600MW机组瓦轴振动故障原因诊断

600MW机组瓦轴振动故障原因诊断内蒙古电厂#1机，系东方汽轮机厂生产的超临界600MW机组，2007年9月投产，当时轴系振动良好，20007年底开始2瓦轴振与3瓦振动出现不规律波动，最大波动值2瓦轴振达到150μm左右，3瓦振动达到100～120μm，与此同时，7瓦轴振，在大负荷下振动幅值达到110μm。2008年7月，在#6、#7瓦联轴器上加重之后，#7瓦轴振已获得圆满解决。但2瓦轴振与3瓦振动不规则波动原因，一直困扰着机组的安全运行。为进一步对该振动的原因进行确诊，河南电力试验研究院特别邀请了国内振动知名专家施维新教授一起于2008年7月28日～29日前往现场，依据历次振动测试和从DCS调出的振动曲线，对#2瓦轴振和#3瓦垂直振动不规律波动故障原因，做了详细地分析诊断。并与电厂相关领导和专业人员进行了现场讨论、座谈，确定了振动的原因，并对这种振动今后的发展趋势、消振方向和对机组安全生产的影响，做了预测、说明和评估。现形成会议纪要如下：一、原因分析1.#2瓦轴振和#3瓦垂直振动波动情况振动波动是从2007年底开始的，有时一天出现一次或几次，有时1～2天也不出现，波动幅值最明显的是#2瓦轴振和#3、#5瓦垂直振动，#1瓦轴振、#2瓦瓦振、#3瓦轴振、#4、#6瓦轴振也波动，但波动幅值较小，如图1所示。从测试结果来看，波动时振动主要分量是基频，因此从振动性质来说是属于普通强迫振动，可以排除轴瓦自激振动。2.支承刚度机组各类振动总的故障原因只有两个：一是激振力；二是支承刚度低。这里支承刚度包含轴承座动刚度和油膜刚度两项。显然，激振力一定时，轴承振幅与支承刚度成反比；转轴相对振动近似地与油膜刚度成反比，与轴承座支承刚度成正比。1、2瓦是落地轴承，支承动刚度较高，在激振力一定时，它可以出现较大的转轴相对振动，轴承振动不大；相反#3、#4等轴瓦座落在排汽缸上，这种轴承支承动刚度较#1、#2瓦低1～2个数量级，所以#2瓦轴振幅值波动明显，瓦振不明显；相反，相邻的#3瓦轴振波动不明显，而瓦振幅值波动很明显。由图1可见，振动不波动时，各瓦轴振、瓦振良好，说明激振力、各瓦支承动刚度、油膜刚度正常。引起振动波动有两种可能，一是激振力波动；二是轴瓦支承刚度和油膜刚度降低后而恢复，两者之一都可以引起图1的振动波动。轴承座因膨胀不畅等原因，支承动刚度有可能会产生图1形式的波动，但是到目前为止未曾发生过；而轴瓦油膜刚度是不可能形成图1所示的振幅波动，所以只有激振力变化一种可能。3.激振力引起普通强迫振动的激振力只有三种，一是不平衡力；二是轴系同心度和平直度偏差大（不是指一般的转子找中心）；三是不均匀电磁力。由于振动发生在汽轮机#2、#3瓦处，而且与励磁电流无关，故首先可排除不平衡电磁力。显然，在联轴器连接螺栓没有完全松动和联轴器与转轴是整体结构的情况下，是不可能引起连接偏心改变造成图1所示变化规律的激振力。这里不能排除的只有转子不平衡力一种故障。4.转子不平衡力改变的原因上面已经指出，只有转子不平衡力的改变，才能激起图1所示的振动。由于振动增大后可复原，说明转子不平衡变化是可逆的。引起这种可逆平衡变化的只有转子热弯曲。5.转子热弯曲原因引起转子热弯曲原因虽然十分复杂，但是引起图1所示变化规律的热弯曲只有两种可能，一是转轴与水接触；二是转子碰磨。转轴与水（轴封、汽缸疏水不畅、抽汽管内积水等）接触，虽然可以引起图1所示形状变化规律的激振力，但是振动增大时滞时间均在0.5～3min之内，由图1可见，振动增大时滞达1小时，由此可以排除转轴与水接触，不能排除的只有转轴碰磨这一种故障。6.转轴碰磨原因这里转轴碰磨包括下列故障。转轴与轴封（端部和隔板轴封），其中又包括径向和轴向（汽封齿与转轴凸台相碰）两种碰磨，一般与工况、机组运行时间有关。转轴与接触、浮动汽封、油档碰磨，与工况无关，与运行时间有关。转轴与轴瓦乌金摩擦，这种碰磨也可以导致转轴振动连续周期性波动和转轴振动逐渐增大，与工况无关，与机组运行时间有关。该轴系中未采用浮动和接触油档、汽封，所以首先可以排除这一故障。由于#2、#3瓦轴振、瓦振波动是机组投运半年后才出现的，由此可以排除轴封径向、轴向间隙过小引起轴封碰磨。从轴封碰磨一般规律来说，工作转速下（带负荷情况下）转轴碰磨易在低压转子上发生，而且可以持续相当长时间；启停过程中转轴碰磨易在高压转子上发生。工作转速下，径向碰磨如果发生在高压转子上，一般经过2～3次（由严重程度决定）碰磨，即可以消失，但轴向碰磨可持续相当长时间。而低压转子上的径向和轴向碰磨，都可以持续很长时间。从机组结构特点来说，由于东汽300MW、600MW机组低压缸刚度差，因此低压转子碰磨引起振动不稳定是这两种型式机组的通病，早期生产的机组还要严重。对#1号机组来说，由于汽缸膨胀、零部件变形、位移等原因，引起动静间隙变化，目前不能排除的转轴碰磨是低压A转子径向、轴向和高中压转子#2瓦处附近轴向碰磨。严格来说，轴颈与轴瓦的碰磨目前也不能排除，只有翻出下瓦，检查下瓦乌金两侧接触是否太重，才能确定。7.碰磨与运行参数的关系为了进一步查明转轴碰磨故障原因及运行中有效控制振动的需要，从DCS中对多次出现振动波动时，查找与相关运行参数的关系，其中有新汽温度、高排温度、高压轴封温度、低压缸排汽温度、真空、负荷、乌金温度、润滑油进口油温等，但都没有找到振动变化与这些参数较好的对应关系。只有负荷和高压轴封温度变化与振动有关，但对应关系再现性不好。只是振动波动是发生在负荷和高压轴封温度变化时，但不是每次负荷、轴封温度变化，都会引起振动，只是轴封温度波动大时，振动波动也较频繁。如表1所示。相反，在高压轴封温度较为稳定时，#2瓦轴振也较稳定，如表2所示。二、结论1.#2瓦轴振和#3瓦垂直振动的性质属于因转子不平衡力引起的普通强迫振动。2.该振动增大后可复原的特点说明，转子不平衡变化是可逆的，因此转子不平衡力改变的原因为转子热弯曲。3.转轴碰磨是引起转子热弯曲的原因，引起转轴碰磨的原因不能排除的是低压A转子径向、轴向和高中压转子#2瓦处附近轴向碰磨。严格来说，轴颈与轴瓦的碰磨目前也不能排除，只有翻出下瓦，检查下瓦乌金两侧接触是否太重，才能确定。三、振动变化趋势预测及机组安全的影响依据以往消振和运行经验，这种在目前看来是随机性振动的波动，今后发展有两种趋势，一是逐渐衰减，最后消失；二是逐渐恶化，即波动更频繁、幅值更大，导致跳机。如果是后一种情况，因大振动与碰磨振动加重，能加速磨损，最后也会使振动衰减而消失。但不论是前一种、后一种，对机组安全均不会构成大的危害。在目前无有效的控制手段的情况下，保证机组安全的前提下，只能让其跳机，加快磨损。四、关于运行中振动调控和消振方向的建议1.今后运行、振动专业人员，仍应继续观察振动变化与运行参数的关系。在目前看来是随机性的波动（但并不能肯定），若能找到与某一运行参数有较好的相关性，不仅在运行中可以较有效的控制振动，而且可以进一步查明碰磨故障的具体原因。2.从大量消振经验来看，消除这种振动，揭缸查找不是上策，一般都是用磨合的方法进行消振。3.据目前已掌握的情况，可以保持高压轴封温度稳定，减少振动波动。