330 MW机组轴振大缺陷分析及处理

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  [摘 要]我厂机组为进口机组,16年与哈汽合作进行了机组通流改造,改造后1号轴瓦轴振出现振动大缺陷,在机组通流后的冲车阶段及定速阶段1号轴瓦轴振值均未出现超标情况,机组启动后1X、1Y轴振值超标,机组满负荷工况下轴振值超过报警值(127μm),严重影响机组安全运行,在机组D修时进行了处理。通过几次处理机组振动大缺陷得到解决,希望通过我厂解决机组振动缺陷的处理方法,对同类型机组类似缺陷进行分析研究,为以后工作提供参考与帮助。
  [关键词]汽轮机;轴振动;缺陷;频率;热平衡
  中图分类号:TK268 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)37-0170-02
  某330 MW机组系上海汽轮机厂生产的引进型、亚临界、一次中间再热、四缸、四排汽纯凝机组。其汽轮机机型为 C152。该机7号轴承和8号轴承位于Ⅳ,Ⅴ轴承箱,为低压Ⅱ转子使用的支持轴承。其汽缸和转子及轴承的分布如图1所示。
  一、机组启动及运行中存在的异常现象
  分析了某 330 MW 汽轮机自通流改造以来,在启动及机组运行中存在 7 号、8 号轴振动大且长期超标、影响机组安全运行的问题。经检查测量发现这是由于相邻对轮螺栓孔倾斜导致对轮同心度、晃度严重超标所致。经制定实施方案并应用现场镗孔机进行镗孔处理后,从理论和实践经验出发,分析了振动产生的原因,结合现场设备特点采取了一些可行的措施,消除了机组振动。最终取得了良好的效果,确保了机组的安全稳定运行。分析了动平衡中出现的异常现象,研究了发电机后轴承塑料油档摩擦以及传感器支架刚度不足引起的不稳定振动现象和原因,并对发电机前轴承出现的二倍频振动也进行了研究。该厂330 MW机组于1989年投产,原汽轮机为A152型,于2012年进行通流改造为C152型。自通流改造后,该汽轮机一直存在7,8号轴振动偏大的缺陷。由2012年7月通流改造后升速过程中的波德图可知,7,8号轴动都在125 μm以上,尤其是8X,8Y轴振达到150 μm以上,超过跳机值,严重影响机组的安全稳定运行。下面将是对于汽轮机进行处理的几个要点。第一,对1号轴瓦进行修补,减小轴瓦顶隙值;第二,通过对低压转子加装平衡块,以降低整个轴系的振动,工作完成后机组1号轴振值得到了一定的改善,在机组满负荷工况下轴振值115μm,接近报警值,效果仍不理想,而后通过联系电科院进行振动监测,通过计算对高中压转子加装平衡块,处理后机组满负荷工况下1号轴瓦轴振值均小于85μm。
  二、轴振偏大原因分析
  针对7,8号轴振动偏大缺陷,该厂组织技术人员对设备的各项参数进行认真检查、测量。发现低电对轮存在以下缺陷:(1)低电对轮螺孔错位较大,并且全部20个螺孔有不规则的偏斜现象;检修过程中,因现场条件限制,螺孔偏斜情况无法消除,打紧螺栓螺母后波纹节侧靠背轮会出现移位和外圆局部变形的现象,铰孔后现场测量同心度为0.105 mm;2014年4月,该机组D级检修中复测低电对轮同心度为0.16 mm,测点的晃度达0.23 mm,其他点的晃度约为0.10 mm,造成机组运行时6,7号轴承振动及7,8号轴振动偏大。轴振一般用位移值表示,单位为微米。如果涡流传感器固定在轴轮上。四期工程共装设两台330MW凝汽式燃煤单元制汽轮发电机组,是海南电网主力机组,最高电压等级为220kV,220KV配电装置采用全封闭组合GIS双母线接线方式,共有3回220kV出线,另外还装设有一台起动备用变压器作为机组的起动和备用电源。
  三、系统不完善引发的问题
  ①低加疏水泵打不出水:机组运行中,曾出现低加疏水泵打不出水。经过现场疏水泵的检查,发现泵体少装了排空管。为此,每台泵加装了一根通向疏水箱的排空管。考虑到疏水泵之间的联锁运行,所加装的排空管相互独立。②冷却器堵塞:开式循环水系统水源均来自红水河,机组试运期间,红水河发洪水,水质较差,导致以开式循环水为冷却水的冷却器堵塞。为此,对开式循环水人口加装了滤网。对该机组各轴承的振动信号(绝对振动)及各轴振动信号(相对振动,简称轴振)进行监测,轴承振动信号由美国Bently公司的9200型速度探头拾取;轴振动信号采用涡流探头拾取并接入公司的DAQ05型振动故障分析系统进行数据采集和分析。键相测量使用涡流探头,安装在1号轴承处。汽轮机转子与轴封发生了动静摩擦故障,现场采用磨合措施消除了故障。通过对发动机转子实施两次动平衡,消除了转子9,10号瓦处在临界转速下的过大振动。轴振动信号及键相拾取示意轴振即转轴的径向振动,目前汽轮机组的轴振普遍采用涡流探头来测得。其探头中的线圈有高频电流通过时,产生高频电磁场并使得被测转子轴颈表面产生感应电流,并转化成电压表示出来。而这个电压随轴表面与传感器之间距离改变而变化,如此即实现了对转动的测量。升压站配置有两组完全独立的220V蓄电池组和三台高频直流电源以及两套220V交流不停电电源给220KV配电装置提供控制、操作电源并配置有NCS控制系统,运行人员由两台操作员站完成对升压站断路器、隔离开关的远方操作监视、电量计量及与调度通讯。③汽机润滑油压低的试验设备的更改:汽机润滑油压低保护为三选二,该设备只设计有2个电磁阀。一个电磁阀控制1个压力开关,另一个电磁阀控制2个压力开关。这样的一种结构不仅无法进行汽机润滑油压低试验,而且较危险,易于导致汽轮机因控制2只压力开关的电磁阀故障或误动而跳机。为此增加了1个电磁阀,为3个电磁阀控制3个压力开关结构,从而解决了安全隐患。④2台凝结水泵进水电动阀后的放水管连接在一起的处理:2台凝结水泵进水电动阀后的放水管连接在一起共用一、二次放水阀,导致其中1台凝结水泵故障,另1台凝结水泵运行时,故障泵不能被隔离维修。为使故障凝结水泵放水时,不致于影响运行凝结水泵的运行,把2台凝结水泵进水阀后的放水管分开,各自可以独立排水。发电机励磁方式采用机端自并励方式,发电机启动时由厂用交流电源经隔离整流成直流电源启励,发电机电压达到30%额定电压后,断开启励接触器,由励磁变降压,经南京南瑞公司提供的三台静止可控硅整流柜以及SAVR-2000型励磁调节器调节整流,通过单极磁场开关经发电机碳刷向发电机转子提供励磁电流。发电机灭磁方式为半导体可控硅灭磁方式,当发电机停机时磁场开关断开后半导体可控硅导通,转子的剩余能量经过可控硅和电阻放电,当转子电压大于1200V时可控硅也会自动导通向电阻放电进行灭磁,从而防止发电机转子受到过电压的威胁达到保護发电机的目的。 ⑤给水泵密封水冷却器的玻璃挡板被冷却水源(凝结水)冲坏的处理:因作为给水泵密封水冷却器的冷却水来自凝结水泵出口的凝结水,压力太高,达3.0,导致给水泵密封水冷却器的玻璃挡板被冲坏。为解决此问题,在给水泵密封水冷却器的冷却水来水管(西57mmx3.5mm)上加装一节流孔板(11mm)解决了此问题。⑥汽机调节系统静态试验时隔膜阀动作很慢。不能满足实际运行要求。通过更换大孔径的钢管取代隔膜阀上的小孔径管,并减小节流孔孔径,隔膜阀动作速度有所加快。⑦注油电磁阀动作不正常。主要是电磁阀通电后不动作。通过拆体检查,发现一电磁阀内有铁片。铁片取出后,并经过对电磁阀本体安装螺丝受力度的调整,解决了此问题。⑧给水前置泵至给水泵间管道振动大的处理:给水泵循环管振动大的问题解决后,又发现给水前置泵至给水泵间管道振动大,为此更换该管道支吊,加装刚性更大的管道支吊,解决了振动大的问题。   四、热工测点不正确引发的故障
  轴向位移的处理:汽轮机带负荷运行中,出现轴向位移超过报警值,对这一现象,我们观察到当轴向位移增大时,低压缸胀差变小,即当轴向位移由0.281TI1TI增大到0.341TtlTI时,低压缸胀差由+6.41TtlTI减小到+5.8。
  五、处理方案及效果
  将低电对轮同心度调至0.03 mm以内,各处晃度在0.05 mm以下,彻底消除螺孔错位及不规则的偏斜现象。使对轮螺栓孔中心线与对轮端面(电侧) 垂直;对轮螺栓孔的光洁度符合图纸要求。使对轮螺栓孔的圆锥度、椭圆度在0.02 mm以内。使沉孔螺栓的端面(汽侧、电侧)与对轮端面(电侧)平行。加工量尽量少,不影响转子原有的平衡。在测量低电对轮发电机侧端面(机尾端)瓢偏度时,若该法兰端面最大瓢偏度不大于0.03 mm,则以该端面为测量基准面。安装美国Bently公司设计、生产的现场镗及卡座。校正镗孔机镗杆垂直于联轴器法兰端面(电侧),打表调整找正,使误差小于0.02 mm。制作专用工器具测量螺栓孔的倾斜度(电侧、汽侧)及沉孔端面(2处)与对轮端面的平行度,精确计算每一处的加工量。(2)提出了利用发电机定子齿槽效应辅助诊断转子绕组匝间短路故障的方法。采用气隙磁导法计算发电机磁场时通常忽略定子齿槽效应,漏掉了发电机的故障信息。本文考虑定子齿槽效应建立了发电机气隙磁导模型,理论分析和实验证明了发生转子绕组匝间短路后轴电压中出现与齿槽数对应的轴电压特征谐波,该谐波可以反映转子绕组匝间短路故障。(3)根据螺栓孔倾斜度(电侧、汽侧)的测量及计算结果,调整镗杆在螺栓孔中的位置。根据计算结果对对轮螺栓孔及沉孔端面进行加工,并注意加工量尽量少。(4)在加工沉孔端面时,为保证转子原有的平衡,必须分别收集加工沉孔端面时车削下来的铁屑并称重、记录,作为螺栓配重的重要参考。加工时可选用的刀具材料为:肯纳硬质合金、超硬度高速钢、山特维克硬质合金。按上述要求对螺孔及沉孔端面逐个进行加工,并且每加工完成1个孔后复测螺栓孔的数据是否符合要求。若达到要求,则按孔径规格配制对轮工作螺栓,要求螺栓与螺孔配合间隙在0.02 mm 以内,并打紧(注意:在打紧螺栓时要装百分表对对孔的加工,否则应查找原因并消除后方可进行下一步的工作。启动疏水扩容器的处理。原设计为机组负荷小于20%额定负荷时,通往机组启动疏水扩容器的主汽管、再热冷热段管和一段抽汽管疏水气动门全部打开。试运期间曾出现因TSI失电而跳机的现象,跳机后因机组负荷小于2O%额定负荷,因而打开所有疏水。而当时负荷为270MW,主汽压力为16.5MPa,温度为530℃ 。再热压力为3.7MPa。温度为530℃。这样的高温、高压蒸汽就直接进入启动疏水扩容器。导致启动疏水扩容器损坏(设计压力为4.0MPa,360℃)。为解决此问题,在主汽管和再热热段的疏水气动门处加装有两个手动阀的旁路。并通过改变运行逻辑(如:当汽机甩负荷跳闸时,启动疏水扩容器不参与工作,不打开主汽管气动疏水阀、再热热段管道气动疏水阀、再热冷段管道气动疏水阀、一段抽汽管阀前气动疏水阀,但当相应疏水罐水位高时则打开相应疏水阀,疏水罐水位高信号消失后则关闭相应疏水阀。
  六、结束语
  通过修前的振动测试,对造成机组轴振动大的原因进行查找,采集相关数据进行分析,找到了引起轴振动大的原因是低电对轮同心度超标及各对轮晃度超标。高、中压汽缸分缸,通流部分反向布置,且为双层缸。低压汽缸为双排汽,对称结构。 低压外缸两端各设有喷水减温装置,其顶部装有两只安全膜。高、中、低压转子均为整段转子,全部采用刚性联轴器联接。高压转子有一个单列调节级和10个压力级;中压转子有12个压力级;低压转子有2×5個压力级。调节系统为上海新华控制工程有限公司生产的DEH电液调节系统。该系统采用CRT软操作,能独立完成汽机本体的机械测量、调节控制、压力控制和安全保护,实现从盘车到并网的转速控制、加减负荷或负荷变化时的负荷控制,并能进行频率调节和负荷限制。发电机定子绕组端部振动在线监测装置缺陷处理的方法和过程,采用分段排除法和频率分析法,排除了发电机发生共振故障的可能性,避免了发电机组急停事故的发生。发电机的机电故障间存在交叉影响,传统的故障诊断方法对这种交叉特征分析不足,诊断的灵敏性和可靠性不高。在机组调停检修时,使用专用现场加工设备,有针对性地对低压转子与发电机转子的连接对轮螺栓孔进行处理,使对轮同心度及晃度达到优良水平,解决了多年来困扰该机组安全运行的难题,取得了良好效果,达到了预期目的,确保了机组的安全稳定运行。使用现场加工设备就地进行缺陷处理,节省了大量的检修时间,避免返回制造厂进行处理而造成的时间浪费及运输过程中产生的巨大风险。该类缺陷的现场处理为解决国内其他机组同类型的振动超标缺陷提供了参考。
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