【摘要】韶關發(fā)電廠#10機在2004年3月18日分別發(fā)生兩次滿負荷運行時由于#1瓦軸振保護動作跳機的故障。通過對跳機時的異常振動和DCS記錄曲線進行分析、軸承解體檢查，查找并確定振動跳機的原因，制定處理方案。通過對#1、2軸承進行改造，解決了軸系失穩(wěn)的問題。 【關鍵詞】 軸承振動； 原因分析； 處理 1、 根據(jù)DCS記錄對振動原因的初步分析 #10機組為東方汽輪機廠生產(chǎn)的300MW高中壓合缸機組，#1~#4軸承均采用橢圓軸承。2001年3月投運以來，運行基本穩(wěn)定。2002年12月~2003年1月，進行次檢查性大修。近期發(fā)現(xiàn)在做第二組高壓汽門活動試驗時，#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，機組負荷294.93MW，順序閥進汽，#1軸振X向突增到260微米，Y向增大到238微米，軸振保護動作跳機。 跳機時#2瓦軸振2Y約145微米，2X約45微米，#3、#4瓦軸振同時略有增大；跳機時#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瓦軸振保護動作前的27s，即10:38:38，瓦振、軸振開始出現(xiàn)爬升，持續(xù)19s后，振動開始突增，8s后，軸振保護動作跳機。 運行人員反映當時運行上沒有任何操作，DCS記錄表明，跳機前膨脹、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。 第二次跳機發(fā)生在同日下午16:17:59，進汽方式已改變?yōu)閱伍y，負荷293MW。跳機時1X、1Y分別為332微米和310微米，比次跳機時大，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后軸振保護動作跳機。 與次跳機情況類似，運行上沒有任何操作，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。 由于缺少跳機時#1、2瓦振、軸振的頻譜記錄和間隙電壓數(shù)據(jù)，尚無法對當時異常振動的性質(zhì)給出準確定論，但從兩次跳機前振動發(fā)展的速率看，高中壓轉(zhuǎn)子的這種振動應該是軸系失穩(wěn)。 這里，首先可以排除TSI監(jiān)測系統(tǒng)故障，因為振動異常同時出現(xiàn)在幾乎所有的振動測點，各測點Z大振動量值不同，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通道同時發(fā)生問題，不可能出現(xiàn)18日這樣的情況。這也就是說，當時#10機組的跳機確實是振動過大造成的。 一般情況下，運行機組振動出現(xiàn)突發(fā)性增大有三個可能的原因，即轉(zhuǎn)動部件飛脫、軸系失穩(wěn)、動靜碰磨。 如果發(fā)生葉片、圍帶等轉(zhuǎn)動部件飛脫，振動會階躍增加到一個固定值，其后不會恢復。#10機的問題顯然不在于此，因為如是這樣，第二次啟機剛到3000rpm就會出現(xiàn)振動異常。 機組正常運行中發(fā)生動靜碰磨也會引起振動增大，多數(shù)情況振動緩慢增大，少數(shù)情況振動急劇增大，這時通常伴隨有運行操作或膨脹、差脹的異常；調(diào)門開度的變化也會造成軸頸和轉(zhuǎn)子位置變化，進而引起碰磨。 第三種引起突發(fā)性振動的原因是軸系失穩(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：一是振動的增大受運行參數(shù)的影響明顯，如負荷，振幅的增大呈突發(fā)性；二是應該出現(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)生在定速運行時。 區(qū)別碰磨和失穩(wěn)的關鍵判據(jù)是大振動的頻率成分，但#10機組缺少這樣的數(shù)據(jù)。 對振動原因可以排除轉(zhuǎn)子熱彎曲和中心孔進油。 結(jié)合上述DCS記錄，同時考慮到： （1）當時運行沒有任何操作，外界沒有撓動； （2）機組跳機后隨轉(zhuǎn)速下降時#1瓦軸振迅速減?。?（3）過去該機組沒有發(fā)生過動靜碰磨； （4）大振動發(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。如果運行上確實沒有調(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#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#2瓦，上瓦完全無磨痕；下瓦有較嚴重磨損，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)，形成了與軸頸嚴格吻合的圓筒型連續(xù)烏金瓦面。這個新形成的瓦面寬度約為#2瓦整個烏金面寬度的2/3強，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機組運行情況，之所以發(fā)生這種變化有兩個可能的原因：一是因為#2瓦軸封漏氣嚴重，使得#2瓦標高受溫度影響上抬，負荷過重造成瓦面磨損；二是因為油中帶水，油粘度降低，潤滑性能變差，油膜減薄，造成瓦面磨損。 運行中#2瓦瓦溫Z高，說明這個瓦相對鄰瓦負荷重。 瓦面烏金的變化有個時間效應，因而，#10機組剛投運時穩(wěn)定性沒有問題，只是在運行到今天才出現(xiàn)。同時，失穩(wěn)的發(fā)生也是有一個從量變到質(zhì)變的過程，瓦面的形狀逐漸變化到一定的臨界程度，才會發(fā)生明顯故障。在這之前做汽門活動試驗時出現(xiàn)的大振動實際上已經(jīng)是本次故障的前兆。 發(fā)生失穩(wěn)時整個軸段做低頻渦動，支撐這個軸段的兩個軸承都會有所表現(xiàn)，時間上是同時出現(xiàn)大振動，難于以此判斷是那個軸承的問題。#10機組雖然保護動作是#1軸振，但同時#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，由于缺少詳細的振動測試數(shù)據(jù)，所得結(jié)論尚有待于啟機后再核實。 廣義上考慮，當然還不能完全排除碰磨和汽流激振的可能。既便是碰磨，當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)隙在標準值之內(nèi)； （2）上抬#1瓦0.05~0.08mm，單側(cè)墊塊下加墊0.03~0.05mm；此項的目的是增大#1瓦比壓，提高穩(wěn)定性，同時可以降低#2瓦負荷； （3）#2瓦標高不做調(diào)整；中低壓對輪不解； （4）#3瓦側(cè)隙偏小不做處理。 4、 處理后的振動測試和分析 （1）升速過程振動 #10機組經(jīng)上述處理后于4月4日19:35沖轉(zhuǎn)，1250rpm和2000rpm兩次暖機，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）定速及帶負荷振動 3000rpm及升負荷各測點振動如下表3所示。 （3）閥切換的振動情況 4月6日11:09負荷280MW，開始單閥切順序閥，11:20切換完成，升負荷。切換過程1X的振動變化如圖1所示。在切換過程中，1X振動基本沒有變化；1Y有波動，但Z終呈下降趨勢。 （4）汽門活動試驗的振動情況 4月6日，進行了汽門活動試驗，首先做組，關閉#2、#3高調(diào)門，開啟#1、#4高調(diào)門，各測點振動正常。然后進行第二組試驗，關閉#1、#4高調(diào)門，開啟#2、#3高調(diào)門，開啟過程，1X、1Y振動突增，試驗兩次，均中途中止，為避免發(fā)生跳機，決定不再進行。 各測點振動正常。將單閥切換為順序閥，切換過程1X的振動變化如圖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瓦兩個方向軸振突增，增大的成分是半頻25Hz； （3）立即關小#2、#3調(diào)門，開大#1、#4調(diào)門，#1瓦軸振迅速減小； （4)上述#1瓦軸振增大和突增過程，#1瓦兩個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。 這些特征表明，進行第二組試驗時，#2、3調(diào)門進汽而#1、4調(diào)門不進汽，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，造成突發(fā)性振動。圖3為第二組第二次試驗時1X頻譜圖。 6、 處理意見和建議 本次對＃10機組的振動處理，解決了滿負荷順序閥運行＃1軸振突發(fā)性振動的故障，其間對軸承的處理方向和實施措施是正確的。但由于當時缺少跳機時和早先做汽門活動試驗的詳細振動數(shù)據(jù)，故本次對＃1瓦的處理力度略顯不足。 對于該機組今后的運行，有下列建議： （1）冷油器出口油溫控制在41～43℃； （2）暫時不安排進行第二組調(diào)門活動試驗（關閉#1、#4高調(diào)門，開啟#2、#3高調(diào)門）； （3）加強＃1瓦軸振監(jiān)測； （4）盡量保持穩(wěn)定負荷運行，避免出現(xiàn)大負荷波動。 7、對＃1、2軸承進行改造 2005年3月，#10機組小修，對#1、2軸承進行改造，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)整中低對輪高差、張口等與高中壓轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性有關的參數(shù)。 #10機組小修后開機，從沖轉(zhuǎn)到定速、并網(wǎng)、做超速實驗，各軸承振動情況良好，帶滿300MW負荷后，各軸承的振動和瓦溫如表4所示。 2005年4月22日進行汽門活動試驗，左右兩組順利完成，其間#1、#2瓦各測點振動變化微小，沒有出現(xiàn)低頻振動。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的問題。