300_MW_NCB汽轮机轴系摩擦振动分析与处理_宋亚军.pdf

问题探讨79NO.01 2023节能 ENERGY CONSERVATION300 MW NCB汽轮机轴系摩擦振动分析与处理宋亚军1 张泽1 李春辉2 王玉石3（1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院（华北电力科学研究院有限责任公司），北京 100045；2.北京京能高安屯燃气热电有限责任公司，北京 100024；3.北京京桥热电有限责任公司，北京 100067）摘要：介绍某带SSS离合器的300 MW级NCB汽轮机的轴系结构，通过研究其振动特征，分析汽轮机高中压缸内发生的动静碰磨。在大修期间进行揭缸检查，发现推力平衡盘汽封处发生多处较为严重的碰磨现象，通过重新安装汽封齿，解决了该机组由碰磨引起的振动波动问题。关键词：NCB汽轮机；碰磨；轴系振动中图分类号：TK26 文献标识码：B 文章编号：1004-7948（2023）01-0079-03 doi：10.3969/j.issn.1004-7948.2023.01.021引言基于火电机组灵活性提升和节能环保的高要求，我国建立了一批燃气-蒸汽联合循环电站1-2。在北方地区，考虑热电联产和电、热负荷调整的灵活性，大部分联合循环机组采用“凝汽(N)-抽汽(C)-背压(B)”式汽轮机（以下简称NCB汽轮机）。与常规汽轮发电机组轴系相比，NCB汽轮机轴系中布置了SSS(Synchro-self-shifting)离合器，低压缸可以在线投入和退出运行，使机组可在抽汽供热模式和背压供热模式之间进行在线切换，提高了机组发电与供热调整的灵活性，但是汽轮机轴系出现了不同于常规机组的振动特征3。针对某电厂300 MW级NCB汽轮机轴系顽固性振动波动现象，分析振动原因，并利用大修机会进行彻底检查，探究解决机组的振动波动的方法。1轴系振动情况1.1轴系结构与常规燃煤汽轮机轴系相比，NCB汽轮机在轴系结构上有两方面变化：发电机与励磁机前置，发电机转子与高中压转子连接；高中压转子与低压转子之间设置SSS离合器，SSS离合器与高中压转子之间增加短轴连接4-5。NCB汽轮机轴系布置方式如图1所示。1.2轴系振动特征NCB汽轮机组于2015年投产，从投产至2018年，轴系带负荷运行过程中，各轴瓦振动均为良好状态。2018年始至2021年大修前，机组4瓦、机组5瓦、机组6瓦均发生过多次不同程度的振动波动。取2020年某次典型的振动波动数据进行分析。4瓦、5 瓦、6 瓦在 X 方向(4X、5X、6X)的振动随负荷变化。4X、5X、6X振动随负荷变化曲线如图2所示。在机组负荷稳定、其他运行参数无调整时，振动已经开始波动，且为周期性波动。负荷下降的过程中及负荷下降至稳定运行后，振动波动情况依旧。根据DCS数据分析5瓦振动与负荷、油温、瓦温等参数的关系，发现振动与上述参数无明显相关性。唯一与振动波动相关的运行参数为中排压力，在部分振动上涨的情况下，适当调整中排压力，可以控制振动上涨的幅度。4X、5X、6X一倍频振动幅值与相位变化曲线如图3所示。汽轮机轴系某典型振动波动周期曲线取值如表1所示。可见，轴瓦振动以一倍频为主，幅值发生周期性波动时，一倍频振动的相位也发生周期性波动。5X与6X大致在20 min左右爬升至振动最大值，然后缓慢下降，整个波动周期约1 h。图1NCB汽轮机轴系布置方式图24X、5X、6X振动随负荷变化曲线作者简介：宋亚军（1987），男，硕士，高级工程师，研究方向为旋转设备振动故障诊断及数字化。收稿日期：2022-06-05引用本文：宋亚军，张泽，李春辉，等.某NCB汽轮机轴系摩擦振动分析与处理 J.节能，2023，42（1）：79-81.问题探讨80节能 ENERGY CONSERVATIONNO.01 20232振动原因分析2.1摩擦振动机理与特征动静碰磨是汽轮机设备中常见的振动故障，多发生于动静间隙较小的端部汽封、围带汽封、油档等处。（1）碰磨部位会产生热量，使转子局部温度升高，从而导致转子发生热弯曲，引起轴系质量不同心，导致振动。从振动机理方面分析，动静碰磨导致的振动应该以一倍频为主。（2）碰磨引起的振动为热冲击效应，传热需要时间，因此振动的趋势图显示振动为缓慢上涨过程，不会发生剧烈突变。（3）动静碰磨导致的汽轮机转子振动，可能是一阶振型或二阶振型。2.2机组振动原因分析2019年机组检修时，工作人员对油档和轴瓦进行重点检查，发现油档处发生了较为明显的碰磨现象。检修期间更换了油档，并将径向间隙放宽至300 m以上。检修结束，机组在运行期间，振动波动情况依然存在，并与检修前的波动现象非常相似。2020年机组检修时，再一次对油档进行检查，发现油档处并无碰磨痕迹。故推测碰磨部位可能在轴封等处，本次检修时间有限，无法对轴封等处进行检查。检修结束后，机组在运行中发生了较严重的振动波动，5X轴振最大波动至248 m，已接近机组设置的跳机保护值。根据检修情况和摩擦振动机理分析，分析该机组的振动波动由动静碰磨引起。2.3动静碰磨部位分析将表1的振动数据分解为正对称分量与反对称分量。高中压转子振动正对称、反对称分量相位数据如表2、表3所示。由表2、表3可知，整个振动波动的过程中，对称分量的矢量变化仅为31 m，反对称分量的矢量变化达到115 m。原因可能为反对称分量的变化导致振动幅值具有较大的波动，初步判断碰磨部位可能位于转子端部，靠近5瓦侧。部分情况下，振动上涨可以利用调整中排压力的方式进行控制，因此对转子结构进行详细研究。根据图纸发现高中压转子5瓦侧设计了推力平衡盘，平衡盘左侧为中排蒸汽侧，右侧为高排蒸汽侧，盘上带有梳齿式汽封结构。高中压转子推力平衡盘处汽封齿结构如图4所示。表2高中压转子振动正对称分量相位数据轴瓦5X5Y6X6Y14：53：1473735115773735115715：11：5089545214789545214715：38：02788256162788256162表3高中压转子振动反对称分量相位数据轴瓦5X5Y6X6Y14：53：1442314034422114021415：11：501564266691562226624915：38：02217529322125529212图34X、5X、6X一倍频振动幅值与相位变化曲线表1汽轮机轴系振动数据轴瓦4X4Y5X5Y6X6Y7X7Y参数幅值/m相位/()幅值/m相位/()幅值/m相位/()幅值/m相位/()幅值/m相位/()幅值/m相位/()幅值/m相位/()幅值/m相位/()14：53：14107981094435200112108585344109575010884801829276237573029315：11：50139131114483819524824347999210374712087974207138129258644032915：38：0210294116463820610499815244132625785827817974552315429274问题探讨81NO.01 2023节能 ENERGY CONSERVATION汽封齿轴向距离较近，动静齿之间容易发生碰磨。通过调整中排压力可以改变高中压转子的整体轴向推力，进一步改变动静汽封齿之间的轴向距离，使已经发生碰磨的位置脱开，振动停止上涨，缓慢恢复至原始值。因此，平衡盘处汽封齿发生动静碰磨的可能性大。3振动处理过程3.1检修内容根据振动分析原因，利用机组大修机会，重点检查高中压转子5瓦侧轴封、油档、推力平衡盘处汽封等部位的碰磨情况。揭缸后检查转子与静止部件，发现端部轴封并未发生明显碰磨现象。进一步检查转子内部，发现过桥汽封处和平衡盘汽封处均发生了明显碰磨，最严重的碰磨部位发生在高中压转子高压排汽侧推力平衡盘的汽封处。与分析结果吻合。高压末级叶片围带处也发生了不同程度的碰磨现象。推力平衡盘汽封碰磨情况如图5所示。高压排汽侧末级叶片围带碰磨情况如图6所示。根据碰磨情况，分析认为平衡盘处的汽封齿在运行中发生了松动，导致动静碰磨。碰磨导致机组振动增大，进一步加剧碰磨现象，形成了恶性循环。因此，对平衡盘处汽封齿进行更换，新汽封齿严格按照要求进行安装，严格控制安装的工艺流程，防止由汽封齿松动导致动静碰磨的事故。3.2检修后振动情况大修工作结束后，启机时进行若干次动平衡工作，定速3 000 r/min时，汽轮机轴系振动幅值数据如表4所示。经过长时间观察，振动数据平稳，未出现大修前的振动波动现象。4结语介绍了NCB汽轮机的轴系结构，详细分析了某NCB机组多年的振动波动情况，并结合动静碰磨导致的振动机理分析，得出结论如下：（1）与常规火电机组的汽轮机轴系结构不同，NCB汽轮机轴系振动有不同的特征。（2）机组振动出现动静碰磨特征以后，根据振动对称分量与反对称分量的幅值和相位变化情况，可初步分析碰磨位置。（3）在文中所述的转子结构中，碰磨导致的振动如与中排压力相关性较大，则考虑高压排汽平衡盘处汽封碰磨可能性大，此时可适当调整中排压力避免碰磨情况恶化，检修时可通过更换汽封齿解决碰磨问题。参考文献1 肖小清，邓小文，刘卫星.联合循环机组轴系统配置方案对比 J.燃气轮机技术，2005，18（1）：16-22.2 鲍大虎，何成君.带SSS离合器NCB式汽轮机工况切换的研究 J.汽轮机技术，2015，57（4）：295-296.3 黄葆华，宋亚军，孙燕平.燃气蒸汽联合循环机组轴系振动问题综述J.热能动力工程，2017，32（5）：1-5.4 宋亚军，黄葆华，司派友.SSS离合器对汽轮发电机组轴系振动影响分析 J.华北电力技术，2017（4）：50-54.5 张立建，葛庆.具SSS离合器的汽轮发电机组轴系动力特性分析 J.热力透平，2012，41（4）：268-271.图4高中压转子推力平衡盘处汽封齿结构图5推力平衡盘汽封碰磨情况图6高压排汽侧末级叶片围带碰磨情况表4汽轮机轴系振动幅值数据轴瓦4X4Y5X5Y6X6Y14：53：14715776249951