火力發(fā)電廠汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的原因分析及處理措施

引言

汽輪機(jī)是火力發(fā)電廠的重要設(shè)備,其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行環(huán)境惡劣,汽輪發(fā)電機(jī)組的故障率高,尤其是軸承異常振動(dòng),如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或處理不當(dāng),會(huì)造成汽輪機(jī)軸瓦損壞、轉(zhuǎn)子彎曲,甚至造成大軸斷裂等事故,一旦發(fā)生故障就會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。為了提升汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的可靠性,降低故障發(fā)生率,需要對(duì)汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的原因進(jìn)行分析,探討影響汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的原因,提出改進(jìn)的措施,以提升汽輪機(jī)軸承運(yùn)行的可靠性,延長(zhǎng)汽輪機(jī)軸承使用壽命。

1汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的原因分析

1.1汽輪機(jī)主軸激振現(xiàn)象

汽輪機(jī)主軸運(yùn)行工況是反映汽輪機(jī)是否安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)。汽輪機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速、偏心度、軸振動(dòng)和脹差等參數(shù)變化都會(huì)引起軸承的異常振動(dòng),尤其是高參數(shù)大容量火力發(fā)電廠,其蒸汽對(duì)汽輪機(jī)的葉片不斷產(chǎn)生沖擊,導(dǎo)致氣流激振,汽輪機(jī)主軸經(jīng)常受到氣流激振現(xiàn)象的影響后,導(dǎo)致與汽輪機(jī)主軸相配合的軸承振動(dòng)異常,甚至振幅擴(kuò)大。

1.2因轉(zhuǎn)子熱變形導(dǎo)致振動(dòng)異常

印尼某火力發(fā)電廠一臺(tái)型號(hào)N350-24.2/566/566的汽輪機(jī)在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),在轉(zhuǎn)子達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí),機(jī)組突然發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng),超過(guò)振動(dòng)報(bào)警值125μm。究其原因:汽缸內(nèi)蒸汽溫度急劇上升,汽缸金屬溫度升速快,使汽缸上下缸溫差、內(nèi)外壁溫差增大,容易引起汽缸膨脹不均勻。汽缸的溫度和轉(zhuǎn)子溫度不同步,汽缸膨脹受阻,將會(huì)引起軸承位置和標(biāo)高發(fā)生變化,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子中心發(fā)生改變,引起動(dòng)靜部分摩擦,造成機(jī)組振動(dòng)。轉(zhuǎn)子受熱增加,振幅波動(dòng)相對(duì)擴(kuò)大。

1.3軸封供氣壓力變化的影響

軸封是保證汽輪機(jī)高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件,通常選擇金屬材質(zhì)的高壓封片。隨著汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行,軸封供汽的溫度也逐漸升高,供氣壓力相應(yīng)發(fā)生變化,導(dǎo)致高壓封片的壓力變化,封片內(nèi)部供氣壓力和內(nèi)部蒸汽壓力之間的壓力差造成軸承振動(dòng)加劇。

2汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的處理措施

隨著技術(shù)進(jìn)步,科研人員已探索出多種處理汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的方法,包括排除氣流激振對(duì)主軸的影響,減小主軸與軸承之間的摩擦面,減輕摩擦振動(dòng),完善主軸的加工質(zhì)量等。本文進(jìn)一步探索了通過(guò)"悶缸"原理消除振動(dòng)現(xiàn)象,并研究了一種關(guān)于軸承振動(dòng)的保護(hù)系統(tǒng)。

2.1利用汽輪機(jī)"悶缸"原理消除振動(dòng)現(xiàn)象

汽輪機(jī)本體由轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分組成,轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括動(dòng)葉片、葉輪、主軸、聯(lián)軸器及緊固件等旋轉(zhuǎn)部件:靜止部分包括汽缸、噴管隔板、蒸汽室、軸承、滑銷系統(tǒng)、隔板套、軸承座、汽封、機(jī)座和下緊固件。汽輪機(jī)工作原理:鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)透平葉輪旋轉(zhuǎn),將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)的機(jī)械能。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接,汽輪機(jī)回轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)回轉(zhuǎn),切割磁力線,機(jī)械能變?yōu)殡娔堋?悶缸"原理就是隔絕汽輪機(jī)所有進(jìn)汽,包括排汽或疏水到凝汽器:停止汽輪機(jī)本體的一切疏水,盡可能保持汽缸上下溫度一致,以減少轉(zhuǎn)子的熱彎曲。

"悶缸"操作:機(jī)組突然發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)超過(guò)125μm時(shí),汽輪機(jī)應(yīng)該采取緊急停機(jī)措施,立即破壞真空進(jìn)行悶缸操作。"悶缸"操作步驟主要就是破壞真空,關(guān)閉所有的進(jìn)氣門、疏水門,具體包括:(1）恢復(fù)潤(rùn)滑油系統(tǒng)向汽輪機(jī)軸承供油:啟動(dòng)頂軸油泵:(2）開啟真空破壞閥,停止射水泵運(yùn)行,即空氣進(jìn)入汽輪機(jī),產(chǎn)生鼓風(fēng)摩擦,對(duì)轉(zhuǎn)子起制動(dòng)作用,使轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng):

(3）隔離汽輪機(jī)本體的內(nèi)、外冷源:(4）關(guān)閉進(jìn)入汽輪機(jī)所有汽門以及所有汽輪機(jī)本體、抽汽管道疏水門,使汽輪機(jī)上下汽缸和轉(zhuǎn)子的溫度達(dá)到一致:(5）監(jiān)視汽缸上下缸的溫差并確保在設(shè)定范圍內(nèi):(6）檢修機(jī)頭架上的百分表,檢查轉(zhuǎn)子彎曲隨時(shí)間的變化情況,轉(zhuǎn)子彎曲超過(guò)規(guī)定值,禁止其啟動(dòng):(7）當(dāng)汽缸上下缸溫差小于設(shè)定值時(shí),溫差越大越容易造成轉(zhuǎn)子彎曲,轉(zhuǎn)子隨著溫差的減小,彎曲度變小,手動(dòng)試盤車:(8）轉(zhuǎn)子多次180u盤轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)子彎曲值回到正常值時(shí),投入連續(xù)盤車。

利用汽輪機(jī)"悶缸"原理解決汽輪機(jī)振動(dòng)問題,不僅適用于型號(hào)為N350-24.2/566/566凝汽式汽輪機(jī),同時(shí)也適用于其他型號(hào)的汽輪機(jī)。

2.2軸承振動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

該軸承保護(hù)系統(tǒng)包括TSI采集卡和DEH采集卡,TSI采集卡和DEH采集卡信號(hào)連接,TSI采集卡的輸入端連接有多個(gè)振動(dòng)信號(hào)采集單元,振動(dòng)信號(hào)采集單元固定在軸瓦外壁上,DEH采集卡的輸出端依次連接故障信號(hào)處理模塊、振動(dòng)信號(hào)判斷模塊、振動(dòng)信號(hào)運(yùn)算模塊和振動(dòng)信號(hào)輸出模塊,故障信號(hào)處理模塊接收DEH采集卡輸出的第一信號(hào)并輸出第二信號(hào),第二信號(hào)連接在振動(dòng)信號(hào)判斷模塊的輸入端,振動(dòng)信號(hào)判斷模塊輸出第三信號(hào),并輸入至所述振動(dòng)信號(hào)運(yùn)算模塊中,振動(dòng)信號(hào)運(yùn)算模塊輸出第四信號(hào),并輸入至所述振動(dòng)信號(hào)輸出模塊中,振動(dòng)信號(hào)輸出模塊輸出第五信號(hào),通過(guò)信號(hào)線纜發(fā)送至ETS系統(tǒng)中。軸承振動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

通過(guò)TSI系統(tǒng)和DEH系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)軸瓦振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集,并且經(jīng)過(guò)DEH系統(tǒng)中的故障信號(hào)處理模塊、振動(dòng)信號(hào)判斷模塊、振動(dòng)信號(hào)運(yùn)算模塊和振動(dòng)信號(hào)輸出模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷處理,將故障信號(hào)加以切除,然后對(duì)報(bào)警信號(hào)和保護(hù)信號(hào)進(jìn)行邏輯處理后輸出,得到最終輸出信號(hào),確保機(jī)組在振動(dòng)信號(hào)超過(guò)保護(hù)動(dòng)作值時(shí)保護(hù)能正常動(dòng)作。

2.3其他處理方式

為避免軸承振動(dòng),做好汽輪機(jī)的啟動(dòng)前工作尤為重要,啟動(dòng)前要對(duì)蒸汽系統(tǒng)、疏水系統(tǒng)、油系統(tǒng)等認(rèn)真逐個(gè)檢查,確保每個(gè)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài):工作人員還應(yīng)熟悉汽輪機(jī)機(jī)組的工作原理、摩擦原理,提高技術(shù)檢查的責(zé)任心,對(duì)設(shè)備定期檢查、維護(hù),加強(qiáng)業(yè)務(wù)知識(shí)的培訓(xùn),增強(qiáng)分析解決問題的能力。

3結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大型發(fā)電廠汽輪機(jī)軸承振動(dòng)大的現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析,利用"悶缸"原理消除了汽輪機(jī)軸承振動(dòng)現(xiàn)象,通過(guò)應(yīng)用軸承振動(dòng)保護(hù)系統(tǒng),為汽輪機(jī)軸承提供安全保障,確保汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。