汽輪機動靜碰磨故障的原因分析及處理

中鋁山東熱電廠技術中心

汽輪發(fā)電機組轉動部件與靜止部件的碰摩是運行中常見故障,而轉軸碰摩是機組起動和正常運行中振動突然增大的主要故障之一。汽輪機動靜部分碰磨對設備造成的危害是非常嚴重的,據(jù)國內汽輪機彎軸事故統(tǒng)計表明,其中86%由轉軸碰磨引起,轉軸碰磨嚴重時會引起軸破壞。因此,分析和研究汽輪機動靜部分發(fā)生碰磨的原因,可避免事故的發(fā)生,以保證機組的安全可靠運行。

1　摩擦振動的特征

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

(1)振動信號的時域波形發(fā)生畸變;

(2)當機組在升速過程中發(fā)生碰磨時,經(jīng)過多次起停,或者是暖機時間的延長,振動值將逐漸減小;

(3)碰磨點處軸振的工頻或通頻振動值快速增大;

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

(5)當軸頸和軸瓦發(fā)生碰磨時,軸瓦的烏金溫度和回油溫度將會升高;

(6)低轉速時在汽封或軸瓦處用聽針能聽到異常的聲音。

2　碰磨產(chǎn)生的原因

汽輪機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)電機的徑向碰磨通常發(fā)生在密封瓦處。

2.1機組動靜碰磨原因

2.1.1轉軸振動過大

造成軸振動過大的原因有質量不平衡、轉子彎曲、軸系失穩(wěn)等。不管那種原因,大振動下的轉軸振幅一旦大到動靜間隙值,都可能與靜止部位發(fā)生碰磨。

2.1.2動靜間隙過小或消失

造成軸封間隙過小或消失的原因有上下缸溫差過大,使得軸封間隙減小或消失;

汽缸與法蘭溫差過大,使得轉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;

安裝或檢修時軸封間隙調得過小;

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

汽輪機相對脹差過大,使隔板與葉輪軸向通流間隙減小;

機組在起動及運行過程中,主蒸汽管道及各抽汽管道進水,汽輪機轉子推力突然大幅度增加,會使軸向通流間隙減小;

軸承箱出現(xiàn)嚴重卡澀,機組在起動時膨脹不出來,停機時縮不回去,也會產(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)場診斷機組動靜碰磨有一定難度。如果認定發(fā)生了碰磨,有時需要開缸處理,工作量較大。根據(jù)經(jīng)驗,單純地用瓦振信號判斷碰磨,頻譜較復雜,易于混淆,而軸振動信號可提供更準確的碰磨信息。因此,現(xiàn)場診斷應盡量利用渦流傳感器。事先沒有安裝渦流傳感器的機組,當懷疑發(fā)生碰磨后,應盡早加裝,利于以后的測試和診斷。在依據(jù)振動信號特征診斷碰磨的同時,還需要了解機組安裝或大修中的情況,查閱有關的間隙記錄。運行人員在機組起動過程常采取聽診的方法,對碰磨的確定有時也是有用的。分析中把這些信息結合起來,可提高診斷的準確性。對于高中壓缸和雙層結構的低壓缸,通流部分的碰磨聲難于準確傳出,只有軸端汽封的碰磨比較容易聽到。因此,不能將某一種方法的結論作為認定碰磨故障的決定性判據(jù)。

3.2碰磨故障處理

對于發(fā)生動靜碰磨的機組,采取的處理方法要根據(jù)碰磨故障嚴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)生在某一低轉速點或臨界轉速前,現(xiàn)場對碰磨判斷的準確性把握較大,且僅是個別瓦振大,大多數(shù)瓦振正常,整個機組不存在其它振動,可采取提高升速率沖過這一轉速區(qū),直接升到高轉速或3000r/min的方法。

(2)根據(jù)振動調整運行參數(shù)(膨脹、差脹、負荷、缸溫等),使機組通過發(fā)生碰磨的工況區(qū)。

(3)長時間暖機。將機組打閘至盤車狀態(tài),或保持在某一轉速數(shù)小時甚至數(shù)十小時,使碰磨部位自行磨合消除。

(4)根據(jù)對產(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,對于汽缸端部汽封套、汽封環(huán)可拆卸的機組從外部調整。對于個別大機組,如果能準確判斷碰磨的徑向方位,調整軸承標高或聯(lián)軸器對輪左右偏差、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,注意影響運行的相關因素,如瓦溫、通流間隙等的變化。

4　結論

(1)新建或大修后的機組,由于汽輪機動靜間隙小,起動前軸偏心、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,在起動過程中要注意機組的振動情況,盡量維持參數(shù)的穩(wěn)定,防止動靜碰磨的發(fā)生,若在沖轉過程中存在動靜碰磨故障,則在過臨界轉速時振動會更加劇烈,甚至造成彎軸。如果轉速在一階臨界轉速以下振動達到規(guī)定的數(shù)值,應該立即打閘停機,盤車一段時間正常后再起動;如果轉速在一階臨界轉速以上,則在振動可以控制的轉速上多停留一段時間,磨合一定時間后再升速,經(jīng)過幾次起停,碰磨故障可以消除。

(2)若在運行中發(fā)現(xiàn)機組振動有增大趨勢時,要嚴密監(jiān)視振動情況,如果振動可以控制在一定的變化范圍內,可以觀察運行一段時間,以磨合出適當?shù)拈g隙,如振動上升速度較快,要嚴格按運行規(guī)程進行操作,必要時進行緊急停機。

（來源：網(wǎng)絡）