哈汽东芝型超超临界1000MW汽轮机低压缸动静碰磨故障分析与对策.docx
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哈汽东芝型超超临界1000MW汽轮机低压缸动静碰磨故障分析与对策
哈汽东芝型超超临界1000MW汽轮机低压缸动静碰磨故障分析与对策
王宏彬尹金亮王武兵罗瑞侯哓亮吴三超
摘 要:
介绍了两台近期投运哈汽-东芝1000MW超临界机组发电机异常振动特征,通过现场测量试验,对机组振动特点与原因进行诊断分析,验证机组低压排汽缸刚度低问题,并提出相应的应对措施,对新机试运有一定借鉴意义。
Abstract:
Vibrationproblemoccurredduringtrialoperationforseveraloftheultra-supercritical1000MwsteamturbinebyHTCandTSB,Throughfieldmeasurementandtest,thecharacteristicandreasonofthevibrationwerediagnosedandanalyzed,analysestherigidityofsteamturbineLPcylind,comparingtheresultsandconfirmingtherigidityofLPcasingforeachtypesteamtu-bineunit,Theresultsshowthattheanalysisandmeasurestakencorrectlyhavesignificanceofnewunits.
关键词:
汽轮机;超临界机组;振动故障;低压缸;刚度
Keywords:
steamturbine;supercriticalsteamturbine;vibration;LPcylinder;rigidit
1
2前 言
通过对哈汽1000MW机组电厂进行调研,提出哈汽厂生产设备存在问题,,并对存在的问题进行分析,从设计、制造、安装及调试等方面提出了处理措施,供同类型机组安装、调试及生产过程中借鉴。
3设备概况
TZ电厂#2机组为哈尔滨汽轮发电集团公司与日本东芝公司联合生产的超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴冲动式、双背压凝汽式机组,汽轮机型号为TC4F—48,发电机为水氢氢发电机,型号为LCH—1100—27。
哈汽-本东芝汽轮机,每个低压缸叶片正、反向各有6个冲动式压力级对称布置,末级采用东芝与公司共同开发的48in(1219.2mm,50HZ)的叶片,低压缸模块首台产品应用于意大利Torviscosa电厂285MW联合循环汽轮机,于2005年投运。
汽轮机为八支承,发电机为两支承,励磁为静态励磁。
整个轴系由十一个径向轴承支承,轴系支承简图见下图一。
发电机转子
中压转子
低压转子
高压转子
低压转子
励磁机转子
2#
8#
10#
9#
4#
7#
6#
1#
图一:
轴系支承简图
4TZ电厂1、2号机组碰磨故障情况及分析
2.1、#1机组1、2、3、4、5次启动定速3000r/min时的振动情况
1、2007年11月2日中午、下午、晚上共三次冲转至3000转,刚定速3000r/min时,汽机部分的轴瓦轴振均在50µm以内,均因振动大停机,从振动频率看是50hz频率的工频振动,说明是汽封或轴封的碰磨引起,手动打闸后振动反而继续上走,而且通过试验说明碰摩和真空关系密切。
2007年11月2日,机组第一次启动,400r/min打闸摩擦检查,机组无异常。
随后升速到800r/min,在800r/min定速停留15分钟,其间机组各瓦振动正常,随后机组升速到3000r/min。
在升速过程过发电机、低压转子1及低压转子2、高、中压转子临界时,相关瓦轴振均在60µm以内。
刚定速3000r/min时,汽机部分的轴瓦轴振均在50µm以内,发电机部分的轴瓦轴振不超过65µm。
定速后5#、6#、7#、8#、9#瓦轴振均开始爬升,在10分钟左右时间内,5#、6#、7#、8#、9#、10#瓦轴振均爬升到100µm以上,其中8#、9#瓦轴振达到140µm,打闸停机。
在停机惰走过程中,各瓦振动数值与升速时相比发生明显变化,从频谱看,主要是工频量在增大。
从振动现象初步分析,机组发生动静碰摩。
机组盘车到规定时间后,11月2日19:
30进行第二次启动,低速检查无异常后,直接升速到3000r/min,整个升速过程,各瓦轴振均不超过60µm,定速3000r/min时汽机部分的轴瓦轴振均在50µm以内,发电机部分的轴瓦轴振不超过65µm。
定速3000r/min十分钟后,5#、6#、7#、8#瓦轴振均开始爬升,振动增加的主要成分是工频量,在振动工频量数值增加的同时,工频量相位也在不断变化,在二十五分钟左右时间内,5x工频相位变化了一百八十度,其余瓦工频相位也都发生较大变化。
有关5x、7x趋势图见图一、图2。
图一:
定速3000r/min后5x趋势图
图二:
定速3000r/min后7x趋势图
因东芝公司给定机组轴振动跳机值为175µm,在5x轴振达到150µm且振动趋势仍为快速爬升后,机组打闸停机。
惰走过程中6x轴振达到238µm,其余轴振同升速相比也都增大100µm以上。
根据机组振动变化时频率成分、工频相位、振动变化前后升降速振动等的变化情况分析,可以判定机组发生了动静碰摩,摩擦发生于两个低压缸内。
发生摩擦的原因为在机组受热及真空等影响下,机组内部部件产生膨胀或变形,导致动静间隙变小,动静部件接触产生碰摩。
产生碰摩的部位局部温度升高,转子产生热弯曲,造成振动增大,当碰摩部位脱离接触,碰摩消失,热弯曲慢慢消失,机组振动就逐渐恢复正常。
11月3日机组第三次启动,2:
40定速3000r/min,3:
30开始,5#、6#、7#、8#瓦轴振幅值开始爬升、相位开始变化,三点三十五分7x轴振就从40µm增加到75µm,此时令运行人员停一台真空泵、降真空,真空缓慢下降,机组振动仍缓慢继续爬升,三点四十三分7x爬升到113µm,此后开始缓慢下降,三点五十五分时7x下降到32µm,将停下的真空泵重新启动,四点零二分,振动又开始爬升,四点零七分,7x增加到80µm,停一台真空泵,此后机组振动快速爬升,四点十一分7x爬升到155µm,打闸停机。
此段时间7x变化趋势图见图三。
图三:
7x相对轴振趋势图
11月4日机组进行第四次启动,开机过程振动正常,18点36分定速3000r/min,机组振动良好,19点35分6x开始爬升,于是降真空(停一台真空泵)。
19点49分6x达到104µm,此后开始下降。
在振动稳定后又提高真空。
22点34分8x开始爬升,在8x达到60µm后降真空(停一台真空泵),23点01分8x达到103µm,此后开始缓慢下降。
因振动下降缓慢,且振动数值一直没有恢复到爬升前数值,故真空一直维持较低数值,11月5日3点左右,振动爬升到150µm左右,打闸停机。
主机第四次跳机前多次降真空维持19kPa,但#7~#10振动无法控制。
最后#9瓦振动高跳闸。
在第四次启动,进行了主机变真空试验,从试验结果看,真空对#9瓦振动影响较大。
从75um(真空15kPa)增大到125um(真空7.4kPa)。
依次停运C、B、A真空泵后,振动增大至145um后稳定,在真空达到17.4kPa时振动回落。
11月6日机组进行第五次启动,在800rpm长时间暖机后开始冲3000rpm,同时测量主机低压缸的膨胀情况。
此次在3000rpm停留了约2小时,最后振动大打闸。
发现机组在10kPa的排汽压力下,#5、6轴承座与固定台板处有起翘现象,缝隙约15丝,最大达20丝,主机低压缸刚度不够,#6轴承/#7轴承在真空12kPa的时候发现下沉量为0.32/0.54mm,在高真空下低压缸发生变形,从而影响轴承座中心。
2.2、#1机组并网及接带负荷后的振动情况及其处理方法
11月9日第六次启动,11点定速3000r/min,11点58分首次并网,随后按照规程逐步加负荷,机组最大负荷加到210MW,21点37分机组振动开始爬升,21点45分7x振动达到140µm并仍快速爬升,机组打闸停机(为此利用此次停机机会进行轴系动平衡,在主机盘车处的联轴器处增加平衡块,共9块约433克)。
11月12日4点10分第七次启动,机组定速3000r/min,开机过程及定速3000r/min时振动优良,8点30分机组振动开始爬升,随即降真空,8点45分,7x最大达到100µm,然后机组振动开始缓慢下降。
在振动恢复到原始值并稳定后,真空恢复原来值。
此后机组振动基本稳定。
12点36分机组解列,进行超速试验。
在第一次超速试验期间,汽轮机部分轴瓦轴振动均不超过50µm,发电机部分轴瓦轴振不超过76µm,振动优良。
但在第一次超速试验结束,惰走至3000r/min时,5x振动比超速前大了25µm,在惰走至2680r/min重新挂闸后升速时,5x振动明显随着转速升高而增大,升速至3000r/min时,5x已达到100µm,判断又发生碰摩,随即将转速降到800r/min,运行40分钟后,各瓦振动恢复到正常开机时该转速下振动值并稳定后,再次升速到3000r/min进行超速试验。
在此后两次超速试验期间,机组振动正常。
超速试验结束后,进行汽门严密性试验,机组振动正常。
严密性试验结束,16点20分左右机组再次并网。
机组并网后,逐步加负荷,23点左右,负荷为300MW,11月13日5点左右,为了启动汽泵,给小机供轴封,又开启了一台真空泵,真空提高了2KPa左右(主机真空从10.1提升到8.9kPa,可能导致低压内缸变形,隔板轴封与大轴碰磨),真空提高后,机组振动爬升,在不到10分钟时间内,7x从40µm迅速增加到156µm,机组打闸停机。
11月13日11点第八次启动机。
11月14日1点在给小机投轴封汽时,机组真空又有所提高,振动开始爬升,运行调试人员随即停运真空泵,但在真空开始下降时,机组振动已快速爬升,不得不打闸停机。
11月14日15点,机组第九次启动机,定速3000r/min后,为再次验证真空对碰摩的影响将机组真空从10KPa提高到7.6KPa,机组振动随后开始爬升,在7x振动增大到100µm后,恢复真空为10KPa并迅速降转速到800r/min,在转子热弯曲消失后,再次升速到3000r/min,在本次启动后带负荷运行期间,低压缸轴瓦轴振也曾发生过波动,但最大值不超过70µm,且爬升后又恢复到原始值。
说明在此真空下运行,随着工况的变化,有时仍产生轻微碰摩。
11月16日7点,机组停机消缺
经过前一段时间试运,充分说明机组异常振动的原因是动静碰摩,造成动静碰摩的原因是在真空及热态工况下缸体及内部部件的变形及膨胀造成动静间隙变小以致动静部分接触。
动静部件间间隙消失,是在真空等作用下机组动静部件变形量超过设计值。
通过前段时间碰摩,机组已可以在10KPa真空下稳定运行,说明动静间隙已有所摩大,但离机组额定真空仍相差甚多;且机组轴封为45度斜齿、齿较厚,对低压缸动静间隙进行调整。
根据前一段运行中机组碰摩时有关轴瓦的数据分析,判断机组不仅在低压缸两端轴封处产生碰摩,而且在低压转子中部(即低压内缸)也有动静碰摩。
根据碰摩与真空的关系及真空对低压缸变形及下沉的影响,分析机组主要是上轴封和上部汽封与转子产生碰摩。
根据中日双方分析的意见,指挥部决定揭低压外缸,检查测量上部轴封摩擦及间隙情况,下轴封不做检查处理;低压内缸不揭缸但整体上抬0.1mm-0.2mm,轴封上部间隙调整值根据测量检查结果决定。
同时根据在带高负荷后,9#瓦振动偏大的情况,在本次停机期间对发电机转子进行动平衡处理。
低压缸外缸揭开后,检查发现上轴封处顶部摩擦严重,测量上轴封顶部间隙均在0.7-0.85mm之间,小于制造厂给定的1.04-1.49mm定值。
因下部轴封未拆,无法对下部轴封间隙进行完整测量,仅最内侧一块下部轴封间隙可以测量,其值为0.8mm,而制造厂给定值为0.4mm。
说明轴封处缸体与安装时相比向下产生了0.4mm左右的变形。
根据检查测量结果,决定上轴封顶部间隙调整为1.25mm,内缸整体上抬0.1mm;发电机转子两端分别加重300克。
在上述检查处理结束后,11月24日机组启动,机组升速过程振动及定速3000r/min后振动均不超过60µm,振动优良。
机组带负荷后低压缸轴瓦和发电机轴瓦振动有时略有波动,但低压缸轴瓦轴振最大不超过60µm,发电机轴瓦轴振最大不超过75µm,在机组连续运行两天后,机组振动基本稳定,汽机部分轴瓦轴振基本不超过50µm,发电机轴瓦轴振不超过70µm,振动优良,而且机组真空在4KPa-10KPa之间变化,机组振动基本没有变化,机组可以在许可范围内的任意真空下运行。
6、机组168小时试运结束后又进行甩负荷试验,在甩完50%负荷再并网带高负荷后,发电机9#瓦轴振增大到90µm左右。
根据数据分析,决定在做完100%甩负荷试验后停机消缺时再进行轴系动平衡处理。
停机消缺时取下发电机转子上加重块,在低发靠背轮处加重760克。
2.3#2机组首次启动定速3000r/min真空提高时的振动情况
2008年2月16日,#2机组第一次启动,400r/min打闸摩擦检查,机组无异常。
随后升速到800r/min,在800r/min定速停留15分钟,其间机组各瓦振动正常,随后机组升速到3000r/min。
在升速过程过发电机、低压转子1及低压转子2、高、中压转子临界时,相关瓦轴振均在60µm以内。
刚定速3000r/min时,汽机部分的轴瓦轴振均在40µm以内,发电机部分的轴瓦轴振不超过60µm。
定速后5#、6#、7#、8#、9#瓦轴振均开始缓慢爬升,定速1小时后,振动基本稳定。
此时6#瓦轴振在60-70µm之间,9#瓦轴振在70-85µm之间。
在2月17日1点20分之前,机组振动基本稳定。
1点20分又启一台真空泵,真空提高,1点40分5#、6#瓦振动开始爬升,1点50分降真空,2点10分左右5#瓦轴振最大爬升到105µm,6#瓦轴振最大爬升到95µm,此后开始缓慢下降。
2.4#2机组首次启动振动分析
2.3.1分析振动变化仍为真空提高后,低压缸缸体变形,造成低压缸内部轴封等处动静间隙消失,导致动静碰摩。
5#、6#瓦振动变化趋势图见图二、图三。
图二:
3000r/min运行时真空提高后5Y趋势图
图三:
3000r/min运行时真空提高后6Y趋势图
2.2.22月17日11点左右,真空泵A进口滤网清理,清理后,真空从11.5KPa提高到8.5KPa,5#、6#瓦轴振又开始爬升,此后降真空后,振动慢慢回落至正常值。
在2月17日18点和2月18日5点,分别试运小汽机,在给小汽机投入轴封后,真空从11.5KPa提高到8.4KPa和8.2KPa时,5#、6#瓦轴振又出现振动爬升,将真空降到11.5KPa左右后,振动逐渐恢复。
根据分析,尽管2#机组轴封间隙相对于1#机组安装时的间隙增大了0.21mm,但在9KPa左右真空作用下,缸体变形导致的动静间隙变化仍然超过制造厂给定的安装间隙,因此造成在真空提高到9KPa后,轴封等处动静间隙消失,导致动静碰摩,造成振动爬升。
消除此类动静碰摩一是对动静间隙进行调整,二是通过控制振动数值控制碰摩程度,确保机组安全,同时通过多次有意识碰摩,将动静间隙摩大。
指挥部根据工期等统筹考虑,决定机组维持较低真空运行,先并网并作完有关试验,然后带高负荷,对机组进行考验,此后通过提高真空逐步碰摩的方式将间隙摩大。
2.5#2机组首次并网接带负荷时的振动情况及其处理方法
2月18日9:
06左右机组并网,11:
10机组负荷为150MW,11:
20左右在真空未变的情况下,5#、6#瓦振动再次爬升,5#瓦轴振最大达到130µm,此后基本维持此数值达1个半小时。
14点30分5#瓦、6#瓦轴振仍为116µm、108µm,14点32分机组因锅炉原因跳闸,惰走过程中过低压转子1临界转速时,5#瓦轴振高达180µm(正常升速时不超过50µm),充分说明机组产生碰摩导致转子产生热弯曲。
2月18日晚机组继续启动,升速过程机组汽机部分轴振均不超过60µm,定速3000r/min后机组并网,2月19日12点左右解列做严密性试验。
试验过程中因瓦温问题停机。
2.5.1低压内缸上抬100µm以补偿高真空时的向下变形
根据机组碰摩分析,对低压缸进行间隙调整,内缸上抬100µm,轴封间隙根据碰摩情况适当调整。
2.5.2低压转子进行配重处理
同时根据这一阶段9#瓦轴振有时达到90µm情况,决定在低发靠背轮加重760克。
2.6#2机组处理后的效果及存在问题
2.6.1在低压缸间隙调整和低发靠背轮加重后,机组在2008年3月2日启动,整个升速过程所有轴瓦轴振均不超过70µm,定速3000r/min后均不超过50µm。
此后带负荷过程中,在较高真空下低压缸轴瓦振动仍有波动现象,根据数据分析,低压缸内仍然有碰摩产生。
因低压缸间隙已经进行调整,分析尽管低压缸在真空等作用下,其导致的动静间隙变化量超过了预留间隙值,导致动静碰摩,但这个超过量应该较小,因此完全可以通过控制振动值来控制碰摩程度,通过有意识的几次碰摩,将动静接触部分间隙摩大,使之脱离接触。
为此指挥部根据整个调试工作进度安排,决定维持相对低真空运行,机组继续带负荷,考验机组高负荷下运行状况,如机组高负荷考验无问题,再降负荷解列,提高真空进行有意识的碰摩,使之间隙摩大。
机组带高负荷运行后,锅炉超温,随后慢慢降负荷,在低负荷时提高真空,机组先后发生两次碰摩,打闸停机前,5#瓦轴振达到160µm。
机组停机后处理锅炉缺陷。
2.6.2因6#瓦在正常运行中轴振有时达到65µm,超过东芝保证值,因此此次停机期间在6#、7#瓦靠背轮加重350克。
对于碰摩问题,因最后一次碰摩振动较大,加上间隙已经过调整,因此,可能间隙已达到动静脱离接触的程度,即使仍有碰摩,估计程度较轻,可以再次通过有意识的碰摩,使间隙摩大,使动静脱离接触后。
故本次锅炉处理缺陷期间,机组低压缸动静间隙不做调整。
3商业运行期的振动评价
通过对低压缸动静间隙检查调整、有意识碰摩及轴系动平衡,机组定速3000r/min及带负荷运行时振动优良,轴振均在50µm以内。
机组振动数值见表一、表二。
机组启动,在正常的情况下,升速过程各瓦轴振均不超过70µm,升降速过程中,轴振均不超过70µm,振动优良。
表一:
机组轴振数值单位:
µm
工况
1x
2x
3x
4x
5x
6x
7x
8x
9x
10x
3000r/min
19
22
41
32
29
44
43
27
33
39
1000MW
21
23
35
28
32
33
36
30
41
39
表二:
机组轴振数值单位:
µm
工况
1y
2y
3y
4y
5y
6y
7y
8y
9y
10y
3000r/min
23
16
14
22
19
27
26
20
18
17
1000MW
16
23
12
25
18
25
23
22
21
29
机组在各种真空下都可稳定运行,未再发生碰摩现象。
各工况下机组各瓦轴振基本均在50µm以内,振动优良。
#1机主机各瓦轴振除5X为58m外,其余轴振均不超过50m,瓦振均不超过36m,#1机组轴振和瓦振均在优良范围以内。
#2机主机各瓦轴振均不超过50m,瓦振均不超过31m,#2机轴振和瓦振均在优良范围以内。
测试数据详见附表三.
三表一图七至图二十三继续在运行状态下通过碰摩将间隙摩大,估计需要________________________________________________________________________________________________
附表三:
主机各瓦的相对轴振/瓦振数据(幅值单位:
m相位单位:
度)
2008年7月9日,#1机
负荷
X向
1X
2X
3X
4X
5X
6X
7X
8X
9X
10X
916MW
通频
17
26
31
37
58
36
11
35
45
50
工频
5
14
21
34
54
31
2
27
24
31
相位
313
202
89
330
201
193
343
132
167
71
Y向
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
7Y
8Y
9Y
10Y
通频
18
32
22
31
22
15
14
26
27
27
工频
4
18
11
22
15
11
9
22
11
15
相位
83
329
193
262
72
297
152
192
258
150
瓦振
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
通频
4
6
4
3
16
7
35
36
14
21
工频
1
2
1
1
12
3
31
34
11
17
相位
/
243
163
23
258
169
134
170
197
155
2008年7月9日,#2机
负荷
X向
1X
2X
3X
4X
5X
6X
7X
8X
9X
10X
1000MW
通频
17
24
24
26
14
20
47
32
34
40
工频
5
9
11
15
4
17
37
22
25
27
相位
201
258
149
277
209
274
115
160
135
51
Y向
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
7Y
8Y
9Y
10Y
通频
27
16
20
21
15
15
21
20
18
15
工频
13
6
7
10
11
10
17
12
12
8
相位
350
15
276
33
19
20
216
262
208
272
瓦振
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
#10
通频
8
5
10
4
5
21
27
22
10
14
工频
2
1
4
1
2
19
19
13
8
11
相位
270
263
258
/
270
58
192
218
120
202
2008年12月28日,#2机
负荷
X向
1X
2X
3X
4X
5X
6X
7X
8X
9X
10X
522MW
通频
23
20
23
17
18
22
\
39
41
50
工频
11
11
10
6
9
17
\
28
33
38
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- 关 键 词:
- 东芝 型超超 临界 1000 MW 汽轮机 低压 动静 故障 分析 对策