汽轮机轴系振动的分析与预防处理

汽轮机轴系振动的分析与预防处理

韩莉王智华

(中节能(西安)环保能源有限公司710301)

【摘要】：介绍高背压机组轴封漏气量大、轴承箱微正压运行，油和粉尘在高温情况下碳化，引起机组轴系振动。分析积碳的形成并提出处理措施。

【关键词】：汽轮机；积碳；振动；轴瓦

0引言

某电厂CB30-8.83/3.8/0.645型汽轮机为单缸抽汽背压式汽轮机机组，于2018年1月完成首次大修，2018年2月投入运行，机组1#轴承处轴振和2#轴承处轴振一直平稳，在同工况下基本分别保持在20μm和50μm左右运行。2019年2月到4月2#轴承处轴振由50μm升到230μm，最大时246μm，同时1#轴承处轴振由50μm到100μm之间跳变。针对轴系振动情况，此个案着重从运行现场环境、机组运行工况、历史数据、振动的现象和特征出发分析，最终提出振动形成初步原因并确定检修方案。

11#、2#轴承处轴振异常现象及原因分析

2#轴承处轴振振动增大后调出DCS曲线发现：

1月21日2#轴承处振动跳动一次并且大于1#轴承处（图1），2#轴振在时由19μm跳到45μm然后又回到20μm左右。1#轴振曲线发现1#轴承处由9μm跳到14μm又回到10μm左右。

1月22日曲线显示1#轴承处轴振动跳动大于2#轴承处，间断性跳动大出现5次（图2）：1#轴承处轴振由14μm跳到46.8μm然后又回到16μm左右，最大跳动值94μm。2#轴承处轴振由19μm跳到31μm，最大跳动值131μm。

1月24日2#轴承处振动跳动一直大于1#轴承处轴振并上升。出现反复跳动现象（图3）。

2月6日临时停机，2#轴承处轴振恢复到40μm左右。1#轴承处轴振恢复到16μm左右；2月6日启动汽轮机后，2#轴承处轴振瞬间达到324μm后降至150μm左右。

2月11日1#轴承处轴振与2#轴承处轴振出现交替现象，1#轴承处轴振大于2#轴承处轴振（图4）。2月12日1#轴承处轴振降至58μm左右，2#轴承处轴振升至200μm以上。

2月11日到4月5日，1#轴承处轴振在40μm-100μm-58μm左右跳变；2#轴承处轴振从150μm-230μm逐步上升。

对#1机组汽温、汽压、油压、排气温度、轴位移、推力瓦块温度、膨胀与机组大修后同等工况比对，未发现其他异常，对机组1#、2#、3#、4#轴承分析，判断振源在1#、2#轴承处。（红色为2#轴振曲线，绿色为1#轴振曲线）

通过数据分析，1#、2#轴振现象与李俊峰[1]对某电厂汽轮机轴系异常振动现象的原因非常相似。根据现场机组运行环境分析，判断油挡积碳可能性非常大。油在高温情况下夹杂保温抹面料形成碳化，碳化物与轴系碰磨，造成轴系振动不规律反复现象。

根据2月6日到4月5日2#轴承处轴振数据显示轴振动逐步上升，期间存在跳变现象判断：2#轴承处油挡存在碳化碰磨现象同时2#轴承可能出现异常，异常现象与施维新//石静泼汽轮发电机组振动及事故中轴瓦乌金碎裂机理及原因条件相似[2]。同时根据1#轴承处2月6日到4月5日轴振数据可排除转子异常；根据2#轴承处2月5日轴振数据可排除2#轴承紧力失效。

2标题二、油挡积碳分析

本机组轴承箱为微正压运行，机组运行负荷一直处在60--70％之间，后汽缸排气温度在运行时由额定工况下243℃升到290℃，轴承箱与汽轮机轴封处空间温度一直在190℃左右，运行时高调门油动机和盘车装置接头有渗油现象及油挡处经常出现油汽混合物，主油箱含水量较大，为了降低轴承箱与轴封处温度，在前后轴承箱处临时安装轴流风机冷却；同时为了散热，将汽轮机前后轴封处保温拆除部分（图5），前后轴封处存在粉末和块状抹面保温材料。风机的使用加大扬尘。油、尘在高温下碳化。

2019年4月9日机检修，在揭开轴承箱上盖后，对油挡进行检查发现，油档齿之间充满坚硬黑色碳化物（图6），油挡回油孔堵塞。后对碳化物清理。

3标题三、轴承乌金碎裂分析

机组1#、2#轴承为椭圆轴承。在运行时，2#轴承处轴振动相对位移较大[2]：2月5日从10μm-139μm--10μm左右跳动，2月6基本在150μm-170μm左右跳变，3月底基本上升到200μm-220μm左右（图7），并且跳变峰-峰值逐步升高，峰-峰值跳变周期延长，长达74天振动运行。经查证：2月6日临时停机1.5小时，处理EH油系统蓄能器渗油及充油电磁阀卡涩问题，由于顶轴油系统故障，盘车未能投入，在这种情况下强行启动，造成2#轴承处轴振瞬间高达324μm，由于瞬间强冲击，首先冲击轴承乌金，可能已造成2#轴承乌金异常，从324μm降到150μm不在下降反而逐步上升到4月5日停机时的至220μm以上。在这一过程中轴的激振力通过油膜传递给乌金，油膜的交变应力作用在乌金上，致使乌金出现细小裂纹，在出现裂纹后，高压交变膜进入裂纹，小裂纹不断扩大贯通，造成乌金碎块。乌金碎块在油楔交变应力下脱落，碎块在相互撞击下形成碎粒[2]。在碳化碰磨、乌金碰磨、乌金碾压和交变应力的情况下造成2#轴承处轴相对振动在逐步上升现象。

检修时发现，2#轴径处有乌金碾压白色痕迹，对2#轴承乌金进行检查发现：轴瓦表面有较浅的沟槽，乌金面有1.5x1.5㎝2和1.0x1.0㎝2乌金脱落，在衬瓦和轴之间出现较大不规则碎块（图9）。碎块断面不规则且部分棱角明显，小碎块大小不一致且棱角处已磨成弧状；对乌金面着色检查发现多处出现不规则裂纹（图9），

4标题四、暴露存在的问题

4.1机组碰磨振动初期，运行及热控人员均未及时发现异常。对异常现象未及时分析及时处理。

4.2检修人员在处理汽轮机保温时不规范。埋下隐患。

4.3机组启动未严格按启动规程执行，造成事故扩大。

5结语

对2#轴承更换衬瓦、重新检查调整间隙、紧力至合格，清理轴承油挡、调整间隙、扩大油挡回油孔，复查调整轴系中心，调整轴封漏气至后置凝汽式汽轮机组控制漏气量，调整轴承箱微负压运行。机组启动后正常，轴振动在50μm以下。针对油挡碳化碰磨问题，应加强现场清洁管理，做好振动监测，及时消除隐患；日常加强设备维护，保证设备安全备用，机组启动时严格遵守启动规程，做好事故预想及防范措施，确保机组安全运行。

参考文献：

[1]李俊峰，汽轮机油挡积碳问题的分析与处理[J]．江西电力，2017,41(2）

[2]施维新//石静泼，汽轮发电机组振动及事故[M].中国电力出版社，2017。