汽輪機(jī)動(dòng)靜碰磨故障的原因分析及處理

中鋁山東熱電廠技術(shù)中心

汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件的碰摩是運(yùn)行中常見(jiàn)故障,而轉(zhuǎn)軸碰摩是機(jī)組起動(dòng)和正常運(yùn)行中振動(dòng)突然增大的主要故障之一。汽輪機(jī)動(dòng)靜部分碰磨對(duì)設(shè)備造成的危害是非常嚴(yán)重的,據(jù)國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)彎軸事故統(tǒng)計(jì)表明,其中86%由轉(zhuǎn)軸碰磨引起,轉(zhuǎn)軸碰磨嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起軸破壞。因此,分析和研究汽輪機(jī)動(dòng)靜部分發(fā)生碰磨的原因,可避免事故的發(fā)生,以保證機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。

1　摩擦振動(dòng)的特征

碰磨具有多種征兆,易變的信號(hào)特征與外界條件有密切的關(guān)系,在某一時(shí)刻出現(xiàn)的特征,在其它時(shí)刻可能不再?gòu)?fù)現(xiàn),這使得碰磨帶有不確定性。發(fā)生碰磨時(shí),具體的信號(hào)特征如下:

(1)振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形發(fā)生畸變;

(2)當(dāng)機(jī)組在升速過(guò)程中發(fā)生碰磨時(shí),經(jīng)過(guò)多次起停,或者是暖機(jī)時(shí)間的延長(zhǎng),振動(dòng)值將逐漸減小;

(3)碰磨點(diǎn)處軸振的工頻或通頻振動(dòng)值快速增大;

(4)輕微碰磨主要是工頻振動(dòng)(1X),當(dāng)嚴(yán)重碰磨時(shí),除了工頻成分外還有其它的倍頻成分,如2X3X等;

(5)當(dāng)軸頸和軸瓦發(fā)生碰磨時(shí),軸瓦的烏金溫度和回油溫度將會(huì)升高;

(6)低轉(zhuǎn)速時(shí)在汽封或軸瓦處用聽(tīng)針能聽(tīng)到異常的聲音。

2　碰磨產(chǎn)生的原因

汽輪機(jī)組的徑向和軸向碰磨通常發(fā)生在隔板汽封、葉片圍帶汽封以及軸封部位,徑向碰磨還可能發(fā)生在各軸承的油擋、汽封片部位。發(fā)電機(jī)的徑向碰磨通常發(fā)生在密封瓦處。

2.1機(jī)組動(dòng)靜碰磨原因

2.1.1轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過(guò)大

造成軸振動(dòng)過(guò)大的原因有質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、軸系失穩(wěn)等。不管那種原因,大振動(dòng)下的轉(zhuǎn)軸振幅一旦大到動(dòng)靜間隙值,都可能與靜止部位發(fā)生碰磨。

2.1.2動(dòng)靜間隙過(guò)小或消失

造成軸封間隙過(guò)小或消失的原因有上下缸溫差過(guò)大,使得軸封間隙減小或消失;

汽缸與法蘭溫差過(guò)大,使得轉(zhuǎn)子兩端軸封上下間隙減小;

軸瓦烏金磨損或燒瓦,使得軸封下部間隙消失;

安裝或檢修時(shí)軸封間隙調(diào)得過(guò)小;

汽缸膨脹偏斜,使得汽缸上的軸封發(fā)生單側(cè)碰磨;汽封殼體變形,使得軸封間隙減小或消失;

汽輪機(jī)相對(duì)脹差過(guò)大,使隔板與葉輪軸向通流間隙減小;

機(jī)組在起動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中,主蒸汽管道及各抽汽管道進(jìn)水,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子推力突然大幅度增加,會(huì)使軸向通流間隙減小;

軸承箱出現(xiàn)嚴(yán)重卡澀,機(jī)組在起動(dòng)時(shí)膨脹不出來(lái),停機(jī)時(shí)縮不回去,也會(huì)產(chǎn)生通流軸向間隙減小。

3　碰磨故障診斷方法及其處理

3.1碰磨故障診斷

現(xiàn)場(chǎng)診斷機(jī)組動(dòng)靜碰磨有一定難度。如果認(rèn)定發(fā)生了碰磨,有時(shí)需要開缸處理,工作量較大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),單純地用瓦振信號(hào)判斷碰磨,頻譜較復(fù)雜,易于混淆,而軸振動(dòng)信號(hào)可提供更準(zhǔn)確的碰磨信息。因此,現(xiàn)場(chǎng)診斷應(yīng)盡量利用渦流傳感器。事先沒(méi)有安裝渦流傳感器的機(jī)組,當(dāng)懷疑發(fā)生碰磨后,應(yīng)盡早加裝,利于以后的測(cè)試和診斷。在依據(jù)振動(dòng)信號(hào)特征診斷碰磨的同時(shí),還需要了解機(jī)組安裝或大修中的情況,查閱有關(guān)的間隙記錄。運(yùn)行人員在機(jī)組起動(dòng)過(guò)程常采取聽(tīng)診的方法,對(duì)碰磨的確定有時(shí)也是有用的。分析中把這些信息結(jié)合起來(lái),可提高診斷的準(zhǔn)確性。對(duì)于高中壓缸和雙層結(jié)構(gòu)的低壓缸,通流部分的碰磨聲難于準(zhǔn)確傳出,只有軸端汽封的碰磨比較容易聽(tīng)到。因此,不能將某一種方法的結(jié)論作為認(rèn)定碰磨故障的決定性判據(jù)。

3.2碰磨故障處理

對(duì)于發(fā)生動(dòng)靜碰磨的機(jī)組,采取的處理方法要根據(jù)碰磨故障嚴(yán)重程度和檢修工期而定,處理方法有下列5種:

(1)提高升速率。如果碰磨發(fā)生在某一低轉(zhuǎn)速點(diǎn)或臨界轉(zhuǎn)速前,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)碰磨判斷的準(zhǔn)確性把握較大,且僅是個(gè)別瓦振大,大多數(shù)瓦振正常,整個(gè)機(jī)組不存在其它振動(dòng),可采取提高升速率沖過(guò)這一轉(zhuǎn)速區(qū),直接升到高轉(zhuǎn)速或3000r/min的方法。

(2)根據(jù)振動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)(膨脹、差脹、負(fù)荷、缸溫等),使機(jī)組通過(guò)發(fā)生碰磨的工況區(qū)。

(3)長(zhǎng)時(shí)間暖機(jī)。將機(jī)組打閘至盤車狀態(tài),或保持在某一轉(zhuǎn)速數(shù)小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí),使碰磨部位自行磨合消除。

(4)根據(jù)對(duì)產(chǎn)生碰磨原因的分析,從外部消除缺陷。

(5)如果碰磨部位發(fā)生在軸封處,對(duì)于汽缸端部汽封套、汽封環(huán)可拆卸的機(jī)組從外部調(diào)整。對(duì)于個(gè)別大機(jī)組,如果能準(zhǔn)確判斷碰磨的徑向方位,調(diào)整軸承標(biāo)高或聯(lián)軸器對(duì)輪左右偏差、張口也是一種工作量較小的措施,但需執(zhí)行常規(guī)檢修規(guī)范,注意影響運(yùn)行的相關(guān)因素,如瓦溫、通流間隙等的變化。

4　結(jié)論

(1)新建或大修后的機(jī)組,由于汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙小,起動(dòng)前軸偏心、汽缸溫差、差脹等重要參數(shù)一定要控制在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi),在起動(dòng)過(guò)程中要注意機(jī)組的振動(dòng)情況,盡量維持參數(shù)的穩(wěn)定,防止動(dòng)靜碰磨的發(fā)生,若在沖轉(zhuǎn)過(guò)程中存在動(dòng)靜碰磨故障,則在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)會(huì)更加劇烈,甚至造成彎軸。如果轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速以下振動(dòng)達(dá)到規(guī)定的數(shù)值,應(yīng)該立即打閘停機(jī),盤車一段時(shí)間正常后再起動(dòng);如果轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速以上,則在振動(dòng)可以控制的轉(zhuǎn)速上多停留一段時(shí)間,磨合一定時(shí)間后再升速,經(jīng)過(guò)幾次起停,碰磨故障可以消除。

(2)若在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)有增大趨勢(shì)時(shí),要嚴(yán)密監(jiān)視振動(dòng)情況,如果振動(dòng)可以控制在一定的變化范圍內(nèi),可以觀察運(yùn)行一段時(shí)間,以磨合出適當(dāng)?shù)拈g隙,如振動(dòng)上升速度較快,要嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行操作,必要時(shí)進(jìn)行緊急停機(jī)。

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