承号 1 2 3 4 5故障前 7 13.8 6.15 32 25故障后 40 296 500 500 80图1 2、3、4瓦突发性振动前后的振动趋势图图2 3瓦突发性振动时的频谱图经对现场采集的突发性振动数据分析，发现有以下几个特征：1大振动在瞬间发生，12秒钟内振动由原来的正常值突然增加到50丝以上，起振时3号瓦最大，振动频率主要为转速频率，振动性质为突发性大工频振动。2振动故障时以3号瓦最大，4号瓦、2号瓦次之，3号瓦大振动时有明显的高频振动分量（2倍频、3倍频），而且在降速时出现半速涡动，靠3号瓦处大振动后有碰摩。初步分析突发性振动故障源在低压段或者高低对轮处。为了寻找振动故障原因，决定再次揭低压缸进行检查，检查高低对轮连接情况。当把高低对轮解体后，发现高压缸侧的转子中心孔堵头掉落，图3为中心孔堵头所在位置的示意图。联轴器腔室内有大量油泥和铁屑。该联轴器腔室的直径约为600mm，堵头的直径为150mm，磨损后的堵头重量为6.85kg，图4和图5分别为堵头磨损前后的形状。堵头在联轴器腔室里活动，会产生一个不稳定的不平衡量作用于转子上，根据公式F=m2r，该活动堵头所产生的不平衡力约为177652N，完全能够产生巨幅振动。因此这就是引起突发性振动的主要原因。图3中心孔所在位置示意图图4 堵头磨损前的形状图5 堵头磨损后的形状3检修后开机情况机组检修后，于2003年10月6日下午1：52开机。机组过临界振动小于65m。图6为3瓦振动信号频谱图，频谱图中主要为稳定的工频分量，发生突发性振动时的高频分量几乎没有。图6 3瓦振动信号频谱图表2为带95MW运行30分钟后的振动数据。从表2可以看出，轴系各点振动都小于30m ， 机组检修后突发性振动故障消失。振动治理取得了比较好的效果。表2 机组检修后开机振动数据（m）轴承号 1 2 3 4 595MW,91Kpa 10 11 29 27 254结论机组故障治理后，振动一直比较稳定，突发性振动故障消失。转子留有中心孔是为了防止转子产生裂纹，但如果堵头不严，会引起中心孔进油或进水，造成转子热弯曲引起振动，像这次更为严重的堵头脱