汽輪發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,據國內汽輪機彎軸事故統計表明,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生碰磨的原因,可避免事故的發生,以保證機組的安全可靠運行。
1摩擦振動的特徵
碰磨具有多種徵兆,易變的信號特徵與外界條件有密切的關係,在某一時刻出現的特徵,在其它時刻可能不再複現,這使得碰磨帶有不確定性。
(1)振動信號的時域波形發生畸變;
(2)當機組在升速過程中發生碰磨時,經過多次起停,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碰磨產生的原因
汽輪機組的徑向和軸向碰磨通常發生在隔板汽封、葉片圍帶汽封以及軸封部位,徑向碰磨還可能發生在各軸承的油擋、汽封片部位。 發電機的徑向碰磨通常發生在密封瓦處。
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品質不平衡、轉子彎曲、軸系失穩等。 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
現場診斷機組動靜碰磨有一定難度。 如果認定發生了碰磨,有時需要開缸處理,工作量較大。 根據經驗,單純地用瓦振信號判斷碰磨,頻譜較複雜,易於混淆,而軸振動信號可提供更準確的碰磨資訊。 因此,現場診斷應儘量利用渦流感測器。 事先沒有安裝渦流感測器的機組,當懷疑發生碰磨後,應儘早加裝,利於以後的測試和診斷。
3.2碰磨故障處理
對於發生動靜碰磨的機組,採取的處理方法要根據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。如果碰磨發生在某一低轉速點或臨界轉速前,現場對碰磨判斷的準確性把握較大,且僅是個別瓦振大,大多數瓦振正常,整個機組不存在其它振動,可採取提高升速率沖過這一轉速區,直接升到高轉速或3000r/min的方法。
(2)根據振動調整運行參數(膨脹、差脹、負荷、缸溫等),使機組通過發生碰磨的工況區。
(3)長時間暖機。將機組打閘至盤車狀態,或保持在某一轉速數小時甚至數十小時,使碰磨部位自行磨合消除。
(4)根據對產生碰磨原因的分析,從外部消除缺陷。
(5)如果碰磨部位發生在軸封處,對於汽缸端部汽封套、汽封環可拆卸的機組從外部調整。對於個別大機組,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,但需執行常規檢修規範,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)新建或大修後的機組,由於汽輪機動靜間隙小,起動前軸偏心、汽缸溫差、差脹等重要參數一定要控制在規程規定的範圍內,在起動過程中要注意機組的振動情況,儘量維持參數的穩定,防止動靜碰磨的發生,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定的數值,應該立即打閘停機,盤車一段時間正常後再起動;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,磨合一定時間後再升速,經過幾次起停,碰磨故障可以消除。
(2)若在運行中發現機組振動有增大趨勢時,要嚴密監視振動情況,如果振動可以控制在一定的變化範圍內,可以觀察運行一段時間,以磨合出適當的間隙,如振動上升速度較快,要嚴格按運行規程進行操作,必要時進行緊急停機。
(1)提高升速率。如果碰磨發生在某一低轉速點或臨界轉速前,現場對碰磨判斷的準確性把握較大,且僅是個別瓦振大,大多數瓦振正常,整個機組不存在其它振動,可採取提高升速率沖過這一轉速區,直接升到高轉速或3000r/min的方法。
(2)根據振動調整運行參數(膨脹、差脹、負荷、缸溫等),使機組通過發生碰磨的工況區。
(3)長時間暖機。將機組打閘至盤車狀態,或保持在某一轉速數小時甚至數十小時,使碰磨部位自行磨合消除。
(4)根據對產生碰磨原因的分析,從外部消除缺陷。
(5)如果碰磨部位發生在軸封處,對於汽缸端部汽封套、汽封環可拆卸的機組從外部調整。對於個別大機組,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,但需執行常規檢修規範,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)新建或大修後的機組,由於汽輪機動靜間隙小,起動前軸偏心、汽缸溫差、差脹等重要參數一定要控制在規程規定的範圍內,在起動過程中要注意機組的振動情況,儘量維持參數的穩定,防止動靜碰磨的發生,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定的數值,應該立即打閘停機,盤車一段時間正常後再起動;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,磨合一定時間後再升速,經過幾次起停,碰磨故障可以消除。
(2)若在運行中發現機組振動有增大趨勢時,要嚴密監視振動情況,如果振動可以控制在一定的變化範圍內,可以觀察運行一段時間,以磨合出適當的間隙,如振動上升速度較快,要嚴格按運行規程進行操作,必要時進行緊急停機。