【摘要】韶關(guān)發(fā)電廠#10機(jī)在2004年3月18日分別發(fā)生兩次滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于#1瓦軸振保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)的故障。通過對(duì)跳機(jī)時(shí)的異常振動(dòng)和DCS記錄曲線進(jìn)行分析、軸承解體檢查，查找并確定振動(dòng)跳機(jī)的原因，制定處理方案。通過對(duì)#1、2軸承進(jìn)行改造，解決了軸系失穩(wěn)的問題。 【關(guān)鍵詞】 軸承振動(dòng)； 原因分析； 處理 1、 根據(jù)DCS記錄對(duì)振動(dòng)原因的初步分析 #10機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的300MW高中壓合缸機(jī)組，#1~#4軸承均采用橢圓軸承。2001年3月投運(yùn)以來，運(yùn)行基本穩(wěn)定。2002年12月~2003年1月，進(jìn)行次檢查性大修。近期發(fā)現(xiàn)在做第二組高壓汽門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，#1瓦軸振有瞬間增大的現(xiàn)象。 DCS記錄顯示，3月18日上午10:39:05，機(jī)組負(fù)荷294.93MW，順序閥進(jìn)汽，#1軸振X向突增到260微米，Y向增大到238微米，軸振保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。 跳機(jī)時(shí)#2瓦軸振2Y約145微米，2X約45微米，#3、#4瓦軸振同時(shí)略有增大；跳機(jī)時(shí)#2瓦瓦振顯著增加，由正常的8微米突增到92微米，#1瓦增加的幅度小，由正常的8微米增到35微米，其余各瓦振均有增加，幅度不大。 記錄曲線顯示，在#1瓦軸振保護(hù)動(dòng)作前的27s，即10:38:38，瓦振、軸振開始出現(xiàn)爬升，持續(xù)19s后，振動(dòng)開始突增，8s后，軸振保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。 運(yùn)行人員反映當(dāng)時(shí)運(yùn)行上沒有任何操作，DCS記錄表明，跳機(jī)前膨脹、差脹正常，#1~#4瓦溫分別為72、84、66、58℃，潤滑油溫39℃，油壓在此之前呈現(xiàn)緩慢增加趨勢。 第二次跳機(jī)發(fā)生在同日下午16:17:59，進(jìn)汽方式已改變?yōu)閱伍y，負(fù)荷293MW。跳機(jī)時(shí)1X、1Y分別為332微米和310微米，比次跳機(jī)時(shí)大，其余各軸振略有增加；#1、#2瓦瓦振分別為54和79微米。 振動(dòng)增大開始于16:17:39，15s后#1瓦軸振開始急劇增加，5s后軸振保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。 與次跳機(jī)情況類似，運(yùn)行上沒有任何操作，高壓缸膨脹、差脹正常，#1~#4瓦溫分別為70、83、69、60℃，潤滑油溫41.6℃。 DCS曲線表明，兩次跳機(jī)前主蒸汽溫度、壓力十分穩(wěn)定，但再熱汽壓有微量增加的趨勢。 由于缺少跳機(jī)時(shí)#1、2瓦振、軸振的頻譜記錄和間隙電壓數(shù)據(jù)，尚無法對(duì)當(dāng)時(shí)異常振動(dòng)的性質(zhì)給出準(zhǔn)確定論，但從兩次跳機(jī)前振動(dòng)發(fā)展的速率看，高中壓轉(zhuǎn)子的這種振動(dòng)應(yīng)該是軸系失穩(wěn)。 這里，首先可以排除TSI監(jiān)測系統(tǒng)故障，因?yàn)檎駝?dòng)異常同時(shí)出現(xiàn)在幾乎所有的振動(dòng)測點(diǎn)，各測點(diǎn)Z大振動(dòng)量值不同，而且上下午分別發(fā)生兩次，3300系統(tǒng)如果存在故障只可能一塊板卡的兩個(gè)通道同時(shí)發(fā)生問題，不可能出現(xiàn)18日這樣的情況。這也就是說，當(dāng)時(shí)#10機(jī)組的跳機(jī)確實(shí)是振動(dòng)過大造成的。 一般情況下，運(yùn)行機(jī)組振動(dòng)出現(xiàn)突發(fā)性增大有三個(gè)可能的原因，即轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫、軸系失穩(wěn)、動(dòng)靜碰磨。 如果發(fā)生葉片、圍帶等轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫，振動(dòng)會(huì)階躍增加到一個(gè)固定值，其后不會(huì)恢復(fù)。#10機(jī)的問題顯然不在于此，因?yàn)槿缡沁@樣，第二次啟機(jī)剛到3000rpm就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)異常。 機(jī)組正常運(yùn)行中發(fā)生動(dòng)靜碰磨也會(huì)引起振動(dòng)增大，多數(shù)情況振動(dòng)緩慢增大，少數(shù)情況振動(dòng)急劇增大，這時(shí)通常伴隨有運(yùn)行操作或膨脹、差脹的異常；調(diào)門開度的變化也會(huì)造成軸頸和轉(zhuǎn)子位置變化，進(jìn)而引起碰磨。 第三種引起突發(fā)性振動(dòng)的原因是軸系失穩(wěn)，有兩種失穩(wěn)形式，一種是油膜振蕩，另一種是汽流激振。 汽流激振的主要特征：一是振動(dòng)的增大受運(yùn)行參數(shù)的影響明顯，如負(fù)荷，振幅的增大呈突發(fā)性；二是應(yīng)該出現(xiàn)較大量值的低頻分量，頻率為轉(zhuǎn)子的階固有頻率；油膜振蕩可以發(fā)生在變轉(zhuǎn)速情況下，也可以發(fā)生在定速運(yùn)行時(shí)。 區(qū)別碰磨和失穩(wěn)的關(guān)鍵判據(jù)是大振動(dòng)的頻率成分，但#10機(jī)組缺少這樣的數(shù)據(jù)。 對(duì)振動(dòng)原因可以排除轉(zhuǎn)子熱彎曲和中心孔進(jìn)油。 結(jié)合上述DCS記錄，同時(shí)考慮到： （1）當(dāng)時(shí)運(yùn)行沒有任何操作，外界沒有撓動(dòng)； （2）機(jī)組跳機(jī)后隨轉(zhuǎn)速下降時(shí)#1瓦軸振迅速減??； （3）過去該機(jī)組沒有發(fā)生過動(dòng)靜碰磨； （4）大振動(dòng)發(fā)生在高壓轉(zhuǎn)子； （5）#1、#2瓦為橢圓瓦。 初步判斷#1、#2瓦的大振動(dòng)是高中壓轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了失穩(wěn)。 至于這種失穩(wěn)是汽流激振，還是油膜振蕩，或是兩種的混合形式，尚無法定論。如果運(yùn)行上確實(shí)沒有調(diào)整高調(diào)門開度，可以排除汽流激振，則是單純的油膜振蕩型的軸系失穩(wěn)。 2、 對(duì)軸瓦解體檢查的分析意見 3月27日停盤車和油泵，首先檢查了#1、2瓦，各測量數(shù)據(jù)如表1，表2所示。 為保證測量準(zhǔn)確，將#1、#2瓦下瓦均翻出與上瓦拼合測量垂直和水平間隙，所得值與壓鉛絲和塞尺測得的頂隙、側(cè)隙吻合。上述數(shù)據(jù)中，#2瓦頂隙偏大，左側(cè)隙偏小，其余數(shù)據(jù)基本正常。 各瓦烏金瓦面磨損狀況： 對(duì)#1瓦，上瓦完全無磨痕；下瓦在垂直正下方瓦面有較輕微磨損，張角約45°。 對(duì)#2瓦，上瓦完全無磨痕；下瓦有較嚴(yán)重磨損，垂直下方的大量烏金順轉(zhuǎn)向向左方轉(zhuǎn)移，在軸瓦的左側(cè)間隙中堆積，堆積層Z厚處約0.30mm，由于軸頸的旋轉(zhuǎn)，形成了與軸頸嚴(yán)格吻合的圓筒型連續(xù)烏金瓦面。這個(gè)新形成的瓦面寬度約為#2瓦整個(gè)烏金面寬度的2/3強(qiáng)，它完全改變了原有的橢圓型瓦面型線。 按穩(wěn)定性的優(yōu)劣，各種類型軸承的排列順序依次為： 可傾瓦、多油葉瓦、橢圓瓦、三油楔瓦、圓筒瓦。 圓筒瓦的穩(wěn)定性為Z劣，橢圓瓦的穩(wěn)定性較好，但比可傾瓦差。 從#2瓦下瓦烏金的磨損遷移狀況看，#2瓦已經(jīng)由原來的橢圓瓦變成了圓筒瓦，使得穩(wěn)定性降低。 聯(lián)系到#10機(jī)組運(yùn)行情況，之所以發(fā)生這種變化有兩個(gè)可能的原因：一是因?yàn)?2瓦軸封漏氣嚴(yán)重，使得#2瓦標(biāo)高受溫度影響上抬，負(fù)荷過重造成瓦面磨損；二是因?yàn)橛椭袔?，油粘度降低，潤滑性能變差，油膜減薄，造成瓦面磨損。 運(yùn)行中#2瓦瓦溫Z高，說明這個(gè)瓦相對(duì)鄰?fù)哓?fù)荷重。 瓦面烏金的變化有個(gè)時(shí)間效應(yīng)，因而，#10機(jī)組剛投運(yùn)時(shí)穩(wěn)定性沒有問題，只是在運(yùn)行到今天才出現(xiàn)。同時(shí)，失穩(wěn)的發(fā)生也是有一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程，瓦面的形狀逐漸變化到一定的臨界程度，才會(huì)發(fā)生明顯故障。在這之前做汽門活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的大振動(dòng)實(shí)際上已經(jīng)是本次故障的前兆。 發(fā)生失穩(wěn)時(shí)整個(gè)軸段做低頻渦動(dòng)，支撐這個(gè)軸段的兩個(gè)軸承都會(huì)有所表現(xiàn)，時(shí)間上是同時(shí)出現(xiàn)大振動(dòng)，難于以此判斷是那個(gè)軸承的問題。#10機(jī)組雖然保護(hù)動(dòng)作是#1軸振，但同時(shí)#2瓦振也增大，起因在#2瓦是完全可能的。 上述分析僅是建立在DCS記錄和軸瓦檢查結(jié)果上，由于缺少詳細(xì)的振動(dòng)測試數(shù)據(jù)，所得結(jié)論尚有待于啟機(jī)后再核實(shí)。 廣義上考慮，當(dāng)然還不能完全排除碰磨和汽流激振的可能。既便是碰磨，當(dāng)前也還缺少揭高缸的足夠理由；如果是汽流激振，目前Z可行的處理方法也是提高軸承的穩(wěn)定性以抑制汽流激振力。因此，將提高#1、#2瓦的穩(wěn)定性作為本次處理的方向應(yīng)該是正確的。 3、 處理方案 根據(jù)上述分析，本次處理的方向是針對(duì)提高高中壓轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，結(jié)合軸瓦檢查結(jié)果，決定采取下列措施： （1）修刮#2瓦下瓦，上瓦中分面磨削，要求處理后的頂隙、側(cè)隙在標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)； （2）上抬#1瓦0.05~0.08mm，單側(cè)墊塊下加墊0.03~0.05mm；此項(xiàng)的目的是增大#1瓦比壓，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可以降低#2瓦負(fù)荷； （3）#2瓦標(biāo)高不做調(diào)整；中低壓對(duì)輪不解； （4）#3瓦側(cè)隙偏小不做處理。 4、 處理后的振動(dòng)測試和分析 （1）升速過程振動(dòng) #10機(jī)組經(jīng)上述處理后于4月4日19:35沖轉(zhuǎn)，1250rpm和2000rpm兩次暖機(jī)，23:30到3000rpm。在升速過程、過臨界、到定速，各軸承瓦振、軸振正常。 （2）定速及帶負(fù)荷振動(dòng) 3000rpm及升負(fù)荷各測點(diǎn)振動(dòng)如下表3所示。 （3）閥切換的振動(dòng)情況 4月6日11:09負(fù)荷280MW，開始單閥切順序閥，11:20切換完成，升負(fù)荷。切換過程1X的振動(dòng)變化如圖1所示。在切換過程中，1X振動(dòng)基本沒有變化；1Y有波動(dòng)，但Z終呈下降趨勢。 （4）汽門活動(dòng)試驗(yàn)的振動(dòng)情況 4月6日，進(jìn)行了汽門活動(dòng)試驗(yàn)，首先做組，關(guān)閉#2、#3高調(diào)門，開啟#1、#4高調(diào)門，各測點(diǎn)振動(dòng)正常。然后進(jìn)行第二組試驗(yàn)，關(guān)閉#1、#4高調(diào)門，開啟#2、#3高調(diào)門，開啟過程，1X、1Y振動(dòng)突增，試驗(yàn)兩次，均中途中止，為避免發(fā)生跳機(jī)，決定不再進(jìn)行。 各測點(diǎn)振動(dòng)正常。將單閥切換為順序閥，切換過程1X的振動(dòng)變化如圖2所示。記錄數(shù)據(jù)表明如下特征： （1）隨#2、#3調(diào)門從25%開啟，#1瓦兩個(gè)方向軸振上升，增大的成分是一倍頻； （2）#2、#3調(diào)門開啟到約40%，#1瓦兩個(gè)方向軸振突增，增大的成分是半頻25Hz； （3）立即關(guān)小#2、#3調(diào)門，開大#1、#4調(diào)門，#1瓦軸振迅速減??； （4)上述#1瓦軸振增大和突增過程，#1瓦兩個(gè)軸振探頭的間隙電壓發(fā)生規(guī)律性變化，#1軸頸向左方偏下移動(dòng)。 這些特征表明，進(jìn)行第二組試驗(yàn)時(shí)，#2、3調(diào)門進(jìn)汽而#1、4調(diào)門不進(jìn)汽，汽流作用使＃1軸頸發(fā)生位移，移向＃1軸承油膜不穩(wěn)定區(qū)域，激發(fā)起油膜半速渦動(dòng)，造成突發(fā)性振動(dòng)。圖3為第二組第二次試驗(yàn)時(shí)1X頻譜圖。 6、 處理意見和建議 本次對(duì)＃10機(jī)組的振動(dòng)處理，解決了滿負(fù)荷順序閥運(yùn)行＃1軸振突發(fā)性振動(dòng)的故障，其間對(duì)軸承的處理方向和實(shí)施措施是正確的。但由于當(dāng)時(shí)缺少跳機(jī)時(shí)和早先做汽門活動(dòng)試驗(yàn)的詳細(xì)振動(dòng)數(shù)據(jù)，故本次對(duì)＃1瓦的處理力度略顯不足。 對(duì)于該機(jī)組今后的運(yùn)行，有下列建議： （1）冷油器出口油溫控制在41～43℃； （2）暫時(shí)不安排進(jìn)行第二組調(diào)門活動(dòng)試驗(yàn)（關(guān)閉#1、#4高調(diào)門，開啟#2、#3高調(diào)門）； （3）加強(qiáng)＃1瓦軸振監(jiān)測； （4）盡量保持穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行，避免出現(xiàn)大負(fù)荷波動(dòng)。 7、對(duì)＃1、2軸承進(jìn)行改造 2005年3月，#10機(jī)組小修，對(duì)#1、2軸承進(jìn)行改造，將＃1、2軸承改為可傾瓦軸承。揭高中壓缸，檢查、調(diào)整高中壓缸通流間隙和軸封間隙，重新調(diào)整中低對(duì)輪高差、張口等與高中壓轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性有關(guān)的參數(shù)。 #10機(jī)組小修后開機(jī)，從沖轉(zhuǎn)到定速、并網(wǎng)、做超速實(shí)驗(yàn)，各軸承振動(dòng)情況良好，帶滿300MW負(fù)荷后，各軸承的振動(dòng)和瓦溫如表4所示。 2005年4月22日進(jìn)行汽門活動(dòng)試驗(yàn)，左右兩組順利完成，其間#1、#2瓦各測點(diǎn)振動(dòng)變化微小，沒有出現(xiàn)低頻振動(dòng)。這表明本次更換軸承消除軸系失穩(wěn)取得了完全的成功，徹底解決了半速渦動(dòng)的問題。